3Dプリンター試作で設計を加速：効率と精度を両立

試作はあらゆる設計サイクルにおける明白かつ最初のステップです。部品の感触を確認し、アセンブリへの適合性を検証し、過酷な条件下での耐久性をテストします。製造技術において、試作での3Dプリンティングは依然として王道です。

3Dプリンティングは、迅速な試作という唯一の目的で始まりました。発明から数十年が経過した現在、歯科用アライナーからジェットエンジン部品まで、あらゆる分野で応用されていますが、今日でも最も人気のある用途は試作です。

初期には高コストが障壁となり大企業が主なユーザーでしたが、今日ではアクセス性が向上し、あらゆる規模の企業が試作やそれ以上の用途で3Dプリンティングを活用できるようになりました。

3Dプリンター試作のメリット

ターンアラウンドタイムの短縮

従来の製造プロセスは量産には適していますが、少量生産には大きな負担が伴います。これが、3Dプリンター登場以前に試作が困難だった理由の一つです。試作は専門業者に外注することが多く、追加コストと長い納期が発生していました。しかし3Dプリンティングなら、試作をオンデマンドで、数時間〜数日で製造可能です。特にFDM（熱溶解積層）方式の3Dプリンターは、多様な材料で少量の試作を迅速に生産できます。

材料ライブラリの拡充

3Dプリンティングの普及に伴い、機能的試作に使用できる多様な物理的・化学的特性を持つ新材料が登場しました。メーカーはニーズに合わせて幅広い材料から選択可能です。特定ケースでは、材料サプライヤーが企業と協業し、用途専用材料を開発することもあります。現在、PETG、ナイロンカーボンファイバー、PC-ABSなどが主流材料として広く使用されています。

コスト削減

長年にわたり3Dプリンティングコストは大幅に低下しました。MakerBot METHODシリーズのような、手頃でアクセスしやすく、多材料対応のプリンターが普及したことが主因です。従来試作の工数とコストを考慮すれば、3Dプリンター試作は従来工法より大幅に安価です。

迅速な修正とイテレーション

試作は本質的に試行錯誤のプロセスです。エンジニアは「設計→試作→評価→反復→設計修正」のループを回して設計を確定させます。3Dプリンティングなら試作が容易に入手できるため、設計者・エンジニアは形状・適合・機能をより早期に、より頻繁に検証でき、量産段階でのリスクとコスト超過を大幅に低減できます。

試作前に考慮すべき3つのポイント

1. 最終製品

試作前の最重要検討事項は、最終製品の用途です。試作に最終製品と同等の寸法・機能・外観を求めるケースもあれば、アセンブリへの適合確認のみの単一コンポーネント、あるいは基本的な工業デザインを決めるためのコンセプトモデル（形状・手触りの確認）だけのケースもあります。

2. 3Dプリンティング技術

試作のタイプと用途に応じて、適切な3Dプリンティング技術を選定します。機能試作にはFDMが一般的です。FDMは100ミクロン以上の特徴を持つ部品にも適しています。美観重視の試作には、光造形（SLA）やポリジェットが用いられます。場合によっては、付加製造と除去製造を組み合わせるのが最適なこともあります。

3. 設計ガイドライン

試作出力時には、壁厚、水密設計、多重シェル、最小フィーチャーサイズの維持など、採用技術に応じた設計ガイドラインを遵守する必要があります。これは他の製造技術でも同様の配慮が必要ですが、3Dプリンティングでは除去加工では不可能な幾何学的自由度が得られます。

試作の種類と代表的な材料について、続きをお読みください。

原稿はMakerBotウェブサイトに掲載されました。