蕗ちゃんの道草日記

3Dプリント（積層法）と切削加工の違い、そして3Dプリンターならではのメリットをご紹介しましたが、ここからは実際に3Dプリンターの造形方法が有効なケースをご紹介します。
以下のような造形をお考えの方は、3Dプリンターを導入すると、作業効率がグッと向上する可能性があります。


中空構造
切削加工で使用する切削機は、中が空洞になっている構造や、造形物の内部にさらに造形物があるといった複雑な形状の加工ができません。
また、先ほども少し触れましたが、刃物が入りにくい形状の物も加工が困難です。
一方、3Dプリンターであれば、こうした複雑な造形も容易に行うことができます。
難なく加工を行うことができるどころか、中空構造であれば、ラフィメントを重ねなければいけない面積が少なく、造形時間の短縮にもなりますし、材料コストの圧縮などにも繋がるため、中空モデルの造形は3Dプリンターがおすすめです。


透明樹脂の高精度造形
3Dプリンターの中には透明樹脂を高精度で造形できるものもあります。
特に、透明樹脂の中にさらに造形物が入っているスケルトンの模型などは、3Dプリンターの得意分野。
また、3Dプリンターによるスケルトンの造形物は医療分野でも注目されており、血管を忠実に再現して手術のトレーニングを行うといった用途でも活躍しています。

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Belluloはシステムクリエイト株式会社製の3Dプリンターです。造形方法は、加熱し溶解した材料を積層する熱溶解積層（FDM）方式です。最大の特徴は「材料が安価であること」「造形サイズ」です。
この記事ではBelluloで出力できる素材と特徴を紹介します。

Belluloで加工可能な素材
ABS
耐久性に優れた汎用エンジニアリングプラスチックです。試作から実用製品まで幅広く使用できます。

PLA
安価な材料で、融点が低いため、他の素材よりも早く造形することができます。主に形状確認の試作に用いられます。

PolyFlex
ゴムライク素材です。ゴムと樹脂の両方の特性をもつ柔軟な素材です。日用品から自動車部品までさまざまな分野で使われています。


サイズ・精度
最大可能造形400×400×400と大きめのサイズです。

3Dプリンターで400mmのサイズを造形できる機械は魅力的です。
モデルの設置方法によって外観や強度に変化が生じます。

φ0.5のノズルを用いるので、それよりも狭い幅は造形できません。
積層ピッチは0.1~0.3を指定できます。粗めのピッチになるので精度や面の滑らかさが必要なモデルには不向きです。


造形コスト
比較的安価な素材を取り扱え、他の3Dプリンターよりも低価格で造形可能です。
精度を必要としない試作品の作成や冶具製作、成形品の試作などは切削加工品より低コストで済む可能性も高くなります。
また、精度の必要な穴やネジ加工は、追加工により精度を向上させることもできます。

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金属3Dプリンターで使用される素材にはいくつかの種類がありますが、そのなかでもアルミニウムを用いるメリットを紹介します。

安価な材料コスト
アルミニウムは、金属系の材料のなかでは比較的安価です。

軽量かつ高強度、耐食性に優れた素材としてチタンがありますが、金属系の素材としては材料費が高価なことがデメリットだといえます。長期的に見ても価格が安定しづらく、変動の大きい金属です。

あくまで目安ですが、汎用のバルク材で比較すると、チタン丸棒が1kgあたり800円～1500円ほどかかるのに対し、アルミニウム地金は1kgあたり200円～400円ほどとなっています。


また、コストパフォーマンスに優れているステンレスの価格相場は、1kgあたり400～700円となり、アルミニウムよりも若干高い傾向にあります。ステンレスと比較しても、アルミニウムはコストの面で遜色ないといえるでしょう。

高い強度を誇り複合加工がしやすい
アルミニウムは金属系の素材としては軽量なので、部品を軽量化するのに役立ちます。合金の種類によっては高い強度のものもあるので、軽量かつ高強度な部品の造形に役立つ素材だといえるでしょう。


そして、3Dプリンターに用いられる素材として重要なのが、加工のしやすさです。例えばチタンは、高強度かつ耐熱性に優れているものの、それゆえに加工が難しいというデメリットがあります。チタンを加工すると、工具が摩耗しやすかったり、時間がかかったり、材料が変形するなど加工精度が低くなったりしてしまうのです。

それに対し、アルミニウムは塑性加工や切削加工がしやすいため、さまざまな形状に加工できるというメリットがあります。さらに、錆びにくくする加工や着色といった、表面処理加工ができることからも、高い加工性を有しているといえるでしょう。

