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3Dプリンターを使うメリット

3Dプリンターを使うメリットとは?業務にどんなメリットがあるのかを調べました。

3Dプリンターを導入することで企業が得られるメリット

開発期間・製作時間を削減できる

今まではまず金型を作成してから部品製作をしていたものが、3Dプリンターならモデリングデータさえ用意すれば金型を作成する必要がなくなります。そのため試作品やテストパーツ、治具なども容易に作られるようになり、開発期間や製作時間を削減できるようになりました。

コストを削減できる

外注に依頼をして製作していた試作品を社内で作ることができるため、コストを削減することができます。さらにデータやパソコン画面からは気づかなかったデザインミスを金型製作前に確認することができるので、ミスを防ぎ無駄なコストを抑えることができます。試作品にとどまらず、実際の最終製品の製作にも3Dプリンターを活用すれば、大幅なコストダウンが期待されています。

品質が向上する

3Dプリンターを使えば手軽に造形ができるので、試作段階で細かい形状や動きの確認をすることができます。出力した部品を組み立てれば量産する前の事前検証ができ、品質の向上を図れます。

今まで小さなパーツを組み合わせていたものが、3Dプリンターによって1つのまとまった造形物として製造が可能です。このため耐久性において従来品よりも向上させることもできます。

アイディアをすぐに造形することができる

従来は思いついたアイディアがあっても、すぐに手軽に造形することができませんでしたが、3Dプリンターを使えばアイディアをすべて簡単に造形することができます。手軽に使えるため、より良いアイディアの創出につながります。

余分な在庫を持つ必要がない

これまでは製品が故障した時のために、予備としてパーツをある程度用意しておく必要がありました。しかし、3Dプリンターによる製作の場合、データさえ管理しておけば、必要なときに必要な分だけ製作することができます。商品を変更したり改良する場合でも、データを調整するだけで、新しく金型を用意する必要がありません。在庫の管理がなくなりますし、開発中に発生していた廃棄物も削減でき、製造中止でパーツがなくなり修理ができないということもなくなります。

3Dプリンターを導入するメリットとデメリット

3Dプリンターはどんな形状物を作るときにメリットがあるのか。また3Dプリンターを導入することによって考えられるデメリットを紹介していきます。

3Dプリンターなら切削では加工できない形状が造形可能

複雑な立体形状であったり、細部に刃物が入らないような形状をしていると切削では対応不可能です。そこで3Dプリンターを用いることで造形を可能とします。例えば二重構造となっている場合は3Dプリンターを使用した方が便利でしょう。

3Dプリンターなら切削対応よりもコストが抑えられる

切削対応可能な形状でも、素材の板などから大きく削る必要があるケースなどでは完成品の使用材料は少なくとも用意しなければならない素材が大きく、材料コストが大きくなります。その点、3Dプリンターならば、必要最低限の材料しか必要ありません。また切削加工だと5時間を要する形状であったとしても、3Dプリンターを使用すれば1時間程度で作業が終了することもあります。

追加工が不要

切削加工をしたあとに追加工が必要な形をしていても、3Dプリンターなら一度の作業で造形ができます。切削で仕上げてから、ワイヤーカットなどの歯切り加工が必要なケースでも3Dプリンターならば、最初から完成までひとつの機械で完結します。多くの機械を持たずに済むのが3Dプリンター導入のメリットのひとつだと言えるでしょう。

切削加工と3Dプリンターの相違点

そもそも切削加工とは、数種類の工具を用いて材料を切り削る加工方法です。大きい材料から不要な部分を削り取り除いていくので、除去加工とも言われます。金属素材や木材、プラスチックなど多様な素材で一般的に用いられる加工手段で、切削機などは多くの製造業の現場で導入されているでしょう。

切削加工は3Dプリンターと比較して高い精度が出せるため、実際の製品と同じ材料で試作品を作成したり、最終製品のパーツを製作したりするのに用いられます。ただし1点製作するのにかかるコストは高く、社外に発注した場合には早くとも1週間はかかってしまいます。切削加工のデメリットは、この高コストと製作時間です。

この切削加工のデメリットを解消できるのが3Dプリンターです。3Dプリンターの中でも積層法を採用しているなら中空構造などの複雑な造形も一体成型ができます。積層法は3DCADデータをもとに断片化した2Dの層を1枚ずつ積み重ねて立体モデルを造形する加工方法です。

