積層造形の7大技術を徹底解説：仕組み・用途・メリット

積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）とは、材料を積み重ねて部品を作り上げるプロセスです。材料は金属、セラミックス、プラスチック、光造形樹脂、さらには食品まで多岐にわたります。ISO/ASTMは、すべての積層造形技術を7つのカテゴリに分類しています。

本記事では、7つの積層造形プロセスそれぞれの仕組み、用途、メリット、違いを解説します。

1. バインダージェッティング

Xometryによるバインダージェッティング製ステンレス鋼部品。

バインダージェッティングは、粉末層に選択的に結合剤を噴射して部品を造形する粉末床ベースの積層造形技術です。まずプリンターがビルドプラットフォーム上に均一な粉末層（通常はプラスチック、金属、砂、セラミックス）を敷きます。リコーターブレードで所定の層厚に正確に粉末をならします。通常、プリントエリア横の粉末貯蔵ビンからリコーターブレードが粉末を掬い、ビルドプラットフォーム上に払います。次にインクジェットヘッドが粉末層上を移動し、現在層の断面形状に合わせて結合剤を噴射します。フルカラー造形の場合、結合剤に着色剤を含ませ多色造形が可能です。

プリントベッドが1層分下がり、再びリコーターブレードで粉末層を形成、この工程を繰り返します。金属造形の場合、造形後に焼結を行い気孔を除去して機械強度を高めます。あるいは、青銅など低融点金属粉末を主材料に混ぜ、造形後に加熱して青銅を溶かして主金属粉末間の隙間を埋める方法もあります。

表1にバインダージェッティングの代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表1. バインダージェッティングまとめ

材料	用途	メリット
砂 プラスチック（PMMA、ABS、PA、PC） セラミックス 金属（ステンレス鋼、チタン合金）	砂型鋳造用型 多色試作 他の金属造形プロセスに比べ安価な金属部品	大型造形可能 多色造形可能 サポート不要 未使用粉末はリサイクル可能 プラスチック材料の選択肢が多い

2. 粉末床溶融結合（PBF）

粉末床溶融結合（PBF）は、高出力集束エネルギー源で粉末を溶融・融合させる一連の積層造形技術を指します。エネルギー源はレーザー（SLM、DMLS）または電子ビーム（EBM）です。金属・プラスチック両方の粉末に対応します。まず薄い粉末層（多くは予熱済み）をリコーターブレードでビルドプラットフォーム上に均一に敷きます。集束エネルギービームが粉末粒子を溶融し、現在層の断面を形成します。ビルドプラットフォームが1層分下がり、新たな粉末層を敷いて繰り返します。

金属には高出力ビームが必要で、DMLSとSLMでは不活性ガス雰囲気が必須です。EBMではビルドボリュームを真空に保つ必要があります。複数ビーム搭載機なら高速造形が可能です。EBMは単一ビームですが、ビームを極めて高速で偏向できるため、マルチビーム相当の機能を実現しています。

表2にPBFの代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表2. 粉末床溶融結合まとめ

材料	用途	メリット
金属（アルミニウム、チタン、銅、コバルトクロム等） ナイロン セラミックス	タービンブレード、ロケットエンジン燃焼室、熱交換器など機能的金属部品	未使用粉末はリサイクル可能 幅広い金属選択肢

3. 指向性エネルギー堆積（DED）

指向性エネルギー堆積（DED）は金属専用の積層造形プロセスで、既存金属部品の修理によく用いられます。他プロセスが3軸制御なのに対し、DEDは5軸制御で造形できるため、複雑形状の既存部品周辺を自在に動き回れます。

修理だけでなく、新規部品造形も可能です。DEDは粉末または金属ワイヤーをプリントノズルへ供給し、レーザーまたは電子ビームで溶融・ベース材料と融合させます。溶接可能なあらゆる金属を造形・修理できます。溶接プロセスと同様、レーザービームの場合はシールドガス、電子ビームの場合は真空が必要です。ガスはビームが溶融させている領域のみを覆うか、ビルドボリューム全体を不活性ガスで満たす（密閉された気密ボリュームが必要）かのいずれかです。

