3D プリントの用途は?

3D プリンティングは付加製造とも呼ばれ、CAD モデルを使用して 3 次元オブジェクトまたはコンポーネントを作成します。

これは、生物学的プロセスを模倣して、物理的な部品を作成するときに材料の層を追加することによって実現します。 3D プリントは、従来の製造方法とは異なり、より少ない材料を使用して機能的な形状を生成するのに役立ちます.

3D プリントは、自動車の部品、スマートフォン ケース、ファッション アクセサリー、健康分野の建設、補聴器などの臓器の作成に使用されています。ファッションでは、防弾服や耐火服を作るために使用されます。すべての業界が 3D プリンターを構築するためのさまざまな 3D テクノロジーがあります。

3D プリント技術は、設計の開発に役立つため、ほぼすべての業界で採用されています。

この記事は、3D プリンターの使用方法から、さまざまな種類の 3D 印刷プロセスまで、3D プリンターについて学ぶのに役立ちます。

3D プリントの主な用途は何ですか?

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建設業

建設業界で使用されている 3D プリントの例は数多くあります。建物に使用される部品の製造に使用されます。建設で使用される 3D アプリケーションには、セメント、ワックス フォーム、ポリマー、反応性結合を含む粉末結合、焼結、ポリマー、付加溶接などの押出成形があります。

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試作と製造

3D プリンターは当初、ラピッド プロトタイピングを支援するために作られました。従来のインジェクション - モデルのプロトタイプは非常に高価で、1 つのモデルを完成させるのに非常に時間がかかりました。アディティブ マニュファクチャリングでは、プロトタイピングは迅速で、最初のものほど高価ではありません。以前とは異なり、コンポーネントを 1 時間で製造できます。

試作にかかる時間が短縮されたことで、以前に比べて製造プロセスが迅速かつ安価になりました。

3D テクノロジーのおかげで、企業は現在サービスをカスタマイズしており、消費者でさえ、Web ベースのソフトウェアを使用して購入した製品をカスタマイズできます。製造業の成長に貢献してきました。

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自動車

自動車は、何十年も前から 3D プリントを使用しています。自動車業界では、アディティブ マニュファクチャリングを使用してプロトタイプを作成し、新しい車のモデルを考案しています。

3D プリンターを使用して、高品質で費用対効果の高い車両スペアパーツを作成することもできます。それとは別に、3D テクノロジーは自動車のワークフローを強化するのに役立ちました。これには、特に高性能マシン用に、1 台の車で使用されるカスタム治具、治具、およびその他のツールが含まれます。w

3D プリントの利点は何ですか?

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より柔軟な設計

3D プリントを使用すると、従来の製造方法とは異なり、複雑なデザインを簡単に設計できるようになりました。従来のプロセッサーには、3D プリントにはない制限があります。

人々が 3D プリンティングを採用する前は、組織工学アプリケーション用に印刷された臓器を購入する価格は、不動産の価格よりも高かった.現在、かなりの影響力を持つ企業が、3D プリントされた臓器を生産ラインに導入し、宣伝しています。

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高速でプロトタイプを作成

3D プリントを使用すると、メーカーはより高速にオブジェクトを作成できます。 3D プリント方法により、プロトタイプの処理速度が向上し、各段階が以前よりも速く完了します。

それとは別に、3D プリントは、永遠にかかる試作品の機械加工に比べて低コストです。各設計変更をより効率的な速度で完了するのに役立ちます。これにより、企業は 3D プリント オブジェクトの価格を引き下げ、売り上げを伸ばして利益を増やすことができました。

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必要なときに印刷

3D プリントでは、在庫を確保するために多くのスペースを必要としないため、オンデマンドでのみプリントします。これにより、不要なものを印刷する必要がないため、スペースとコストを節約できます。

3D は、CAD および STL として知られる技術によって印刷されるため、すべてのファイルを仮想ライブラリに保存するように設計されています。これは、ファイルが必要なときにいつでも取得して印刷できることを意味します。それとは別に、編集を行ってファイルを引き続き使用することができます。

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ライトパーツ

使用される印刷材料のほとんどはプラスチックですが、一部に金属が使用されています。これは、製品をより効率的にするために軽量の材料を好む自動車産業や航空宇宙産業にとって有利です。

3D プリントを使用してさまざまな素材からオブジェクトを作成し、特定のオブジェクトを作成するときに耐火性、防水性、防弾性などの特性を取得できます。

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廃棄物の削減

3D テクノロジーを使用すると、必要な材料のみを使用して 3D オブジェクトのみを作成できます。つまり、無駄が少なく、またはまったくありません。オブジェクトがリサイクルできない大きなチャック材料から作られ、オブジェクトが切断される従来の方法とは異なり、非常に多くの廃棄物が発生します。廃棄物を削減することで、アディティブ マニュファクチャリングは生産コストを削減し、業界や製造業者にとってより多くの利益をもたらしました。

