3Dプリントサービスコストの理解：主要因と削減方法

企業も個人も、3Dプリント関連プロジェクトを3Dプリントサービスにアウトソースするようになりました。サービスを利用すれば大量生産へのアクセスが得られ、イノベーション/設計により注力でき、より容易な生産プロセスを享受できるからです。

多数の3Dプリントサービスから選ぶ際は、立地、能力、製造インフラ、そして何より3Dプリントサービスコストなどの要因が決め手になります。本記事では、3Dプリントコスト、それを左右する要因、3Dプリント部品コストを削減する方法について詳しく解説します。

3Dプリントサービスコストの概念理解

3Dプリントサービスコストとは、CADファイルをアップロードした後に3Dプリントサービスがクライアントに提示する総合的なコストです。

すべての人が3Dプリントサービスにアウトソースするわけではないため、3Dプリントサービスコストは合理化された3Dプリントコストと言えます。これは、材料、3Dプリンタ、後処理仕上げなど3Dプリントコストに影響する一般的要因を、サービスが見積もりに統合して提示することを意味します。

3Dプリントに「コスト」が伴うとはいえ、これは個人利用でもサービスへのアウトソースでも、世界的に最も手頃な製造プロセスの一つです。

3Dプリントサービスコストを決定する要因

資本は3Dプリントサービス選定の重要な要因であり、コストを左右する要因の理解がさらに求められます。意思決定の指針となる重要な要因を以下に示します。

1. 3Dプリンタ

3Dプリントサービスが使用する3Dプリンタのコストは、サービス利用コストに大きく影響します。3Dプリンタコストは技術、機能、セットアップ価格等の要因に依存し、これらは操作容易性、技術的専門知識の必要性、対応材料、設計複雑性を左右します。

ハイテク3Dプリンタを使用するサービスはより高額になる傾向があります。したがって、3Dプリンタ選定時には以下に注意してください：

1.1. 3Dプリント技術

3DプリンタはCADモデルを用いてプリント部品を作成します。しかし、その技術が対応材料、メカニズム、生産速度、3Dプリント部品コスト、3Dプリントサービスコストを決定します。

世界で使用されるすべての3Dプリント技術には異なる価格があります。例えば、FDMプリンタはプラスチック用の最も安価な3Dプリンタです。レーザービームでレジンを硬化させるSLAプリンタより安価です。後者は精度と汎用性が高いためです。

ダイレクト選択的レーザー焼結プリンタなど、他の技術を採用するプリンタは、希少性、操作容易性、生産性、技術的専門知識の必要性、プリント品質、対応材料により高価です。互換材料において、ダイレクト選択的レーザー焼結プリンタを使用する3Dプリントサービスは、他のプリンタ使用サービスより高額になります。3Dプリント技術は3Dプリントサービスだけでなく、ホビイストや個人も選択前にコストを考慮すべきです。

1.2. 3Dプリンタセットアップ価格

3Dプリンタセットアップ価格は、個人または会社で3Dプリンタを持ち、技術者を雇いたい人の3Dプリントコストに加算されます。多くの人は、3Dプリンタの破損や設置時の誤設定を避けるため技術者を雇います。有益ですが、技術者雇用にはコストがかかります。これは技術者の専門性、経験、ブランディング、3Dプリンタの洗練度に依存します。プリンタの洗練度に基づけば、FDMプリンタセットアップ価格もダイレクト選択的レーザー焼結プリンタより低くなります。

1.3. 3Dプリンタ運用価格

運用価格も3Dプリントサービスコストに加算されます。運用コストは3Dプリンタコストを総稼働時間で割ったものです。以下は3Dプリンタ運用価格とそれが3Dプリントサービスの請求額にどう影響するかの簡単な例示です。

FDM 3Dプリンタを10,000ドルで購入し、4年間毎日20時間使用すると想定します。修理、メンテナンス、電気代を無視すると、運用コストは：

• 20時間 × 365日 × 4年 = 29,200総時間。
• 10,000ドル ÷ 29,200 = 0.342ドル/時間。
• この0.342ドル/時間の運用コストで、10時間かかるパーツのプリントコストを計算。
• 0.342 × 10 = 3.42ドル。

1.4. メンテナンスコスト

メンテナンスなしでは、3Dプリンタは時間経過とともに最高品質のプリントを提供できなくなります。したがって適切なメンテナンスが重要です。3Dプリントサービスはこれを総合コストに加算しています。しかし、個人オーナーの3Dプリントコストにもこの要素を組み込む必要があります。メンテナンスコストは多様な形を取ります：

