付加製造（3Dプリンティング）解説：設計から完成品まで

はじめに

付加製造（ラピッドプロトタイピングまたは3Dプリンティングとも呼ばれる）は、材料の層を積み重ねて固体オブジェクトを作成する製造方法です。多くの異なる3Dプリンティングテクノロジーがありますが、この記事では設計から最終部品までの一般的なプロセスに焦点を当てます。最終部品が迅速なプロトタイプであろうと最終的な機能部品であろうと、一般的なプロセスは変わりません。

付加製造プロセス

1. CAD

デジタルモデルの作成は、付加製造プロセスの最初のステップです。デジタルモデルを作成する最も一般的な方法は、コンピューター支援設計（CAD）です。付加製造と互換性のある無料およびプロフェッショナルなCADプログラムが多数あります。リバースエンジニアリングを使用して、3Dスキャンでデジタルモデルを生成することもできます。

付加製造向けの設計時には、いくつかの設計考慮事項を評価する必要があります。これらは一般的に、フィーチャー形状の制限とサポートまたは逃げ穴の要件に焦点を当て、テクノロジーによって異なります。

2. STL変換とファイル操作

従来の製造方法論とは異なる、付加製造プロセスの重要な段階は、CADモデルをSTL（ステレオリソグラフィ）ファイルに変換する要件です。STLは三角形（ポリゴン）を使用してオブジェクトの表面を記述します。CADモデルをSTLファイルに変換する方法のガイドはこちらで見つかります。物理的サイズ、水密性、ポリゴン数など、モデルをSTLファイルに変換する前に考慮すべきいくつかのモデル制限があります。

STLファイルが生成されると、ファイルはスライサープログラムにインポートされます。このプログラムはSTLファイルを取り込み、Gコードに変換します。Gコードは数値制御（NC）プログラミング言語です。コンピューター支援製造（CAM）で、自動工作機械（CNCマシンと3Dプリンターを含む）を制御するために使用されます。スライサープログラムでは、設計者がサポート、層高さ、部品の向きなどのビルドパラメータをカスタマイズすることもできます。

3. 印刷

3Dプリンティングマシンは多くの小さく複雑な部品で構成されることが多いため、正確なプリントを生成するには適切なメンテナンスとキャリブレーションが不可欠です。この段階では、印刷材料もプリンターにロードされます。付加製造で使用される原材料はしばしば限られた保存期間を持ち、慎重な取り扱いが必要です。一部のプロセスでは余分な造形材料をリサイクルする機能を提供しますが、定期的に交換しないと繰り返しの再利用で材料特性が低下する可能性があります。

ほとんどの付加製造マシンは、印刷が開始された後は監視する必要がありません。マシンは自動プロセスに従い、問題が生じるのは一般的にマシンが材料を使い果たしたときやソフトウェアにエラーがあるときだけです。各種の付加製造プリンターが部品をどのように生成するかの説明はこちらで見つかります。

4. 印刷物の取り出し

一部の付加製造テクノロジーでは、印刷物の取り出しは造形プラットフォームから印刷部品を分離するだけで済みます。他のより産業的な3Dプリンティング方法では、印刷物の取り出しは、印刷物がまだ造形材料に包まれている状態で、または造形プレートに取り付けられた状態で精密に抽出するという高度に技術的なプロセスです。これらの方法は、複雑な取り出し手順と高度なスキルを持つマシンオペレーター、安全装置、制御された環境を必要とします。

5. 後処理

後処理手順はまたプリンターテクノロジーによって異なります。SLAではコンポーネントを取り扱う前にUV下で硬化させる必要があり、金属部品はしばしばオーブンで応力除去が必要ですが、FDM部品はすぐに取り扱えます。サポートを利用するテクノロジーでは、これは後処理段階で取り除かれます。ほとんどの3Dプリンティング材料はサンディング可能で、タンブリング、高圧エアクリーニング、研磨、着色などのその他の後処理技術が実装され、プリントを最終用途に向けて準備します。