また3Dプリンターならば強度や精度、気密性などは造形方式や材料によって変えることができます。そのため造形物の利用目的に合わせて機種を選ぶ必要が出てきます。高性能な業務用3Dプリンターを導入すれば、最終製品となるパーツを作ることもできるようになるでしょう。

3Dプリンターの造形方式別メリット・デメリット

3Dプリンターは主に5種類です。材料は樹脂が中心ですが、他にも石膏やナイロン、PPなどを使用する製品もあります。光や熱、接着剤を用いて造形をするのは同じですが、それぞれに向き不向き(メリット・デメリット)が存在しています。続いて造形方式別にメリットとデメリットを紹介します。

熱熔解積層方式(FDM)

業務用よりも一般消費者向けに低価格で市場に流通している3Dプリンターが採用しているのがこの熱溶解層方式(FDM)です。熱可塑性樹脂であるABSやPLAなどを材料とするリール状の細いフィラメント(モデル材とサポート材)を、溶かしながら積み重ねて造形していくタイプです。

メリットは一般消費者向けに作れている製品もあるため安価なことが特徴として挙げられます。また使用する材料がABSやPLAのため、市販品に近い造形物が造成できる点もメリットと言えるでしょう。さらに構造がシンプルなので、本体サイズが小型であることも特徴と言えます。

一方でデメリットは微細な造形には向いてない点です。造形物の積層界面が脆いのも、熱溶解層方式3Dプリンターを使用する際には注意しなければなりません。また他の造形方式と比較して、サポート材の除去に労力がかかります。

粉末焼結方式

粉末焼結方式はレーザ照射により粉末を焼き固める方式。使用できるのはナイロンやセラミック、一部金属素材です。複雑なデザインの造形にも対応していることが特徴と言えます。この方式の3Dプリンターを使用するメリットはナイロンや金属など材料の自由度が高い点です。

一方で粉末焼結方式を採用している3Dプリンターのデメリットは、本体価格が高価なことです。また表面にザラつきが生じてしまいます。さらに言えば、完成造形物から粉末を除去しなければならないことが弱点となりそうです。

インクジェット方式

インクジェット方式は光造形の一種です。インクジェットヘッドから紫外線硬化性樹脂を噴出して、UVランプで紫外線を照射することで固めていきます。ヘッドから出る樹脂が細かいため、小さい積層ピッチで表面がなめらかに仕上げられます。

インクジェット方式のメリットは、他の造形方式と比較して高精度な造形が行えることです。また複数の材料を混ぜて使える機種もあることがメリットと言えるでしょう。反対にデメリットは劣化や変色、変形をする可能性が高い点です。使用する素材からも分かるように紫外線の影響を受けやすいからです。加えてインクジェット方式を採用している3Dプリンターは高価であることが購入する上でネックとなるでしょう。

面露光方式

面露光方式もインクジェット方式と同じ光造形の一種となります。光源にプロジェクターを使用し、樹脂を固める方式です。一度に広い範囲に紫外線を照射することが可能なため、造形スピードが速いのが強みです。積層ピッチが細かく、表面の仕上がりもなめらかになるのも面露光方式の特徴と言えます。最近では低価格帯の機種も出てきているため、一般消費者でも購入しやすくなっています。

この面露光方式を採用した3Dプリンターのデメリットは照射範囲を広げてしまうと、解像度が落ちる点にあります。他にはサポート材を除去しなければならず、これに手間がかかることもデメリットとなります。サポート材とは最終製品となるモデル材とは別で、造形の過程でモデルを支える材料のことを指します。3Dプリンターを購入するときには、この除去作業がどれぐらい手間になるかも考えることをオススメします。

粉末接着方式

粉末接着方式とは石膏などの粉末材料を敷き詰めた上に、ヘッドを移動させて粉末を均しながら、形に沿い接着剤を塗布し固める方式です。一般家庭に普及しているインクジェットプリンターと同じようにヘッドが動きます。粉末材料に色を着けることで、フルカラーで造形することもできます。材料費が安く、造形スピードが速いのもメリットです。一方で強度がなく、強度を確保するためにはワックス処理をしなければならないのがデメリットと言えます。

業務用3Dプリンターをさまざまな角度から紹介

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