• 3Dプリンタ部品交換コスト
• 3Dプリント部品清掃費用
• 3Dプリント部品修理コスト
• 技術者追加コスト

メンテナンスは3Dプリンタの洗練度、機能、希少性、技術に依存します。したがって、FDMプリンタユーザーはメンテナンスが200〜599ドル範囲と言うかもしれませんが、DSLSプリンタユーザーは1,000ドル以上と言うでしょう。技術者を雇えば、技術者費用も加算されメンテナンスコストは増加します。

2. 3Dプリント材料

3Dプリントには多くの材料タイプが使用されます。これは分野の発展を支え、プロセスの柔軟性、プリンタ選択、3Dプリント部品コスト、3Dプリントサービスコストを決定します。多くのサービスは、材料の入手性と3Dプリンタ/プリント技術との互換性に基づいて材料コストを算出します。

2.1. 材料コストの計算方法

材料コストの計算方法を理解すれば、3Dプリント部品の製造コストがわかります。以下の例を使用します。

3Dプリント部品に100グラムのPLAが必要で、PLAフィラメントが25ドル/kgだと想定。これは25ドル/1000g = 0.025ドル/gを意味します。したがって、3Dプリント部品コストは100 × 0.025 = 2.5ドル。プリント部品が小さかろうが関係ありません。

2.2. 3Dプリントで一般的な材料タイプ

3Dプリントで一般的な材料とコストとの関係：

• 粉末とフィラメント

粉末とフィラメントは熱可塑性プラスチックです。これらは最も安価で最も一般的な3Dプリント材料と見なされます。非専門家やホビイストが3Dモデル作成に一般的に使用します。これらの材料は、高いアクセス性と入手性により安価です。また、精巧な3Dプリンタと技術を必要としません。例えば、PLAやABSなどの熱可塑性プラスチックはkgあたり20ドル程度で、FDMプリンタと互換性があります。粉末とフィラメントは安価ですが、プリント部品を完璧にするために多くの時間を費やすことになり、追加コストも発生します。

• レジン

レジンは高品質なプリント部品を提供し、扱いやすく、後処理手順をほとんど必要としません。その結果、高価です。これはレジン製3Dプリント部品の高コストと、3Dプリントサービスの請求額に現れます。

• ハイエンド材料

チタン、アルミニウムなどのハイエンド材料は、入手困難、希少性、特定の3Dプリント技術の必要性により高価です。例えば、ほとんどの金属は非常に高価なDMLSを使用します。

3. 3Dモデルサイズ

所望の3Dモデルサイズも3Dプリントサービスコストを決定します。大きな3Dモデルは、より多くの材料、適切なサイズの3Dプリンタ、運用コスト、プリント技術の必要性によりコストを増大させます。

4. 3Dモデル複雑性

複雑な3Dモデルは、プロセスコストを決定するために精密で正確なプリント技術を必要とします。複雑なモデルは、特に3Dプリントサービスがスライシング等の準備手順を担当する場合、準備も必要です。したがって、資本と時間の浪費を防ぐため、モデルの複雑性を理解すべきです。

5. 生産量

3Dプリント部品の大量生産は一般的に個別部品コストを削減します。しかし、大量生産量であるため、より多くの材料（材料コスト増大）と長いプリント時間（運用コスト増大）が必要です。

6. 選択した後処理

研磨や電気めっきなどの後処理オプションは、プリント部品の機能性と美観を向上させます。これらのプロセスを使用すれば3Dプリントサービスコストに加算されます。プロセスによりそれぞれコストが異なります。一般的なものとコストとの関係を以下に示します。

6.1 研磨

研磨は3Dプリント部品をサンディングし、洗浄し、ポリッシュを施して可能な限り滑らかな表面を得るプロセスです。高い寸法精度と中程度のスキルレベルを必要とするため高コストなプロセスです。

6.2 電気めっき

電気分解により金属で3Dプリント部品をコーティングする美観・機能向上プロセスです。コーティング金属のメカニズムと選択により非常に高コストです。

6.3 エポキシコーティング

エポキシコーティングは一般的な3Dプリント後処理オプションで、3Dプリントをエポキシレジンでコーティングします。その後硬化剤で強度を向上させ、プリントの多孔質部分を封止します。プロセスは非常に効果的ですが、コストはエポキシコーティングのタイプに依存します。

3Dプリントプロジェクトコストの例

一般的なアイテムのプリントコストを素早く知りたい方向けに、いくつかの3Dプリント部品例、プリントコスト、納期を示します。これらの例で、3Dプリント部品コスト、3Dプリント部品コストの計算方法、3Dプリントサービスが請求する金額についてより良い洞察が得られるはずです：

