部品が3Dプリントに適しているか判断する包括的ガイド

自分の部品にとって3Dプリントが最適な製造プロセスかどうかを知る方法

2019年は3Dプリントにとって「元年」となりました。初めて、単なるモデル作成技術ではなく「製造プロセス」として認識されるようになりました。事実、2019年以前は3Dプリントはその用途から「ラピッドプロトタイピング」と呼ばれることが多かったのです。しかし今では、何百万もの製品がこの画期的な技術によって生産されています。あなたの製品もこれで加工できるかもしれないと考えるかもしれません。はい、この製造プロセス（今では自信を持って「プロセス」と呼べます）は、最も複雑なコンポーネントさえも扱うことができます。それでも、決定する前に十分な検討が必要です。この記事では、部品の製造プロセスとして3Dプリントを選択する前に知っておくべき基本的な考え方をいくつか紹介します。

3Dプリントとは？

3Dプリントは実際には積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）の同義語であり、異なる材料を層ごとに「積層的に」堆積させることで三次元部品/モデルを製造するプロセスです。全プロセスはコンピュータプログラムの制御下にあり、これはCNC加工と非常に似ています。

3Dプリントはどのように機能するか？

3Dプリントの発明者は、地下の石が独自の形状を形成する様子から着想を得たとされています。3Dプリントはまさに「無から岩を作る」ようなものに見えます。しかしプロセスを観察すると、ノズルが材料を層ごとに吐出し、徐々に形状を形成しているのがわかります。これが機械レベルでの3Dプリンターの動作原理です。これらの機械的操作を実現するため、コンピュータプログラムは三次元設計を多数の二次元層に分解します。その後、数値制御ノズルに指示が与えられ、それらの層を一つずつ「プリント」していきます。

以上が3Dプリントの一般的な概念ですが、実際のケースでは材料やその他の要件によってプロセスが異なる場合があります。

長い間、3Dプリントで最も一般的に使用される材料はプラスチックとポリマーでした。これらは比較的溶かしやすいためです。さらに当時は非常に高コストでした。しかし技術が更新し続けるにつれ、金属やセラミックもこの高度な要求を持つ方法で部品やモデルを作成できるようになりました。技術の成熟によりコストも大幅に削減されました。3Dプリントはついに汎用性とコストパフォーマンスを備え、大規模産業応用への準備が整ったことを示しています。

3DプリントとCNC加工の比較：メリットとデメリット

大規模産業応用と聞いて、CNC加工を思い浮かべるかもしれません。そう、ほとんどのケースで部品製造時に選択するプロセスでしょう。多くの業界で新参者である3Dプリントは、CNC加工と比べてどうなのでしょうか？ 以下に2つの製造プロセスを比較し、3Dプリントのメリット・デメリットを明らかにする表を作成しました。

特徴/プロセス	3Dプリント	CNC加工
積層/減材	積層	減材
複雑部品製造能力	中空部品や内部トラス構造を持つ複雑部品を製造可能	複雑部品の製造可能だが、中空部品や内部構造を持つ部品は加工不可
精度	高精度	非常に高精度
材料汎用性	一般的な材料汎用性	高い材料汎用性
生産速度	非常に速い	中程度の速度
工具使用	すべての材料とプロセスで1つの工具	異なる材料やプロセスで複数の工具
コスト効率	大量生産では低、小ロットでは中程度	大量生産では中程度、小ロットでは低
必要スキル	高い	中程度

3Dプリントは、新しく発明された技術としてそのメリット・デメリットを示しています。より高い製品複雑性と生産速度のために、より高いコストとスキル要件が必要です。また、3Dプリントはラピッドプロトタイピングにはおそらく最適なソリューションですが、大量生産製造プロセスとしてはまだ改善の余地があります。自分の製品にどちらが適しているかを判断する際は、これらの要因を考慮に入れてください。

なぜ3Dプリントはこんなに高いのか？

3Dプリントサービス工場に依頼するにしても、自分の3Dプリンターを購入するにしても、決して小さな出費ではありません。手作業生産やCNC加工のような低度な技術と比較しても、3Dプリントはしばしば高コストです。それがなぜこんなに高いのか、いくつかの理由を挙げてみますので、それが価値があるかどうか判断してください。

1. 並外れた生産速度

3Dプリントが有名になった理由の一つはその生産速度です。ケースによっては、部品のラピッドプロトタイピングが30分未満で完了することもあります。ほとんどの3Dプリントサービス会社は、リードタイムを1日以内（プロトタイピングや少量生産の場合）に短縮しており、これは従来の成形技術では並ぶことのできない速さです。

2. 高度な製品複雑性

3Dプリントは内部構造を持つ部品を作成できます。製品に特別なニーズがある場合は、3Dプリントに頼るべきです。

3. 高い設備投資コスト

産業用3Dプリンターは数千ドルから数万ドルかかるため、他の製造プロセスよりもはるかに高い資本コストがかかります。

4. 設計の非互換性

現在、ほとんどの三次元部品は従来の製造技術を前提に設計されています。事実、部品を3Dプリントがより容易に適用できるように設計すれば、コストを一定程度削減できます。

5. 材料

3Dプリントで使用される材料はしばしば追加処理を必要とし、コストを押し上げます。

3Dプリンターを購入する価値はあるか？

3Dプリントサービスが高コストであることはわかっています。そのため、自分で3Dプリンターを購入してすべての作業を行おうと考えるかもしれません。それは間違いではありません。しかし、セールスコンサルタントに相談する前に、いくつかの分析が必要です。

産業用途では、3Dプリンターのコストは莫大になり、オペレーターも必要です（追加の人件費）。もし自分の部品を少し作るだけで、部品加工ビジネスに参入するつもりがないなら、購入は見送ることをお勧めします。

数百ドル程度の安価な3Dプリンターモデルもあります。これらの小型機は主に個人用途や小規模ビジネス用途向けです（最近話題の家を作る大型機械は、想像以上に高価かもしれません）。自分のアニメフィギュアを作るだけなら、選択肢の一つになり得ます。

自分の部品に適した3Dプリントサービスを選ぶには？

現在、世界的に3Dプリントサービスを提供している企業はそれほど多くないため、各社が独自の機械構成とプロセスを持っている可能性があります。広く受け入れられた業界標準はまだありません。その企業があなたの独自設計部品を加工できるかどうかを判断する必要があります。リードタイム、価格、公差、品質などを比較してください。私の意見では、サービスを見つけてファイルをアップロードし、見積もりを取るのが良いでしょう。見積もりは無料です。3DプリントはJTR Machineも提供しているサービスです。興味があれば、お気軽にご連絡いただき見積もりを取得してください。