最先端3Dプリント技術8選とその応用を探る

3Dプリントに関して言えば、あなたの想像力だけが限界です。今日では、「このプロセスでプリントできないものは何か？」と問う方が、作成可能なものの長く尽きないリストを挙げるより簡単です。3Dプリントはシンプルなツールから本格的な建築モデル、さらには義肢まで作成可能です。

すべてのプリントニーズが同じではなく、実際には選択できる方法がいくつかあります。例えばXometryでは9つのユニークな3Dプリントプロセスを提供し、常に追加を目指しています。各プロセスには独自の長所と短所があります。金属加工に優れるもの、レーザーで硬化するもの、初めてプリントを試す初心者向けのものなど多様です。先へ進み、さまざまな種類の3Dプリントとそれぞれの強みと弱みを理解しましょう。

1. ポリジェット（PolyJet）プリント

3Dプリンターは未来的に見えますが、ポリジェットプリントは皆さんご存知の従来のインクジェットプリントに最も近い技術です。これらのマシンはプリントヘッドを使用して光造形樹脂の微小液滴をビルドプレートへ噴射し、UVライトで層ごとに硬化させます。Xometryのポリジェットマシンはフルカラーとマルチマテリアルプリントに対応し、リアルなモデルと視覚プロトタイプの作成に最適です。ただし、ポリジェット材料は耐久性で知られず、最終用途コンポーネントには不向きです。

ポリジェットは小さなフィーチャーを持つ小型パーツに最適。非常に高精度だが、材料は耐久性に劣る傾向があります。

Christian Tsu-Raun
チームリーダー、手動見積もり

以下の写真は、弊社のポリジェットプリンターがフルカラーパーツを作成している様子です：

Xometryのポリジェット3Dプリンターによるマルチカラーパーツ造形。

この表は、ポリジェットプリンターで使用可能な材料、作成可能なもの、強みを示しています。

表1：ポリジェット3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
剛性フォトポリマー、ショアAゴムライク、透明フォトポリマー	高解像度、マルチマテリアル、フルカラー	オーバーモールドプロトタイプ、フルカラーコンセプトモデル、教育用モデル	最初の1インチで±0.004インチ、以降1インチごとに±0.002インチ

2. 熱溶解積層法（FDM）

熱溶解積層法（FDM）マシンは、ホビイストのデスクからXometryのような生産施設の製造フロアまでどこにでもあります。この一般的な方法は、プラスチックフィラメントを加熱ノズルを通して溶かし、最終製品が完成するまでレイヤーごとに積み上げます。FDMプリントには、より剛性の高いプラスチックから柔軟な熱可塑性エラストマーまで、さまざまなフィラメント材料があります。

以下の画像は、最大3フィート（約91cm）長のパーツを製造可能なXometryの産業用プリンターの一つです：

Xometryの多数の産業用FDM 3Dプリンターの一つ。

この表は、FDMプリンターで使用される材料、作成可能なもの、他プリンターと比較した利点を示しています。

表2：FDM 3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
ABS、PLA、PC、ULTEM、その他	低コスト、大型プリントボリューム、材料バリエーション豊富	プロトタイピング、ホビイストパーツ、製造ジグ	最初の1インチで単一ビルドレイヤー厚、以降1インチごとに±0.002インチ

3. ステレオリソグラフィ（SLA）

ステレオリソグラフィ（SLA）は、一般の人々が手に入れられた最初の種類の3Dプリントです。このプリンターは高出力レーザーを使用してビルドプレート上の液体フォトポリマーを硬化させます。レーザーはパーツ断面の形状で動き、硬化させ次のレイヤーへ備えます。重合と呼ばれるプロセスで、設計したアイテムをレイヤーごとに造形します。複雑なモデルや製品を作りたい場合に最適なプリントオプションです。Xometryでは多くの異なるSLA材料を提供し、その多くは透明で、見通しが必要なパーツ作成に役立ちます。

以下の写真はXometryのSLAサービスで作成されたパーツの一部です：

SLA 3Dプリントで作られた様々な透明タグ。

このチャートはSLAプリンターの強みと用途、管理可能な材料、作成可能なものを示しています。

表3：SLA 3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
ポリカーボネートライク、ABSライク、ポリプロピレンライク	高解像度/ディテール、高精度、大型プリントエリア	鋳造パターン、プロトタイプ、コンセプトモデル	±0.002インチ〜±0.010インチ

9種類の3Dプリントプロセスで即時見積もり

4. 選択的レーザー焼結（SLS）

選択的レーザー焼結（SLS）は、よく知られたプラスチックフィラメントの代わりに粉末プラスチック、通常ナイロンを使用します。このマシンはリコータと呼ばれる装置でこの粉末の薄い層を広げ、レーザーでパーツ断面をトレースします。トレース中、レーザーの熱で粉末が溶融し融合します。ビルドチャンバーピストンがわずかに下がり、もう一層粉末が広げられ、プロセスが繰り返され製品が完成します。このプリント方法は、未焼結粉末が媒質全体でパーツを包み込み支持するためサポート構造を必要としません。このため、多くのパーツを同時に単一ビルドで造形でき、精度と品質を維持しながら大量生産にSLSプリントが極めて優れています。