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アクセスしやすい

時間の経過とともに、3D プリントはより利用しやすくなり、ローカル サービス プロバイダーが 3D プリントを提供するようになりました。これにより、時間と輸送コストを節約できます。従来の製造方法では、サービスが特定の地域や国で見つかったため、輸送費がかかり、多くの時間を費やしていました。

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より環境に優しい

まず、3D プリントは材料を無駄にしないことで環境を保護します。また、軽量素材を使用しているため、燃料の使用量も少なくて済みます。そうすることで、余分な材料を使用する従来の製造方法と比較して、環境が維持されます。

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より良い医療

3D テクノロジーは、3D 印刷を使用して臓器を印刷できるため、より良いヘルスケアを可能にし、より多くの命を救ってきました。肝臓、腎臓、心臓などの部位。それとは別に、補聴器などの感覚部分の開発にも役立ちます。テクノロジーを使用してさらに進歩し、健康部門をさらに改善しています。

3D プリンターとその用途とは?

3D プリンターは、コンピューター支援設計 (CAD) 画像である 3 次元のオブジェクトをユーザーが印刷できるようにするオブジェクトです。このプロセスは付加製造とも呼ばれます。

これにより、生産者はコストと時間を迅速に削減でき、従来の製造方法よりも材料を無駄にしません (3D プリントとは何かの詳細を参照してください)。

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ファッションと服作り

3D プリンターは、新しいファッション ステートメントの考案や衣服の製造に使用されます。 3D プリンターは、デザイナーに手頃な価格を提供し、膨大な範囲の新しいファッション トレンドをもたらしました。

3Dテクノロジーは、生産中のテキスタイルの変更に使用されます。このようにして、新しいテキスタイルの創造につながっています。一例として、防弾、耐火、保温性を備えた衣服が挙げられます。ファッション業界では、3D プリンターを使ってさまざまなことを試すなど、さらなる開発と革新が進んでいます。

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3D プリントのジュエリーとアート

3Dプリンターは、従来のジュエリーにはなかった新しいジュエリーとアートの世界をもたらしました。個性的でユニークなジュエリーを生み出しました。また、ポリ乳酸フィラメント (PLA)、プラチナ、金などの 3D 素材を使用して安価にカスタマイズできるようになりました。

手間がかかりすぎた従来の手作りや鋳造ジュエリーとは異なり、3D プリンターで同等の 3D ピースを作成するのは簡単かつ迅速です。現在、3D テクノロジーにより、さまざまなジュエリー デザインを作成できる印刷可能な素材が増えています。

ジュエリー 3D プリンターを使用すると、デザインの 3D モデルにレジンまたはワックスから作品を作成できます。デジタル モデルは簡単に編集でき、さまざまな優れたモデルを作成できます。これにより、3D プリントによるプロトタイプが安価で非常に便利になります。

バイヤーにとっては、自分が作成したデザインのプロトタイプを使用したり提案したりして、購入前に自分が望んでいたものであることを確認できるようになったため、エクスペリエンスが一段と向上しました.

デザインを確認した後、ジュエリーは従来と同じワークフローを使用して 3D プリントされ、見事なジュエリーが完成します。 3D パターンを使用して作成されたジュエリーは、ステレオリソグラフィー (SLA) 3D 印刷技術を使用して作成されます。

ジュエリー以外にも、3D プリンターはアーティストに新たなインスピレーションを与えています。金属 3D プリント技術を使用して、美しくユニークな作品を生み出しています。 Olivier van Herpt として知られるオランダのアーティストの例は、3D プリンターを使用してセラミックの花瓶を作成しています。また、デジタル アーティストの Gilles Azzarob は、音声からの音波を使用して、目に見えない声から目に見える声の 3D イメージを作成します。

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彫刻

彫刻は、3D プリンターのもう 1 つの用途です。 3D 写真スキャン システムを使用する場合、物理的なアートワークが作成されます。このようにして、顧客のために多くの新しい選択肢が生まれます。 3D テクノロジーは、アーティストに新たな創造力をもたらしました。彼らが着想し、設計できる限り、生産することができます。

その一例が、映画製作に使用され、ティム バートンのキャラクターを表す 3D プリントの彫刻を作成しているオランダのアーティスト、ダニー ヴァン ライスウィックです。