アイテム例	推定コスト	納期
ボトル蓋	$30	1〜3日
ギターチューニングペグ	$50	1〜3日
プロトタイプブラケット	$50	1〜3日
ベルトバックル	$50	1〜3日
キーボード	$100	3〜7日
3Dプリントシューズ	$150	3〜7日
マイクホルダー/ケース	$100	3〜7日
複数コンパートメントケース	$150	3〜7日

上表の3Dプリント部品推定コストは、材料、モデル複雑性とサイズ、後処理、チーム経験、品質プリント、ブランディングに基づく3Dプリントサービスの総経費です。また、コストは数量、部品複雑性、所在国により変動します。

3Dプリントコストを削減する方法

3Dプリントサービスコスト削減は、運用コストと使用材料の削減を意味します。3Dプリントコスト削減に使えるいくつかの方法を以下に示します。

1. より安価な材料を使用する

プロジェクトの複雑性、プリント部品の機能、使用環境等を理解し、それらを用いて最も安価な材料を選択します。ただし、3Dプリント部品は機能を失ってはなりません。可能であれば、精巧な技術を必要としない材料を選びます。例えば、硬度が欲しければポリカーボネートを使用でき、必ずしも金属（高価なDSLS 3Dプリンタが必要）を使う必要はありません。

2. 技術を選択する

高度な技術は3Dプリントコストを増大させます。高度な機械の使用は材料と製品複雑性に依存します。したがって、3Dプリント部品が機能を失わずプロセスが生産性を失わない範囲で、資本範囲内の技術を選択すべきです。

3. プリント材料を節約する

3Dプリントサイズ、複雑性、機能性を変更してコスト削減するのは理想的ではありません。ただし、サイズ縮小は使用材料を減らしますが製品機能に影響します。それでも余地があれば、以下の手順でプリント材料を節約すべきです：

3.1. 中空化（ハウリング）

3Dプリント部品が中実である必要がない場合、モデルを中空化して使用材料量を削減できます。結果として材料コストと運用時間が削減されます。

3.2. サポート構造の除去

サポート構造はパーツにオーバーハングがなく安定性を確保します。サポート構造使用はより多くの材料を消費し運用時間を増やします。結果として3Dプリントサービスコストが増大します。オーバーハング角度を45度より大きく設計し、モデルを分割することでサポート構造を除去できます。

3.3. インフィル率を下げる

インフィル率を下げると、材料コスト削減と生産性向上により3Dプリントコストが削減されます。ただし、パーツが構造的特性を必要としない場合にのみこのハックを適用すべきです。

3.4. より大きな層高と解像度を選択

層高はプリント品質とプリント速度を決定します。一方、低層高は高い生産時間で滑らかなプリントをもたらし、運用コストが増加します。他方、層高を増やすと生産時間が短縮され、結果として運用コストが削減されます。このハックは美観を必要としない3Dプリント部品製造に適しています。

4. 適切な仕上げを選択する

3Dプリントサービスが、コストと機能性/美観のバランスが取れた後処理仕上げを使用することを確認してください。例えば、美観を低コストで求めるなら電気めっきより塗装が理想的です。しかし耐久性が低いため、希望する後処理技術を決定する前に最大限のリサーチを行うべきです。サービス側でも最適な後処理技術とそのコストについてアドバイスできます。

結論

3Dプリントコストが、特にプロジェクトを3Dプリントサービス会社にアウトソースしたい人々にとって、プロセス利用の障壁になってはなりません。したがって、3Dプリント部品とプリントサービスのコストを決定する様々な要因を知るべきです。これはCNC機械加工コスト、射出成形コスト、その他のラピッドプロトタイピングプロセスでも同様です。本記事では3Dプリントサービスコスト削減に考慮できる点も分析しました。製品用途に応じてこれらの考慮事項を参照してください。

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FAQ

3Dプリントは高コストですか、コスト効率が良いですか？

はい、3Dプリントは自動化によりコストと時間を節約します。時間短縮により運用コストが低下し、イノベーションと設計が改善されます。

3Dプリントはラピッドプロトタイピングとアディティブ製造と同じですか？

はい、3Dプリントはアディティブ製造と同義です。しかし、ラピッドプロトタイピングは3Dプリント、CNC機械加工、射出成形などの製造プロセスを用いてプロトタイプを作ることを含みます。したがって、3Dプリントはラピッドプロトタイピングが使用する手順の一つと言えます。

なぜ金属3Dプリンタはそんなに高いのですか？

金属3Dプリンタは新しいため高価です。したがって専門知識が必要でメンテナンスコストも高いです。また、材料がプラスチック、フィラメント、レジンほど容易に入手できません。