3Dプリンティングを解明：イノベーターのための明確なガイド

頭の中にあるイメージを形にしたいと思ったことはありませんか？3Dプリンティングは、想像力を現実のものとするためのプラットフォームを提供します。医療、教育、建築、その他のテクノロジー分野で働く方にとって、3Dプリンティングは強力な味方となるでしょう。

では、3Dプリンティングとは一体何なのか？この記事を読めば、あなたの疑問がすべて解決します。

簡単に言えば、3Dプリンティングとは3Dプリンティングデバイスを使って3Dモデルを作るプロセスです。選んだ3Dプリンターからプラスチックフィラメントを押し出し、それを一層ずつ積み重ねることで立体物を造形します。高品質な3Dプリンターがあれば、重要なディテールを損なうことなく、新しい3Dモデルを迅速に作成できます。

3Dプリンティングとは？その仕組み

多くの人が3Dプリンティングを「積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）」と呼びます。綿密に作成されたコンピュータファイルから立体物を作れるためです。

3Dプリンターがあれば、FDM（溶解積層法）による造形が容易になります。プラスチックフィラメントを特定のパターンで一層ずつ押し出すからです。あなたが作成したCAD（コンピュータ支援設計）データは、前の層のフィラメントが次の層の基盤となるため、精緻なディテールで再現されます。

積層プロセスでは、原材料の層を所定のパターンで順に積み重ねて3Dオブジェクトを作ります。追加される各層は、異なる層厚を持つ3Dモデルの断面として現れます。

3Dプリンティングは、多くの人が信じていることとは逆に、切削加工（サブトラクティブ・マニュファクチャリング）とは異なります。切削加工では、プラスチックや金属の塊から不要な部分を削り出します。

一方、3Dプリンティングは積層造形プロセスを用いて立体モデルを作ります。バインダージェッティングやレーザー焼結は、利用可能な積層造形技術の一部です。

選択的レーザー焼結（SLS）では、レーザーをエネルギー源として粉末材料を焼結できます。

この技術では、レーザーが自動的に所定の位置を照射して材料を固化させます。完成品は優れたモデルとなり、従来の製造法よりも少ない材料で済みます。

同様に、金属レーザー焼結（DMLS）を使えば、CADデータから直接金属部品を作れます。

3Dプリンティングの特徴

3Dオブジェクトは、材料のブロックから切り出すのではなく、溶解積層法（FDM）で作られます。

フィラメントの層を重ねて3Dモデルを作るため、コンピュータファイルをプリンター用にスライス（層に分割）する必要があります。

立体物の製造コストは材料によります。小さなフィギュアを作る場合と、自動車の試作モデルを作る場合では、材料費が大きく異なります。

3Dプリンティングの仕組み

文書プリンターで文書を印刷するのと同じように、3Dプリンティングでも造形したいオブジェクトのデジタル設計ファイルが必要です。

通常の印刷ではPDFやDOCファイルを使いますが、3DプリンティングではSTLファイルを使用します。つまり、3Dプリンターで何かを印刷するには、まず設計をエンコードしたデジタルファイルを作成する必要があります。

あるいは、目的のデザインのSTLファイルをダウンロードすることもできます。ファイルをコンピュータに保存し、デジタルファイルを読み込んで印刷準備を整えます。

次に、印刷材料を選択します。ABSフィラメントやPLAフィラメントが最適です。フィラメントを3Dプリンターにセットし、印刷コマンドを送ると、コンピュータがSTLファイルのモデルを印刷するようプリンターに指示を出します。

3Dモデリングソフトウェア

詳細なモデルを作る最良の方法は、まずデジタルモデルを作ることです。3Dソフトウェアがこの作業を助けます。初心者には、Tinkercad（ティンカーキャド）のような3Dモデリングソフトが大いに役立ちます。

3Dソフトウェアを使えば、想像力を他者と共有できる形にできます。また、STLやOBJ形式の印刷可能ファイルとしてエクスポートも可能です。

ファイルをエクスポートしたら、次はスライシングの工程です。スライシングソフトでモデルを多数の層に分割し、Wi-Fi、USB、SDカード経由で3Dプリンターにデータを送ります。モデルのサイズにもよりますが、数時間から数日で完成した3Dプリントが手に入ります。