3D プリントの仕組み

3D プリンティングは、非常に用途の広い、迅速な生産とプロトタイピングの方法です。数十年にわたって成長と発展を遂げ、さまざまな業界で世界中で採用されています。

積層造形とも呼ばれる 3D プリントは、製造の一部です。 3D プリント技術は、オブジェクトに次々とレイヤーを追加してオブジェクトを作成します。

印刷プロセスは、印刷したい物質のグラフィック モデルを作成することから始まります。グラフィックデザインは、コンピューター支援設計 (CAD) として知られるソフトウェア パッケージを使用して作成されます。この部分は、プロセス全体の中で最も労働集約的です。この段階で使用されるプログラムには、Fusion360、TinkerCAD、および Sketchup が含まれます。

3D プリントのプロセスは、プリントするオブジェクトのグラフィック モデルを作成することから始まります。 これらは通常、CAD ソフトウェア パッケージを使用して設計されますが、これはプロセスの中で最も労力のかかる部分になる可能性があります。これに使用されるプログラムには、TinkerCAD、Fusion360、Sketchup などがあります。

製品が完成すると、最終製品に欠陥がないことを確認するためにモデルが広範囲にテストされます。 3D プリントを使用すると、あらゆるプロトタイプを作成できます。制限する唯一のものはあなたの想像力です.

3D プリントを使用すると、CNC のような複雑なモデルを開発し、従来のモデルよりも安価に作成できます。

グラフィックモデルを思いついた後の次のステップは、デザインをデジタルでスライスして印刷することです. 3D プリンターは私たちと同じように 3D デザインを概念化しないため、この段階は重要です。スライス段階では、モデルは多くのレイヤーに分割されます。その後、すべてのレイヤーがプリンター ヘッドに送られ、印刷するか、単にレイヤーを順番に並べます。

CraftWare や Astroprint などのプログラムは、スライス プロセスで使用されます。スライサー ソフトウェアは、モデルを埋める際にも使用され、ソリッド モデルに格子構造を作成します。これにより、安定性が向上します。

この時点で、彼らは最終製品に戦略的に空気のポケットを追加することにより、低密度で非常に強力な素材を印刷します.

このソフトウェアは、モデルにサポートが必要な場合にサポート用の列を追加するのにも役立ちます。これは、プラスチックが薄い空気を使用して配置できないためです。列は、プリンターがギャップをカバーできるようにするためのものです。その後、列は削除されます。スライサー プログラムが作業を完了すると、データがプリンターに送信されます。

ここから3Dプリンターの作業に入ります。スライサープログラムの指示に従って印刷プロセスを開始しますが、現在は別の方法を使用しています。プリンターが使用する方法は、使用しているプリンターの種類によって異なります。

一例として、使用される 3D プリント技術が、ノズルが前後、上下に動くインクジェット技術に似ている場合があります。次に、厚いワックスまたはプラスチックが分配され、固化し、オブジェクトの新しい断面が形成されます。

一方、マルチジェット モデリングでは、同時に動作する多くのジェットを使用して、より迅速なモデリングを強化します。

その後、プリンターはインクジェット ノズルを使用して製本し、そこで乾燥粉末を塗布します。次に、接着剤またはバインダーを組み合わせて、それぞれに印刷層を形成します。層を形成するために、バインダー プリンターは 2 つのパスを作成する必要があります。高速パスで薄い粉末コーティングを堆積させ、次に 2 番目のパスでノズルが結合剤を通過します。 (3D プリンターのノズルを掃除して詰まらせる方法を学びます)

光重合プロセスでは、液体プラスチックが紫外光のビームにさらされ、プラスチックが液体から固体に変換されます。

印刷プロセスで使用されるもう 1 つの 3D 技術は焼結です。これは粒子を溶かし、それを使用して連続するすべての層を印刷します。その後、レーザーで放出して粉末の難燃剤を溶かします。次に、レーザーを使用して層を固めて印刷します。焼結技術は、金属物体の構築にも使用されます。

オブジェクトの複雑さとサイズに応じて、このプロセスには数時間から数日かかる場合があります。

使用しているテクノロジーに関係なく、簡単なプロセスは次のとおりです。

CAD ソフトウェアを使用して印刷する予定の 3D モデルを作成することから始めます。

次に、CAD 図面を標準テッセレーション言語 (STL) 形式に変換します。ほとんどのプリンターは STL ファイルを使用しますが、ZPR と ObjDF を使用するプリンターもあります。

STL ファイルまたは変換したその他のファイルを、3D プリンターの制御下にあるコンピューターに転送します。この時点で、サイズと印刷方向を指定してください。

すべてのマシンを設定して、3d プリンターがすべて設定されていることを確認します。たとえば、プリンターが使用するポリマーや材料、バインダー、プリンターが必要とするその他の消耗品を補充する必要があります。