以下の図はSLS 3Dプリンターシステムの仕組みを示しています：

SLS 3Dプリントシステム。

この表は、このプリンターで使用できる材料、作成可能なもの、利点を示しています。

表4：SLS 3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
ナイロン11、ナイロン12、充填ナイロン（例：ガラス充填）	サポート構造不要、複雑ジオメトリ、耐久性のあるパーツ	コンセプトモデル、最終用途パーツ、医療機器	インチあたり±0.002インチ〜0.003インチ

5. マルチジェットフュージョン（MJF）

マルチジェットフュージョンプリントには多くの可動部分があります。これらのマシンでは、プラスチック粉末の層が堆積し、加熱ヘッドで温められます。インクジェットスタイルのアレイが上空にホバーし、粉末へ精密に融着剤とディテーリング剤を噴射。加熱要素がすべてを融合させ、プロセスが繰り返されます。SLSプリントと同様、MJFパーツは粉末ベース手法のためサポート構造を必要とせず、ビルドチャンバー内で水平・垂直に多くのパーツを同時にプリント可能です。XometryではMJFで剛性と柔軟な材料の両方を提供し、染色や化学気相平滑化などの複数の仕上げオプションでプリントをさらに向上させます。

以下の画像はXometryのMJFサービスで作成されたパーツの例で、この場合黒く染色されています：

MJFでプリントされたナイロン12パーツ、黒染め仕上げ。

以下の表は、MJFプリンターで使用できる材料、作成可能なもの、利点を示しています。

表5：MJF 3Dプリント

材料	強み	一般的用途	寸法精度
ナイロンPA 12、ポリプロピレン、ガラス充填ナイロン、TPU 88A	高精度、高速、低コスト	視覚的に正確なプロトタイプ、最終用途パーツ	±0.7mm

SLSとMJFは、主にナイロンだがPPとTPUでも知られた材料でパーツを生産します。パーツは耐久性があり、ベース材料の典型的な振る舞いをします。これによりエンジニアは、他プロセスへも移行可能な材料でパーツをテストできます。

Christian Tsu-Raun
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6. ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS）

金属で直接3Dプリントするプロセスを探しているときは、ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS）サービスをご覧ください。選択的レーザー焼結と同様、DMLSマシンは薄い金属粉末層を堆積し、強力なレーザーで各パーツの断面をレイヤーごとにトレースし、金属粒子を融合させてパーツを形成します。SLSとは異なり、金属焼結で発生する熱と応力はプラスチックよりはるかに大きいため、サポート構造が必要です。サイズ、高コスト、プリント完了後のパーツに必要な広範な後処理ステップのため、DMLSマシンはXometryネットワーク内のような産業用ショップでのみ見られる傾向があります。

この写真は、XometryのDMLSプリンターが鋼粉末からパーツを焼結している最中です：

DMLS 3Dプリンターが鋼粉末を焼結しパーツを形成。

以下のチャートは、DMLSプリンターで作成可能なもの、使用可能な材料、適したアプリケーションを分類しています。

表6：DMLS 3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル合金、チタン	高ディテール、完全致密メタルパーツ	航空宇宙および自動車コンポーネント	最初の1インチで±0.005インチ、以降1インチごとに±0.002インチ

7. 電子ビーム溶解（EBM）

難易度を上げると、電子ビーム溶解（EBM）のようなプリント方法に行き当たります。DMLSと同様、これらマシンは産業カテゴリに属し、関連専門知識を必要とします。プロセスは名前の通り、電子ビームで金属粒子を融合させます。マシンは金属粉末層を置き、ビームがトレースと溶融を行います。 ビームは分割され、複数領域を同時に処理可能です。

このチャートでは、EBM 3Dプリンターで使用される材料、構築可能なもの、強みを確認できます。

表7：EBM 3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
クロム、チタン	DMLSより高速	航空宇宙、医療、石油化学コンポーネント	N/A

8. デジタルライトプロセス（DLP）

一部の3Dプリントオプションは他と似ており、デジタルライトプロセス（DLP）とSLAプリンターがそのケースです。 主な違いは、DLPマシンがUVライトを使用して材質バット全体へ一度に画像を投影するのに対し、SLAはレーザーで断面を一点一点描画する点です。デジタルライトプロセッシングによりフォトポリマープリントがよりアクセスしやすくなりました。SLAより安価で高速ですが、高品質パーツを作成可能です。