表3にDEDの代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表3. 指向性エネルギー堆積まとめ

材料	用途	メリット
金属（コバルトクロム、チタン、インコネル、タンタル、ニオブ、ステンレス鋼）	部品修理 先進航空宇宙部品	大型部品造形可能（1000 mm³） 既存部品の修理可能 幅広い金属・合金に対応

4. マテリアルジェッティング

XometryのPolyJetサービスで造形された、研磨・クリアコート仕上げのフルカラー部品。

マテリアルジェッティングは、複数のインクジェットノズルで光造形樹脂をビルドプラットフォーム上に吐出し、部品を造形するプロセスです。原料には光造形樹脂（フォトポリマー）を使用します。まずフォトポリマー層を敷き、UV光源で硬化させます。ビルドプラットフォームを下げ、これを繰り返します。

UV硬化がプロセスの核心であるため、造形可能なのはフォトポリマー系プラスチックのみです。サポート構造が必須です。

表4にマテリアルジェッティングの代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表4. マテリアルジェッティングまとめ

材料	用途	メリット
フォトポリマー樹脂 デジタルマテリアル（複合フォトポリマー） ワックス	機能試作 フルカラー解剖模型	廃棄物が極めて少ない 多材料・多色造形可能 高速プロセス 高解像度

5. シートラミネーション

シートラミネーションは、粉末や液体を堆積・溶融する代わりに、材料シートを積層・接合して部品を造形する積層造形プロセスです。紙、ポリマーシート、複合材、一部金属に対応します。一般的に解像度は低いですが、高速・低コストで、特定の試作・産業用途に有利です。

薄いシートを順次敷き、各層で部品断面形状にカットし、前層と接合します。材料によって接合手法は異なり、レーザーやナイフで接合前後に形状を切り出すシステムもあります。部品周囲の余分な材料は造形中または後に除去します。

金属シートは超音波積層造形（UAM）で接合するのが一般的です。超音波振動と圧力で溶融せずに金属層を融合させます。プラスチックシートは熱と圧力、または接着剤で熱的に接合します。複合材（アラミド繊維、ガラス繊維、カーボンファイバー強化層）と紙は通常、接着剤と圧縮でラミネートします。シートラミネーションはニアネットシェイプ部品の作製にも用いられ、後からCNCなどの切削加工で公差と表面粗さを出すこともあります。

表5にシートラミネーションの代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表5. シートラミネーションまとめ

材料	用途	メリット
紙 セラミックス カーボンファイバー複合材 金属（アルミニウム、銅、ステンレス鋼、チタン）	フルカラー試作 ニアネットシェイプ部品	低コスト 高速 フルカラー部品可能

6. マテリアル押出（FDM/FFF）

Xometry製FDM造形部品のクローズアップ。

マテリアル押出は、コンシューマー市場での普及により最もよく知られた積層造形タイプの一つです。FDM（溶解積層造形）またはFFF（溶融フィラメント造形）とも呼ばれます。供給スプールからプラスチックフィラメントを引き出し、加熱室を通してプリントノズルから吐出します。ノズルから出た材料は、ビルドプラットフォーム上で現在層の断面形状として堆積します。1層完了ごとにプリントヘッドが1層分上昇し、繰り返します。

熱可塑性樹脂と充填熱可塑性樹脂が典型的な原料です。金属粉末/ポリマーマトリックス材料も使用可能ですが、炉での後処理で最終機械特性を発現させる必要があります。

表6にマテリアル押出の代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表6. マテリアル押出まとめ

材料	用途	メリット
PLA ABS PC PETG ナイロン ULTEM	組立治具 機能試作 少量生産部品	低コスト 扱いやすい 実用的な熱可塑性樹脂

7. VAT光造形（バット光重合）

VAT光造形は、液状フォトポリマー樹脂を光源で選択的に硬化させて部品を造形する積層造形プロセスです。主な2技術は以下の通りです。

• SLA（ステレオリソグラフィー） – UVレーザーで層ごとに断面をトレースし、樹脂を固化。
• DLP（デジタルライトプロセッシング） – デジタルプロジェクターで層全体を一括照射し、樹脂を同時硬化。