この時点で、マシンを起動し、プロセスが完了するまで待ちます。機械を定期的にチェックして、プロセス中にエラーがないことを確認してください。

印刷が完了したら、印刷物をプリンターから取り外します。

その後、3D プリント ツールから水溶性物質を除去するために、粉末を払い落としたり、洗浄したりするなどの後処理が行われます。

3D プリント技術とプロセスの種類

3D プリントで使用される 3D プリント技術とプロセスには、さまざまな種類があります。以下は、テクノロジーの種類とその仕組みです。

1.光造形法 (SLA)

SLA テクノロジーは、オリジナルの産業用 3D プリント プロセスです。詳細な 3D モデル パーツの作成に最適で、表面が滑らかで、公差が大きいです。

SLA を使用すると、表面をきれいに仕上げ、組み立て後に適合をテストすることで部品の機能に役立ちます。例は、解剖学的モデルに適用されるため、医療業界に最適です。 SLA パーツの場合、3D システムは Viper、iPros、および ProJets を使用します。

2.選択的レーザー焼結 (SLS)

SLS は、ナイロン パウダーを固体プラスチックに溶かすことによって機能します。 SLS 部品は熱可塑性材料でできているため、耐久性があり、機能をテストし、リビング ヒンジとスナップ フィットをサポートするのに最適です。欠点は、SL に比べて表面が粗いことです。パーツは頑丈なので、サポートは必要ありません。

ビルド プラットフォームは、1 つのビルドでさまざまなパーツをサポートするために使用されます。ほとんどの SLS 部品は、ある時点で射出成形されるプロトタイプ モデルとして使用されます。

3. PolyJet 3D プリンター

Polyjet は、ひねりを加えたもう 1 つの 3D プリント プロセスです。さまざまな特性、材料、色を持つ部品を製造できます。

設計者は、Polyjet を使用してエラストマーのプロトタイプを作成したり、部品をオーバーモールドする場合に使用します。設計が単一でプラスチック剛性の場合、SL や SLS などの他の技術は、Polyjet に比べて経済的であるため、優れています。これは商品価格の低下につながります。

Polyjet プロセスは、オーバーモールドおよびシリコン ラバー モデルに最適です。このテクノロジーは、開発サイクルで発生する初期のツールを節約するのに役立ちます。 You can iterate and validate the design fast.

4. Digital Light Processing (DLP)

The DLP printing technology is almost similar to the SLA. The difference between the two is that DLP uses a digital light project to help flash a single image in every layer at the same time; in other words, it has multiple flashes for the larger parts.

The projector is a digital screen, and the images of every layer are made of square pixels, which bring about a layer formed from the small rectangular blocks called voxels.

Also, compared to SLA, the DLP technology is much faster in printing time. This is due to the feature where the layers are exposed simultaneously, unlike where the cross-sectional area is traced with the laser point.

The light is projected to the resin using the LED screen or the ultraviolet light directed to the surface by the Digital Micromirror Device (DMD). The DMD is responsible for controlling where the light is projected by providing a light pattern on the surface.

5. The Metal 3D Printing Range at Proto Labs

This technology uses the laser concept Mlab and the M2 machines on metals 3D printed parts.

6. Multi Jet Fusion (MJF)

It is similar to the SLS; its functional parts are also built from nylon powder. But the difference is for multi-jet fusion (MJF), instead of using the laser to sinter the nylon powder, it uses an inkjet array that applies a fusing agent on the powder’s bed. After that, a heating element is passed over the bed, and it fuses each layer.

With this method, the result is consistent mechanical properties compared to SLS, and the surface is better finished. The process also speeds up the build time, which helps in lowering the production cost.

7. Fused Deposition Modeling (FDM)

The FDM technology is a desktop 3D printing technology used for plastic parts. It functions by extruding a plastic filament layer to layer on the build platform. The technology is a cost-efficient and fast method in producing physical designs.

It can be used to test functionality but should be avoided as its parts are a bit rough on the surface and are not as strong.

8. Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

The metal 3D printer brings about new possibilities for metal parts models. The process used at Protolab on the 3D print metals is the Direct Metal Laser Sintering (DMLS). The technology is used to reduce metal and multiple parts assemblies to single parts or a much more lightweight part with internal channels.

DMLS is applicable in prototyping and production as the parts are dense as those produced with the traditional manufacturing processes.

9. Electron Beam Melting (EBM)

EBM is a metal 3D printing technology that uses electrical beams controlled by the electromagnetic coil that melts the powder. The bed is heated up and is in vacuum condition in the build period. The material used is the one that determines the temperature used to heat the material.

結論

3D printing has brought about more possibilities in many industries and companies. Apart from that, it has reduced the production cost. 3D printing is used in almost all industries, as seen in this article. It has especially benefited the medical industries as one can create body cells and other organs.