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使い方と効果の事例から考える 3D プリンタ導入のヒント

特定非営利活動法人 関西技術経営コンサルタンツ

結石 友宏（技術士 電気電子部門）keishi@abelia.ocn.ne.jp

１．３Ｄプリンタの例（ＮＰ－ＭＥＮＤＥＬ）

（１）材料（フィラメント）

熱可塑性樹脂

（２）エクストルーダ

ヒータ加熱 → 溶融材料押出し

（３）造形ステージ

材料を１層ごと積層する台

（４）Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ

造形ステージ上の任意の位置にエクストルーダを移動

（５）Ｚ軸モータ

エクストルーダをＺ方向に移動

（６）制御部

モータ回転、温度（ヒータ、造形ステージ）

２．積層造形の例 公開特許公報 昭 56-144478（小玉秀男氏）

（１）第１層積層

造形ステージ上 材料押出し

（厚さ ｄ： 積層ピッチ）

↓ 造形ステージ降下（距離 ｄ）

（２）第２層積層

造形ステージ上 材料押出し

↓ 造形ステージ降下（距離 ｄ）

（３）第３層積層

造形ステージ上 材料押出し

↓ 造形ステージ降下（距離 ｄ）

（４）第４層積層

造形ステージ上 材料押出し

３．３Ｄプリンタを使うためのソフトウェア

（２）フロントエンドソフト

ＳＴＬファイル読み込み

（ＳＴＬファイルチェック）

スライサーソフト起動 → 積層データ出力

（ＳＴＬファイルを積層ピッチｄの積層１層

ごとにスライス）

Ｇコード出力 → ３Ｄプリンタ制御

（３Ｄプリンタ制御コード）

（１）３Ｄデータ（三次元形状を表すデータ）

３Ｄ－ＣＡＤ

３Ｄ－ＣＧ

３Ｄスキャナ

Ｗｅｂアプリケーション

↓

ＳＴＬファイル

４．立体物を作る加工法方法の比較

種類 重量変化 加工時間 体表的加工法

除去加工 減少 中くらい 切削

変形加工 変化なし 短い プレス

成形加工

増加

短い

射出

成形

鋳造

付着加工 長い 積層造形（３Ｄプリンタ）

５．３Ｄプリンタの種類と特徴

ASTM インターナショナル(ASTM International) ：

国際標準化・規格設定機関（世界最大・民間・非営利）

ASTM 規格（工業規格）設定・発行

旧称： 米国材料試験協会

(American Society for Testing and Materials)

2001 年改名

３Ｄプリンタの種類

分類名 分類名（英語） 造形材料 造形方法

材料押出法 Material extrusion 樹脂 熱＋押出

材料噴射法 Material jetting 樹脂 噴射＋光硬化

結合剤噴射法 Binder jetting 粉体（石膏） 結合剤（接着剤）

液槽光重合法 Vat photo-polymerization 光硬化性

樹脂（液体）

レーザ

粉末床溶融結合法 Powder bed fusion 紛体 溶融、焼結

シート積層法 Sheet lamination 紙 切断＋接着

指向エネルギー

堆積法

Directed energy

Deposition

金属 レーザ

電子ビーム

プラズマアーク

３Ｄプリンタの種類別の特徴

方式 原理 利用可能材料 長所 短所

熱溶解

樹脂

積層法

熱可塑性樹脂

細いノズルから

押し出し積層

ABS 樹脂

PLA 樹脂

ナイロン樹脂

など

構造簡単

装置が安い

高強度、耐熱性

の造形物

積層段差が目立つ

ことが多い

インク

ジェット

法

樹脂をヘッドから

吹付け、紫外線で硬

化させ積層

アクリル系樹脂

ABS ライク樹脂

など

細かい造形物可

なめらかな表面

長期間保存困難

（直射日光が当

たると劣化）

粉末固着

積層法

敷き詰めた粉末に

バインダ（接着剤）

吹付け固着積層

石膏など 安価

造形スピード

速い

色付きの造形物

破損しやすい

（非常に脆い造形

物）

光造形法 光硬化性樹脂レー

ザビームを当て硬

化積層

エポキシ系樹脂

アクリル系樹脂

細かい造形

比較的得意

長期間保存困難

（直射日光が当

たると劣化）

粉末焼結

積層法

敷き詰めた粉末に

レーザビームを当

て焼結積層

ナイロン樹脂

セラミック

銅、チタンなど

材料強度

比較的大

柔軟性の造形物

装置大、高価

細かい造形不得意

６．３Ｄプリンタ導入のヒント

６－１．ＣＡＤ（Design）、ＣＡＥ（Engineering）、ＣＡＭ（Manufacturing）で活用

６－２．ＣＡＭ（Manufacturing）で活用

３Ｄ－ＣＡＤ

ＣＡＭ

製品の製作、試作

ＣＡＥ

製品の性能、特性の

シミュレーション

製品の設計、図面化

ＮＣ加工機

３Ｄプリンタ

試作： 外注 → 社内で製作

・納期短縮（３Ｄプリンタ夜間自動運転 → 翌朝完成）

・低コスト化（金型不要 → 試作回数を増やせる）

↓

・不具合が見つかってもすぐに直せる。

・開発が早められる

６－３．差別化戦略に３Ｄプリンタを活用

６－４．機能別戦略の組織・人事戦略、生産戦略に３Ｄプリンタを活用

試作品を見せる提案の顧客への使わりやすさ、スピード化対応

提案型企業

・顧客からの設計依頼に対応

・顧客のニーズに対応

スピード

・頻繁な顧客のモデルチェンジに対応

・競合他社よりも速い対応

組織・人事戦略

職場に「自然な打合せ」が生まれる

模型を置いておく → スタッフが自然に集まる →

打合せが始まる → 色々なアイデアが出てくる

技術開発戦略、生産戦略

デザイン、形を正解に伝える →

開発の可能性が広がる、新しい発想につながる

３Ｄプリンタで治具製作 →

５Ｓ（整理、整頓、清潔、清掃、しつけ）の推進

７．まとめ

・ ３Ｄプリンタを使った積層造形とは？

付着加工（AM： Additive Manufacturing）

・ ３Ｄプリンタの種類と特徴

ＡＳＴＭ規格 ７分類 → 主要４分類

材料押出法、材料噴射法、結合剤噴射法、液槽光重合法

・公開されている使い方と効果の事例

ＣＡＤ（３Ｄ－ＣＡＤ）、ＣＡＥ、ＣＡＭで活用

差別化戦略に３Ｄプリンタを活用

組織・人事戦略、生産戦略に３Ｄプリンタを活用