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3DCAD等でプログラミングされたデータを元に、樹脂や石膏、金属などの素材を層状に積み重ねていき、最終的につくりたいものへと形づくっていきます。この仕組みが基本ではありますが、細かく分けると3Dプリンターの造形方式にはいくつかの種類があります。

熱溶解積層方式（FDM）
主に家庭用3Dプリンターで採用されている方式。比較的安価で、小型でシンプルな構造の機種が多く手軽に使いやすい。熱可塑性樹脂であるABS樹脂、PLA樹脂などを熱で溶かしノズルヘッドから噴射して層を成形していく。


粉末焼結積層造形方式（SLS）
粉末（パウダー）状の材料にレーザーを当て焼き固めていく方式。ナイロン樹脂や金属など多くの素材を使うことができ、複雑な造形にも向いている。試作品だけでなく実製品として活用しやすい。比較的高価な機種が多く、粉末対策など設置環境面での課題は多い。

光学造形方式（SLA）
液体樹脂（主にエポキシ樹脂）に紫外線レーザーを照射して、一層ごとに硬化させながら立体物を造形する方式。熱による影響が少ないため材料の収縮や変形が起きにくく、また材料が液体のため高精細かつ大型の造形に向いている。

インクジェット方式（マルチジェット・プリント方式）
インクジェットプリンターのヘッドから紫外線硬化性の樹脂を噴射し、UVランプで紫外線を当てながら固めていく方式。ピッチが細かいため高精細な造形が可能。アクリル樹脂やゴム素材など数種類の素材に対応している。


粉末接着方式（インクジェット粉末積層方式）
石膏などの粉末材料をテーブルに敷き詰め、形状に沿ってヘッドから接着剤や着色剤を塗布しながら積層し固めていく方式。従来の印刷プリンターに近い動きでスピーディかつフルカラーでの造形が可能。フィギュアや模型などの用途に使われることが多い。

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最初に、産業用ロボットの市場動向を、国内・国外の観点から見ていくことにしましょう。

（1）産業用ロボットの市場状況
国際ロボット連盟（IFR）では、ロボットの普及状況などについて統計データが紹介されています。IFRの2019年のレポートによると、産業用ロボットの設置台数は2018年に420万台を超えており、2012年以降は右肩上りに普及しています。

主な導入業界は、自動車産業が30％と産業用ロボットの導入トップを維持しており、次に25％で電機・電子産業が続きます。設置台数が最も少ないのは、食品・飲料業界の3％であり、技術的なハードルもあることから今後の参入市場として注目されます。

地域別では、2013年以降で世界最大のロボット導入率を誇る中国を筆頭として、アジア地域が28万台にのぼり、2位の欧州の約3.7倍の普及台数です。日本は、中国や韓国よりも導入の伸び率が高く、2017年比で21％も設置台数が増加しており、工場自動化が進んでいる国としては驚異的な伸びです。



産業用ロボットの用途としては、ハンドリングロボットの導入が最も高く、次に溶接や組立が続きます。クリーンルーム用途は2017年とほぼ変動がなく、クリーン度維持に対応する技術力の向上が必須です。

産業用ロボットの市場予測は、IFRの2018年レポートによると、2021年まで年平均で14％の増加が見込まれており、AIやIoT技術のロボットへの展開が期待されます。

（2）業務用サービスロボットの市場状況
2018年の業務用サービスロボットの販売台数は271,113台にのぼり、2017年から61％もの上昇となっています。特に需要が伸びたのは物流システム用途であり、無人搬送車（AGV）などの導入も7,702台となっています。

今後のスマートファクトリー化の進展には物流システムの自動化は必須であり、病院やe-コマースなどの物流などにも展開が期待されます。また、検査・保守システムの導入も前年比で94％増となっています。他にも防衛分野やサービス案内、搬送業務サポート用のパワースーツなども、業務用サービスロボットのシェア向上に寄与しています。


（3）家庭用サービスロボットの市場状況
家庭や個人を対象としたサービスロボットは、2018年の販売台数が16.3百万台にのぼり、2017年比で59％も伸びており、今後も2022年までは同じレベルでの需要増が見込まれています。清掃用ロボットなどの家庭用サービスロボットの普及率が最も高いですが、トイロボットなどのエンターテインメント分野や、高齢者等の支援分野なども着実に増加しています。

2018年の家庭・個人用のサービスロボットの生産台数第1位は米国で、全世界の73％を占めており、日本は同ロボット市場で遅れている状況です。

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