蕗ちゃんの道草日記

金属3Dプリンターを用いた試作を専門業者に依頼する場合の、一般的な流れについて解説します。

STEP1：データの提供
金属3Dプリンターによる造形サービスでは、3DCADデータをもとにした試作品が短納期で製作可能です。おもに、STL・STEP・IGES・Parasolidなどのデータ形式に対応しているため、これらの形式に合わせた3DCADデータを用意し、依頼する専門業者に渡します。

「現物はあるが3DCADデータが手元にない」という場合は、現物の形状データをスキャニングして3DCADデータを作成する、リバースエンジニアリングサービスの利用を検討するとよいでしょう。

なお、データ提供の際には必要に応じて業者と機密保持契約を締結することで、外部への情報漏洩を防ぐことができます。


STEP2：素材選定
次に、試作品の素材を選びます。金属3Dプリンターによる試作加工は、ステンレス鋼・マルエージング鋼・ニッケル合金・アルミニウム合金・銅合金・純チタンなど、さまざまな種類の金属が使用可能です。また、上記以外にオリジナル素材での試作に対応しているサービスもあります。

STEP3：見積り
要望や3DCADデータをもとに、工程・価格・納期などを詳細にした見積りを作成してもらいましょう。納期は試作品の数や大きさ以外に、専門業者が保有する金属3Dプリンターの種類や台数、使用する金属の在庫の有無などによっても変動します。

また、材質ごとに造形速度や積層する厚みも異なるので、同じ形状でも価格が変わってくる点にも注意しましょう。


STEP4：試作品の受け取り
金属3Dプリンターによる試作品の完成後には、寸法検査や外観検査、3Dスキャニングによる品質検査などが行なわれます。各検査で問題がなければ、希望した配送方法で指定の場所に試作品が届くので受け取って完了です。

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サポート材は、3Dプリンターでものづくりする上でモデルを支える役割を担います。

飛行機のモデルを作る場合に、機体の羽は宙に浮いており、このような箇所を再現するためには支えが必要です。支えがなければ、せり出した羽の部分が固化する前に崩れてしまいます。

このようなトラブルを防止して、美しいモデルを作るためにもサポート材の仕組みについて学んでおきましょう。

サポート材を使う目的と必要性
サポート材を使う目的は(1)造形物の型崩れを防止する(2)造形物の反りを抑えることです。

(1)造形物の型崩れを防止する

サポート材は造形物の型崩れを防止してくれます。例えば、飛行機の羽など宙に浮く箇所のあるモデルをつくる場合、重さで羽が崩れてしまうこともあるでしょう。重力に耐え切れず、羽が落ちてしまう問題はサポート材でモデルを支えることで解決できます。


(2)造形物の反りを抑える

3Dプリンターの材料は温度によって、膨張や収縮を引き起こします。例えば、ノズルから蓄層された樹脂は急激に冷やされ、液体から固体に状態変化するときに造形物が反れてしまうのです。このような反りを防止するためにサポート材を使用します。

3Dプリンターの造形プロセス
3Dプリンターは押出ノズルから材料を出力して、積み上げてモデルを作っていきます。

［仕組み］

サポート材で土台をつくる
土台の上にモデルを積み上げる
モデルが固まるまで待つ
固まったら、モデルに付着しているサポート材を取り除く
押出ノズルの本数別の造形方法
ノズルからモデルとサポート材が出力されるものだと説明しましたが、3Dプリンターの機種によりノズルの本数が異なります。ノズルの本数により、モデルの造形方法が変わることを理解しておきましょう。


押出ノズル1本
必然的にモデルとサポート材が同じ材料になります。そのため、モデルとサポート材が密着しやすいです。モデルからサポートが上手く取り除けないと苦労してしまうかもしれません。

このような場合は、カッターやペンチなど工具を使用して取り除いてください。モデルに傷を付けたり、破損したりしないように細心の注意を払いましょう。

押出ノズル2本
片方から造形物、もう片方からサポート材が出力できます。このような仕組みにより、別々の材料が利用できることが大きな特徴です。水で溶けるものや手で簡単に剥がせるサポート材を使用できます。

