アディティブマニュファクチャリング：ビジネスリーダーが知るべき3Dプリンティングの5つの重要知見

3Dプリンティングとアディティブマニュファクチャリングは今後数年で劇的に成長すると予測されています。しかし、この技術の導入を検討している企業は、めまぐるしいほどの用語、技術、プロセスに直面します。知っておくべきいくつかを紹介します。

アディティブマニュファクチャリング（AM）、別名3Dプリンティングは、大幅な成長が見込まれています。業界アナリストのStatistaとFortune Business Insightsは、それぞれ年平均成長率（CAGR）26.4%と25.8%を予測し、後者は世界3Dプリンティング市場が2026年までに517.7億ドルに達すると示唆しています。

シンプルに言えば、アディティブマニュファクチャリングに携わるには絶好のタイミングです。

しかし、この急成長市場への参入を目指す人々は、用語、技術、テクノロジーの嵐に直面します。これらにはSLA（ステレオリソグラフィー）、DLP（デジタルライトプロセッシング）、FDM（溶解堆積造形）マシンなどが含まれます。問題は、「設計者とメーカーとして、どこから始めればいいのか？ どのタイプの3Dプリンターがニーズと予算に最適か？」です。

ニューヨークのAMソフトウェア・コンサルティング企業Senvol LLCの社長、ザック・シムキン氏に聞いてみましょう。同社の製品とサービスは「企業がAMデータにアクセスし、AMデータを生成し、AMデータを分析することを可能にします」。その一つがSenvolデータベースで、1,500台以上の産業用アディティブマニュファクチャリングマシンと驚異の3,200種類以上の材料について検索可能な詳細情報を無料で提供しています。

「『アディティブマニュファクチャリング』という用語は、実際には技術のさまざまな明確な形態を包含する傘用語であることを知っておくことが重要です」とシムキン氏。「米国材料試験協会（ASTM）は、マテリアルエクストルージョンや粉末床溶融など比較的よく知られたものから、シートラミネーションのようなあまり知られていないものまで、7つの異なるAMプロセス分類を定義しています」

シムキン氏は、同社がAmerica Makesのメンバーであることを指摘します。これはAMコミュニティに貴重な情報と支援を提供する組織です。ストラタシス社（ミネソタ州エデンプレイリーの3Dプリンターメーカー、創業者スコット・クランプ氏が1989年にFDMを発明・特許取得）もメンバーです。

MakerBot Industries LLC（ストラタシス傘下、ニューヨーク・ブルックリン）のエンジニアリング担当副社長、マイケル・ミニャッティ氏は、フロントにどのロゴがあろうと、3Dプリンターへの投資を目指す誰に対しても以下のアドバイスを提供します：

No. 1：ワークフローを知る

3Dプリンターが初めての経験なら、ワークフローに驚くかもしれません。例えば、機械から出てくるプリントは、使用可能になる前に後処理ステップを必要とすることがよくあります。これはサポート除去と一般的なモデルクリーンアップ、所望の表面仕上げを得るためのサンディングや研磨、インサート取り付けなどです。各技術は異なり、異なるステップを持ちます——最初のプリント後に驚いたり失望したりしないよう、これを理解しておきましょう。

No. 2：可能な限り最適化する

この技術はまだ比較的若いです。3Dプリンターには複雑な電子回路、多くの可動部品、そして我々の場合は溶融プラスチックがあります。誰のマシンを使っても、ある程度の造形失敗は避けられません。落ち込まないでください。部品が必ずしも3Dプリンティング専用に設計される必要はありませんが、成功率を高める最適化手法があります。これは一度コツを掴めば第二の自然になりますが、少しの学習曲線があります。

No. 3：宿題をする

選択肢となる技術は多く（FDM、SLA、DLP等）、それぞれに長所と短所があります。自分の用途を見て、ニーズに最も適した技術を選びましょう。FDMプリンターは、使いやすく、材料の選択肢が豊富で、最終用途部品、機能プロトタイプ、治具・固定具、外観部品など多様な目的で使用できるため、最も人気のある技術の一つです。

No. 4：材料が鍵

ほとんどのFDMマシンは、PLA、PETGなどの汎用材料をプリントできます。ABS、PC、ナイロン、PEKK、カーボンファイバーなど、より高度なエンジニアリンググレード材料に進むと、プリント難易度は大幅に上がります。一部の材料は、加熱チャンバーや無酸素チャンバーなどの制御環境を必要とし、他の材料は特殊なエクストルーダーとシステムを必要とします。どの材料を使いたいかを把握し、そのマシンがそれらを正常に扱えるか確認しましょう。

No. 5：大きいことが常に良いとは限らない

多くの人が提唱することに反して、より大きな造形ボリュームが常に良いわけではありません。将来を見越して、購入できる最大の造形ボリュームを持つマシンを手に入れたくなるのは分かりますが、これは常に合理的とは限りません。大型プリントは非常に長い時間を要し、特にサポート材がある場合は実用的でないことが多々あります。多くの場合、稀な大型造形が必要なときはサービスビューローを利用する方が賢明です。もちろん、これは独自のニーズに基づいて決定すべきです。

前述の通り、ミニャッティ氏の言葉は、現在使用中または検討中のプリンターに関わらず関連があります。しかし、シムキン氏が言う通り——7つの3Dプリンティング技術が存在し、それぞれに長所と短所がある——ことを振り返ることが不可欠です。MakerBotと親会社ストラタシスはこのうち3つ——FDM、SLA、PolyJet——を代表しますが、競合技術のSLS（選択的レーザー焼結）、DMLS（直接金属レーザー焼結）、バインダージェットなども製造コミュニティにとって決して無関係ではありません。

3Dプリンティング技術

3Dプリンティング初心者向けに、国際標準化機構（ISO/ASTM 52900）で分類されるアディティブマニュファクチャリング技術のいくつかを紹介します。

すべて、通常は下から上へ、一層ずつ部品や部品形状を構築し、すべてサポート除去を含む何らかのレベルの後処理を必要とします。これには洗浄、サンディング、機械加工が含まれる場合があります。

バット光重合にはステレオリソグラフィー（SLA）とデジタルライトプロセッシング（DLP）が含まれます。名前が示す通り、光反応性レジンの槽と可動ビルドプラットフォーム、レーザーやデジタルプロジェクターなどの紫外線（UV）光源を用いて、液体レジンの各層を「硬化」させます。

粉末床溶融（PBF）プリンターは、細かい砂のような個々の粉末粒子をレーザーで融合・溶解させ、金属またはプラスチック部品を作ります。GE Aviationなどの企業が、LEAPエンジン用燃料ノズルを3Dプリントしたことで近年ニュースになりましたが、この重要技術には他にも無数の用途があります。

シートラミネーション（SL）は、より一般的に積層物体造形（LOM）として知られ、レーザーカットされた紙を一枚ずつ重ねて接着し部品を構築します。新しいシステムでは紙の代わりに繊維強化複合材を使用し、航空宇宙および自動車産業で見られる大型構造部品に適しています。

他にもあります。電子ビーム溶解（EBM）はその名の通り、レーザーではなく電子銃で金属粉末を溶解します。バインダージェッティング（BJ）はプラスチック粉末床に接着剤のような液体バインダーを噴射し、マテリアルジェッティング（MJ）は液体光重合体をビルドプラットフォームに噴射しUV光で硬化させます。完全な仕様を読みたい方は、50ドルでISO/ASTM 52900:2015をこちらから入手できます。

貴社の施設ではアディティブマニュファクチャリングをどう活用していますか？ 考えと知見をコメントで共有してください。