3Dプリンティングの用途

3Dプリンティングは、さまざまな複雑さの3Dオブジェクトを、重要なディテールを損なうことなく容易に作成できます。

技術革新により、より小型の3Dプリンターが開発されています。 oggi、安価で使いやすい小型モデルを購入し、オフィスのデスクに置くことも可能です。

3Dプリンターへの投資には多くの理由があります。たとえば、子供が人形やフィギュアを欲しがったとき、買う代わりに子供の好みに合わせてプリントできます。設計に子供を参加させることもできます。

友人宅で素敵な皿のデザインを見かけたら、3Dプリンターで自分好みの皿を作れます。プラスチックフィラメントを使って皿の3Dモデルを印刷し、見たデザインを再現したり、自分なりのアレンジを加えたりできます。

ドアノブが壊れたときも、ワークステーションで新しいものを作れます。ABSフィラメントなど少量の材料で必要なスペアパーツが作れるため、製造コストを抑えられます。

リモコンが落ちて壊れたら、3Dプリンターで交換部品をプリントできます。つまり、3Dプリンターの用途はあなたの能力と想像力によってのみ制限されます（いくつかの制約はありますが）。

ファッション愛好家にとって、3Dプリンティング技術は必修です。ジュエリーのデザインアイデアを3Dモデリングで簡単に共有でき、同じジュエリーを作って販売すれば収益も見込めます。

3Dプリンターは実際どう動くのか？

3Dプリンターは、供給された材料を加熱して溶かし、デジタル設計に従って特定の位置に一層ずつ押し出し・堆積させることで立体物を造形します。 材料が融点まで加熱されると、プリンターはそれをデジタル設計に基づく特定のスポットに押し出し、堆積させます。

満足のいくオブジェクトを作るには、ソフトウェア上の寸法を実際の造形寸法に正確に変換する必要があります。

また、プリンターのプリントヘッド、エクストルーダー、プーリーを正しく調整（アライメント）する必要があります。これらが揃えば、高品質なオブジェクトの造形を開始できます。

樹脂を使ってフィギュアを作るユーザーはレーザー技術を利用します。レーザーがフィラメントの層を順に固化させ、驚くほど仕上がりの良い3Dフィギュアを生み出します。

樹脂を用いる積層造形は非樹脂造形より高価ですが、より複雑なオブジェクトを作れます。非樹脂3Dプリンティングでは主に食品、プラスチック、セラミック材料を使用します。

3Dプリンティングのプロセス（3つの簡単なステップ）

3Dプリンターの操作は、普通の2D印刷より少しスキルが必要です。ここでは、素晴らしい3Dプリントを作るためのプロセスを紹介します。

• まず、お好みのソフトウェアで3Dモデルを作成します。このモデルには、最終的なオブジェクトに欲しいすべてのディテールを含める必要があります。自分で作れない場合は、フリーのモデルをダウンロードしても構いません。
• 次に、モデルを印刷用に準備します。ここでは3Dモデルのあらゆる側面を再確認します。チェックすべき重要な点の一つは「水密性（ウォータータイト）」で、モデルに隙間がないか確認します。
• 3番目のステップで、モデルをGコードに変換します。これはSTLファイル形式で3Dモデルをエクスポートするのと同じくらい簡単です。コンピュータはGコードを理解し、エラーのないオブジェクトをプリントできます。

最後に、3Dモデルの各層をプリントしながら、必要に応じて3Dプリンターを調整します。

3Dプリンターで使用される材料

異なる3Dプリンティングデバイスは異なる材料を使用します。非樹脂タイプの3Dプリンターユーザーにとって最適なのは、ABSプラスチックまたはPLAプラスチックです。加熱するとプラスチックが柔軟になり、作りたいオブジェクトの形状に合わせて曲げられます。

他の3Dプリンターでは金属ワイヤーを使用します。これらを使えば、プラスチックではなく金属製のオブジェクトを作れます。

また、食品やセラミック材料を使う最新の3Dプリンターもあります。いずれの場合も、材料を3Dプリンターにセットしてからプリントを開始します。

一方、樹脂3Dプリンター（SLAプリンター）には、専用に調合されたプラスチック樹脂が必要です。レーザー光が樹脂の特定のスポットに当たると硬化し、頑丈なオブジェクトが得られます。

