3Dプリント技術徹底比較：SLA、SLS、FDM、DLP、MJF、PolyJet、DMLS等

3Dプリントという用語には、部品を層ごとに造形する複数の製造技術が含まれます。各技術はプラスチックと金属部品の形成方法が異なり、材料選択、表面仕上げ、耐久性、製造スピードとコストで差があります。

3Dプリントには以下の種類があります：

• ステレオリソグラフィ（SLA）
• 選択的レーザー焼結（SLS）
• 熱溶解積層法（FDM）
• デジタル光造形（DLP）
• マルチジェットフュージョン（MJF）
• PolyJet
• 直接金属レーザー焼結（DMLS）
• 電子ビーム溶解（EBM）

自分の用途に適した3Dプリントプロセスを選ぶには、各プロセスの強みと弱みを理解し、それらを製品開発ニーズにマッピングする必要があります。まず3Dプリントが製品開発サイクルのどこに位置するかを説明し、次に一般的な3Dプリント技術とそれぞれの利点を見ていきます。

試作から量産まで：3Dプリントの位置づけ

3Dプリントは主に試作に使われると言えます。単一パーツを迅速に製造できる能力により、製品開発者はアイデアをコスト効率よく検証・共有できます。試作の目的を明確にすれば、どの3Dプリント技術が最も有益かがわかります。積層造形は、シンプルな物理モデルから機能テスト用パーツまで、幅広い試作に適しています。

3Dプリントがラピッドプロトタイピングの代名詞的存在である一方、実用的な生産プロセスになるシナリオもあります。通常これらは少量生産と複雑な形状を伴います。航空宇宙と医療用途のコンポーネントは、前述の基準に頻繁に合致するため、生産用3Dプリントの理想的な候補です。

3Dプリント選定の5つの考慮点

人生の大半と同様、3Dプリントプロセス選定に単純な答えは稀です。お客様の3Dプリントオプション評価を支援する際、通常以下の5つの重要基準を指摘します：

1. 予算
2. 機械的要件
3. 外観
4. 材料選択
5. 形状

ポリマー3Dプリントプロセス

一般的なプラスチック3Dプリントプロセスを概説し、それぞれが製品開発者、エンジニア、デザイナーに最も価値を提供する場面を議論します。

ステレオリソグラフィ（SLA）

SLAは最初の産業用3Dプリントプロセスです。SLAプリンターは、高レベルのディテール、滑らかな表面仕上げ、厳しい公差を持つ部品の製造に優れています。SLA部品の高品質な表面仕上げは見栄えが良いだけでなく、アセンブリの嵌合テストなど部品機能を助けることもあります。医療業界で広く使用され、解剖学モデルやマイクロ流体デバイスなどが一般的な用途です。弊社では3D Systems製のVipers、ProJets、iPros 3DプリンターをSLA部品に使用しています。

選択的レーザー焼結（SLS）

SLSはナイロンベースの粉末をレーザーで溶融し固体プラスチックにします。SLS部品は実際の熱可塑性材料から作られるため、耐久性があり、機能テストに適し、リビングヒンジやスナップフィットをサポートできます。SLAと比較して部品は強靭ですが、表面仕上げは粗くなります。SLSはサポート構造を必要としないため、ビルドプラットフォーム全体を活用して複数部品を1回のビルドにネストでき、他の3Dプリントプロセスより多量生産に適しています。多くのSLS部品は、将来的に射出成形される設計の試作に使われます。弊社のSLSプリンターには3D Systems開発のsPro140マシンを使用しています。

PolyJet

PolyJetはもう一つのプラスチック3Dプリントプロセスですが、ひねりがあります。色や材料など、複数の特性を持つ部品を造形できます。デザイナーはこの技術をエラストマーやオーバーモルド部品の試作に活用できます。設計が単一の剛性プラスチックなら、SLAやSLSの方が経済的なのでそちらを推奨します。しかしオーバーモルディングやシリコーンゴム設計を試作するなら、PolyJetは開発サイクル早期の金型投資を不要にし、より速く設計を反復・検証でき、コスト削減になります。

デジタル光造形（DLP）

DLPは液体レジンを光で硬化させる点でSLAと似ています。主な違いは、DLPがデジタル光プロジェクタースクリーンを使用するのに対し、SLAはUVレーザーを使用することです。これによりDLP 3Dプリンターはビルドの層全体を一度にイメージでき、造形速度が速くなります。ラピッドプロトタイピングに頻繁に使用されますが、DLPプリントの高スループットにより、プラスチック部品の少量生産にも適しています。

マルチジェットフュージョン（MJF）

SLSと同様に、MJFもナイロン粉末から機能部品を造形します。レーザーで粉末を焼結する代わりに、MJFはインクジェットアレイでナイロン粉末ベッドに融着剤を塗布し、加熱要素がベッドを通過して各層を融着させます。これによりSLSと比較してより一貫した機械的特性と改善された表面仕上げが得られます。MJFプロセスのもう一つの利点はビルド時間の短縮で、生産コストの低減につながります。

熱溶解積層法（FDM）

FDMはプラスチック部品の一般的なデスクトップ3Dプリント技術です。FDMプリンターはプラスチックフィラメントを層ごとにビルドプラットフォーム上に押し出します。物理モデルの制作にコスト効率よく迅速な方法です。機能テストに使用できるケースもありますが、部品の表面仕上げが比較的粗く強度に欠けるため技術は限定的です。

金属3Dプリントプロセス

直接金属レーザー焼結（DMLS）

金属3Dプリントは金属部品設計に新たな可能性を開きます。プロトラブズで金属部品を3DプリントするプロセスはDMLSです。金属マルチパーツアセンブリを単一コンポーネントに削減したり、内部チャネルや中空構造を持つ軽量部品を作ったりするのによく使われます。DMLSは試作と生産の両方で実用的で、部品は切削や鋳造など従来の金属製造法と同等の密度を持ちます。複雑な形状の金属コンポーネント作成にも適し、有機構造を模倣しなければならない医療用途に適しています。

電子ビーム溶解（EBM）

EBMは、電磁コイルで制御される電子ビームで金属粉末を溶融させる別の金属3Dプリント技術です。ビルド中、プリントベッドは加熱され真空状態になります。材料が加熱される温度は使用材料によって決まります。

3Dプリントを使うべき場面

前述の通り、3Dプリント用途にはいくつかの共通項があります。部品数量が比較的少なければ、3Dプリントが最適です。弊社が3Dプリントサービスのお客様に提供するガイダンスは通常1〜50個です。数量が数百個に近づいたら、他の製造プロセスの検討に値します。部品機能に不可欠な複雑な形状（内部冷却チャネルを持つアルミニウム部品など）を設計に含める場合、3Dプリントが唯一の選択肢になることがあります。

適切なプロセス選定は、各技術の利点と制約を、用途の最も重要な要件に合わせることに帰着します。アイデアを出し合い、同僚と共有するモデルがあれば十分な初期段階では、部品のステップ状表面仕上げはあまり問題になりません。しかしユーザーテストを行う段階になると、外観や耐久性などの要因が重要になります。万能なソリューションはありませんが、製品開発全体で3Dプリント技術を適切に活用すれば、設計リスクを低減し、最終的により良い製品につながります。