そのため、複雑な構造の造形物を出力したい場合や特殊なサポート材を使用したい場合は、押出ノズル2本が搭載されている3Dプリンターを購入てみてください。

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歯科目的で使用されている3Dプリンターの多くは、「光造形方式」と呼ばれるタイプが採用されています。光造形方式は、造形後の処理に手間がかかるものの、微細な造形が可能で、他の方式に比べて表面の仕上がりや寸法精度に優れているのが特徴です。



光造形方式は、液体のUV硬化性樹脂であるレジンを材料とします。造形の仕組みは、レジンに光を照射し硬化させ、1層ずつ積層することで模型を作り上げます。

光造形方式は、大きく分けて「SLA」と「DLP」の2種類のタイプに分類されます。SLAは、光を一筆書きのようにして照射し、レジンを硬化させる仕組みで、光造形のなかでは古くからある方式です。光造形方式の総称としてSLAと呼ぶ場合もあります。


一方でDLPは、プロジェクターを用いて光を照射し、レジンを硬化させる仕組みです。SLAと違って面で光を照射するため、DLPの方が複数の模型をスピーディーに造形できます。DLPに似た仕組みとして、プロジェクターではなく液晶ディスプレイのLCDパネルを用いた「LCD」方式もあります。搭載しているLCDパネルは、解像度が高いほど、より精密な造形が可能です。

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①やりたいこと（用途）から選ぶ

「趣味として使いたい」

「アート作品を作りたい」

「試作品として正確なパーツを作りたい…」など

用途によって適した造形方式・材料が異なるため、用途によって選ぶことが一番大切です。



②使える材料で選ぶ

樹脂をベースとし熱可塑性樹脂（固形）、光硬化性樹脂（液体状）、粉末樹脂（パウダー状）など様々な材料があります。同じ樹脂でもそれぞれの持つ特性や仕上がりは異なります。

最近では金属繊維やカーボンを含んだ材料や金属がそのまま使える3Dプリンターも出ており選択肢が広がっています。

③造形サイズで選ぶ

造形方式や機種によって造形エリアが異なることはもちろん、そもそもの造形方式による造形サイズの向き不向きがあるため、どのくらいのサイズのものをつくるかで3Dプリンターを選ぶ、または絞り込むことができます。


④造形方式で選ぶ

造形方式によって使える材料や仕上がりが異なります。材料は特に物性（材料の持つ特徴）が種類によって異なるうえ、見た目の仕上がりも造形方式で変わってくるため、各造形方式の特徴は3Dプリンターを選ぶうえで必ず押さえておいたほうが良いでしょう。

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３Dスキャナーとは、特定の物体にレーザーやセンサーをあてるなどして凸凹を感知し、それをもとに３Dデータを作成する機械です。

簡単に言えば、３Dスキャナーと３Dプリンターの関係は建築士と大工の関係に例えられます。建築士は建物の設計図を作り、その設計図をもとに大工は建物を組み立てていきます。同じように３Dスキャナーは「３Dデータ」という設計図を作成し、それをもとに３Dプリンターは樹脂や金属などの素材を使って立体物を作り上げます。


３Dデータを手に入れる別の方法

３Dデータを手に入れる方法には以下のようなものがあります。

１、３DCADソフトを使って作成
２、３DCGソフトを使って作る
３、ネットにある誰かが作成した３Dデータをダウンロードする

1と2の方法だと自分で好きなデザインのものを作成できますが、ソフトの使い方に詳しくないとできません。3の方法は簡単ですが、自分が作りたいもののデータが見つからない可能性があります。


どんなものを作りたいかによって、３Dデータの取得方法が決まります。とにかくオリジナルにこだわりたいのなら1や2の方法、簡単に造形物を作りたいなら3の方法、そして手元にある何かの物体をコピーしたいなら3Dスキャナーという感じです。

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