このチャートはDLPプリンターの材料、用途、強みを分類しています：

表8：DLP 3Dプリントの利点

材料	強み	一般的用途	寸法精度
ポリカーボネートライク、ABSライク、ポリプロピレンライク	SLAより高速	ジュエリー鋳造、デンタルスプリント、ミニチュアフィギュア	0.1mm

3Dプリントで考慮すべき要因

あらゆる種類のニーズに対応する3Dプリンターがあります。構築しようとしている最終製品、希望する材料、予算とタイムスケールについて考える必要があります。自宅で楽しみや小規模生産用にプリンターを探している場合、ホビイスト向けFDMまたはSLAプリンターが適しているかもしれません。DMLSマシンのようなより高度なプリンターは、航空宇宙、エンジニアリング、医療のような産業スペースと産業に適しています。

詳細については、3Dプリントに関する完全ガイドをご覧ください。

最も一般的な3Dプリントタイプは？

FDMプリントは最も一般的に使用される3Dプリンタータイプの一つです。これは低コストと使いやすさによるものです。産業用プラスチックアプリケーションでは、しかし、MJFが好まれる傾向があります。金属コンポーネント製造はDMLSで行われる傾向があります。

詳細については、3Dプリントタイプに関するガイドをご覧ください。

初心者に最適な3Dプリントタイプは？

FDM 3Dプリントは初心者にとって最も簡単な3Dプリントタイプです。プロセスが理解しやすいだけでなく、原材料が安価で装置も非常に手頃な価格で入手可能です。DLPプリントも良い出発点ですが、3Dプリント手法のより深い理解を必要とする傾向があります。DLPは平均的にFDMより高価です。

材料に最適な3Dプリントタイプは？

MJFプリンターは利用可能な材料の範囲が最も広く、マルチマテリアルとマルチカラーパーツを相対的に容易にプリントできます。MJFプリンターはプリントの異なる部分を選択的に着色しながら、異なる材料タイプを同一パーツへ配置することも可能です。

詳細については、3Dプリント材料に関するガイドをご覧ください。

医療用途に最適な3Dプリントタイプは？

医療用インプラントにはステンレス鋼やチタンのような高度な材料が必要です。したがって、DMLSのような粉末床3D技術がこれらアプリケーションに最適です。

建設に最適な3Dプリントタイプは？

建設業界での3Dプリントはまだ初期段階です。しかし、大型3DプリンターはFDMプリンターで使用される技術と類似した技術を用いてコンクリート構造をプリントすることに成功しています。これは、地面から構造物を構築するためにコンクリート層を互いの上にプリントすることで機能します。

教育に最適な3Dプリントタイプは？

FDMプリンターは教育目的に最適です。メカニズムが観察しやすく理解しやすいためです。さらに、運用コストが安く原材料も安価です。

建築に最適な3Dプリントタイプは？

建築事務所は設計のスケールモデルをプリントするために3Dプリンターを使用し、一般的にSLSを最も適した3Dプリント技術と見なしています。これは利用可能な大きなビルドボリュームと、SLSが例外的なディテールでパーツを構築できる能力によるものです。

3Dプリントタイプに関するよくある質問

3Dプリンターの費用は？

市場には多くの異なる種類の3Dプリンターがあります。したがって、3DプリンターはエントリーレベルFDMマシンで150ドル（約2万円）から購入可能です。高度なDMLSマシンのコストは約25万ドル（約3,700万円）から始まります。3Dプリンターはサプライヤーから直接、またはAmazonのようなサードパーティサイトで購入可能です。

3Dプリンターでビジネスを始めることは可能か？

はい、可能です。ただし参入障壁が低いため、市場は同様の志を持つ人々で飽和している可能性があります。しかし、最新の3Dプリント手法を使用し、ニッチ市場へ供給することは良いスタート地点です。

3Dプリントは儲かるビジネスか？

はい、特に高度な3Dプリントサービスと材料を提供する場合。

3Dプリントでいくら稼げるか？

これは提供される製品とサービスに完全に依存します。プリント製品の価値は、プラスチック小物の数セントから高度な金属パーツの数千ドルまで変動します。

まとめ

この記事では、8つの異なる3Dプリント技術、その応用、強みを紹介しました。

これらのプロセスとその他多くのプロセスが、Xometryインスタントクオーティングエンジン®を通じてあなたの指先で利用可能です。必要なのはSTLなどの3D CADファイルをアップロードし、オプションから見積もりを設定して即時価格とリードタイムを取得するだけです。今すぐ試してインスタント見積もりを取得しましょう！

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Kat de Naoum
Kat de Naoumは英国出身のライター、著者、編集者、コンテンツスペシャリストで、20年以上の執筆経験を持ちます。製造と技術組織向けの執筆経験があり、エンジニアリングの世界を愛しています。執筆と並行して、ほぼ10年間パラリーガルとして働き、うち7年は船舶金融でした。多くの出版物で印刷とオンライン両方で執筆。キングストン大学で英文学と哲学のBA、クリエイティブライティングのMAを取得。

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