ウッドフィラメントやメタルフィラメントを使う際の注意点として、これらは純粋な木材や金属ではないことが挙げられます。これらはプラスチックに宣伝されている材料を混ぜ合わせたものです。

DIY向け3Dプリンティング技術

世界中のイノベーターが、家庭でも使いやすい3Dプリンターの開発に取り組んでいます。すでに製品化され、多くの個人に利用されています。

近くに最新設備の図書館があれば、そこで3Dプリンターに触れて基礎を学べます。3Dプリンティングを始めるために必要な基本スキルが身につきます。

習得したスキルで、ティーカップ、皿、タイルなどさまざまなアイテムを作れます。3Dプリンターは安全に使えるため、自分で立体造形を楽しむことに不安はありません。

医療分野での3Dプリンター

医療も3Dプリンティング技術の恩恵を受ける分野の一つです。専門家はSLAプリンターを使って、医療用品を安価に製造しています。

3Dプリンターで作られる医療用品には、義歯、補聴器、義肢などがあります。歯を失った原因にかかわらず、わずかな費用で入れ歯が手に入ります。

同様に、聴覚に問題のある人々が3Dプリンターで作られた補聴器を使用しています。

3Dプリンターの有用性は手術の場面にも及びます。顔面再建手術で3Dプリンターが活用されたケースもあります。

製造業における3Dプリンティング技術

近い将来、3Dプリンティング技術で自動車を大量生産できるようになるでしょう。たとえば、旧型車モデルを3Dプリントした材料やコンポーネントで製造し、同じ形状・サイズながら現代的なエンジンを搭載して、より高出力・低燃費を実現できます。

同じ印刷プロセスで、自動車のラピッドプロトタイピング（迅速な試作）も容易になります。

3Dプリンティングが製造業を助けているのは自動車だけではありません。戦闘機の部品も3Dプリンターでプリントされたコンポーネントで製造されています。従来の製造法で作られた戦闘機を購入するより、コストを抑えられます。

食品業界における3Dプリンティング技術

ここにおもしろい事実があります！積層プロセスは3Dプリント食品の製造にも役立ちます。食用プリント材料の層を使って、さまざまな食品をプリントできます。

3Dプリンターでプリントされている食品には、ケーキの層、パスタ、チョコレートの層、ピザなどがあります。これらの味は、従来の調理法で作られた食品と変わりません。

食品業界での3D技術は、単に食品を作るだけでなく、環境保全にも貢献します。作る食品の各層が環境保全に寄与し、食品生産に大量の天然資源を使う必要がなくなります。

食品3Dプリンティングのもう一つの利点は、食品購入コストの削減です。

3Dプリンターと銃

3Dプリンティングの応用の中で、最も議論を呼ぶ、あるいは誤解されているのが銃への利用です。3Dプリンターのプリントヘッドを銃の形状に制御することは技術的に可能です。

銃のデジタルモデルの層を設計し、それらを一層ずつ精密にプリントすれば、明確に造形された銃が出来上がります。

しかし、3Dプリンティング技術で銃を作ることへの懸念も提起されています。フィラメントの層を積み重ねるという単純な原理を応用するだけで、個人が武器を作れてしまうからです。

より安全な代替案として、銃ではなくライトセーバーを作ることをお勧めします。

教育現場での3Dプリンター

これらの技術により、子供も大人もあらゆるオブジェクトを作れるようになりました。誰でもプロトタイプを開発し、一層ずつプリントアウトできるため、イノベーションが加速しています。

フライス盤の使い方を学び、それで好きなオブジェクトを作ることもできます。プリントアウトしたモデルを断面でカットする必要がある場合、そのすべての技術をこの種の3Dプリンティングで学べます。

結論

3Dプリンティングは、一部の人が思っているほど複雑ではありません。SLAプリントを含め、自分が使いやすい3Dプリンティング技術を理解し、望むオブジェクトのデジタルモデルを設計して、3Dプリンターにプリントを指示するだけです。