どちらも液状フォトポリマー樹脂の槽（VAT）を用います。ビルドプラットフォームは樹脂液面直下からスタートします。SLAではレーザービームが樹脂面を走査し、現在層の形状を固化。DLPではプロジェクターが層全体の画像を一気に照射。1層硬化ごとにビルドプラットフォームが垂直移動（通常は上昇）し、未硬化樹脂が部品下に流れ込み、前層の上に次層を硬化。これを繰り返して部品が完成します。部品が液体から徐々に引き上げられるように見えるため、「液体から物体を引き出す」ように見えます。

表7にVAT光造形の代表的な材料、用途、メリットをまとめます。

表7. VAT光造形まとめ

材料	用途	メリット
PLA ABS PC PETG PA カーボンファイバー充填ABS PEEK	視覚試作/モックアップ ジュエリー模型（鋳造用型作成）	高速 極めて微細なディテール可能

積層造形とは？

積層造形とは、部品を1層ずつ積み上げて作る加法的プロセスです。これは、固体ブロックから余分な材料を削り取って部品を作る減法製造（サブトラクティブ・マニュファクチャリング）と対照的です。CNC加工は減法製造の一例です。

詳細は積層造形の完全ガイドをご覧ください。

積層造形は生産の転換点であり、7つのコアプロセス（バインダージェッティング、粉末床溶融結合、指向性エネルギー堆積、マテリアルジェッティング、シートラミネーション、マテリアル押出、VAT光造形）で構成されます。各プロセスは精度、規模、速度、材料汎用性などで独自の強みを持ちます。特筆すべきは、材料の無駄な除去から、制御された層ごとの創造へのシフトです。これにより、重要な航空宇宙部品の修復から詳細な試作、機能部品の造形まで、可能性が広がりました。この技術は単一のソリューションではなくツールキットとして提示され、適切なプロセスを適切な課題にマッチングさせることで、製造をより効率的、適応的、革新的にします。

積層造形タイプに関するよくある質問

最もよく使われる積層造形タイプは？

最もよく使われるのは：マテリアル押出（FDM/FFF）、シートラミネーション、VAT光造形、粉末床溶融結合（PBF）です。各技術の採用度は業界により異なります。例えば航空宇宙業界ではDEDと粉末床溶融結合を多用します。

積層造形プロセスを分類している組織は？

ASTM InternationalとISOが共同で分類を策定しています。本記事で説明した7カテゴリはASTMとISOによって作られました。

積層造形プロセスはどう分類される？

ISO/ASTM 52900が、AMのキーワードとカテゴリを定義する国際規格です。層の形成方法と材料の結合方法に基づき、技術を7つのプロセスタイプに分類します。マテリアル押出、VAT光造形、粉末床溶融結合などが含まれます。この分類により、業界・用途を問わず一貫性が確保されます。

3Dプリンティングは積層造形の一例か？

はい、3Dプリンティングは積層造形の一形態です。実際、最も広く知られ、一般的に使われている例です。「3Dプリンティング」という用語は、デジタルモデルから層ごとに物体を造形するすべての積層造形プロセスを指す俗称として使われることが多いです。

詳細は「3Dプリンティング vs 積層造形」の完全ガイドをご覧ください。

まとめ

本記事では、7種類の積層造形プロセスをレビューし、仕組み、メリット、デメリットを説明しました。各積層造形タイプの詳細と、あなたの特定用途に最適なものを知りたい方は、今すぐXometryのエキスパートにお問い合わせください。

Xometryは3Dプリンティングを含む幅広い製造能力と、試作から量産までの付加価値サービスを提供しています。詳細や無料お見積りはウェブサイトをご覧ください。

免責事項

本ウェブページの内容は情報提供のみを目的としています。Xometryは、情報の正確性、完全性、妥当性について、明示的か黙示的かを問わず、いかなる表明や保証も行いません。性能パラメータ、幾何公差、特定設計機能、材料の品質・種類、プロセスなどは、Xometryのネットワークを通じたサードパーティサプライヤーやメーカーによる提供内容を保証するものではありません。部品の見積りを依頼する買い手は、それらの部品に必要な具体的要件を定義する責任があります。詳細は利用規約をご参照ください。

Dean McClements

Dean McClementsは機械工学のB.Eng Honors卒業で、製造業界で20年以上の経験を持ちます。Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yaleなど大手企業で重要な役割を担い、エンジニアリングプロセスとイノベーションへの深い理解を培ってきました。

Dean McClementsの他の記事を読む