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評価試験や展示モデルなどに使える高度な試作品を作りたいという場合でも3Dプリンターなら簡単に実現可能です。試作品に求められるニーズは、さまざまですが、ニーズに合わせた3Dプリンターの使い方があります。
たとえば実機の動作確認試験などには強度に強いナイロン粉末焼結造形が選ばれますし、また製品モックアップなどを作る場合には、ゴムの様に柔軟なゴムライク素材を使うことで製品に近い外観に仕上げることができます。
こちらでは、強度テストなどにおすすめの3Dプリンターとゴムライクな製品造形におすすめの3Dプリンターをご紹介します。公式HP（販売代理店公式HP含む）に、強度・ゴムライク素材・試作・評価に関する記載のあった主な製品を、編集部独自の視点から紹介します。
もし、自社で3Dプリンターを所有している場合には、材料費のみで試作を行える点が大きなメリットといえるでしょう。これまでに使用されてきた方法の場合には金型の作成が必要でしたが、3Dプリンターの場合は金型を作成する必要もありません。
以上の点から、コストをできるだけ抑えたいと考えている場合に3Dプリンターでの試作を行うことは非常に大きなメリットがあるといえるでしょう。
従来の方法の場合、見積もりや図面への落とし込み、組み立てなどさまざまな工程が発生するため、試作を行うにはある程度の時間を要するといった面がありました。また、この場合は試作についても外注が必要になるケースが多い点も時間がかかってしまう1つの要因といえます。
その反面、3Dプリンターを使用した場合にはデータがあればすぐに試作品の作成が可能となるため、試作に要する時間を大幅に短くできます。さらに、自社に3Dプリンターがあれば試作品を輸送する時間も必要ありません。
これらの点から、試作にかかる時間を短くしたい、できるだけ早く試作品を作りたいといった要望がある場合には3Dプリンターを選択することには大きなメリットがあるといえるでしょう。
3Dプリンターは、もし試作の段階で設計を手直しする必要が出てきたり、デザインを少し変更したいといった場合には、3Dデータの編集によって再度作成が行えます。この方法であれば修正案をすぐ形にできるため、造形品の品質を高めることにもつなげられます。このように、3Dプリンターを用いることで試作を何度も手軽に行える点もメリットのひとつとなっています。
試作の第一歩となるのが、3Dデータの設計（モデリング）です。製品の寸法や形状を正確に再現するためには、使用目的に合わせたデータ作成が欠かせません。たとえば、機能評価を重視する場合には精密な寸法設定が求められ、デザイン確認を目的とする場合には見た目のバランスが重視されます。3Dプリンターの特性を理解し、積層方向や肉厚などを意識した設計を行うことで、後工程の精度や仕上がりにも大きな影響を与えます。
3Dプリンターには「FDM」「SLA」「SLS」など複数の造形方式が存在し、それぞれ得意分野が異なります。試作品の目的に応じて、造形方式を選定することが重要です。たとえば、強度を重視する場合はナイロン粉末を焼結するSLS方式が適しており、表面の滑らかさを重視するならSLA方式が有効です。また、積層ピッチや出力方向、造形速度といった条件設定も、精度や造形時間を左右します。設計段階でこれらを最適化することで、無駄な造形ミスを防ぎ、効率的な試作が可能となります。
造形完了後は、仕上げ工程としてサポート材の除去や研磨、洗浄などの後処理を行います。この工程を怠ると、寸法誤差や表面の凹凸が評価結果に影響を及ぼすことがあります。特に、複雑な形状を造形した場合にはサポート材の除去に手間がかかるため、設計段階でサポートの配置を最小限に抑える工夫も有効です。表面の研磨を行うことで、見た目や触感の仕上がりを量産品に近づけることができ、製品イメージの確認にも役立ちます。
後処理を終えた試作品は、設計意図どおりに機能するか、寸法や形状に問題がないかといった評価を行います。評価の結果、修正が必要であれば3Dデータを即座に調整し、再度造形を行うことで改善を重ねられます。このサイクルを繰り返すことで、最終的に量産化に耐えうる品質を確保できます。3Dプリンターの強みである「スピーディな反復試作」を活かし、設計と評価を密接に連携させることがポイントです。
従来使用されていた「切削加工」や「射出成形」といった方法による試作で発生していた課題について、3Dプリンターの導入によって解決につなげられるものも多くあります。
上記でご紹介しているように、「コストの削減」や「試作の制作時間の短縮」に加えて、例えば「複雑な形状の試作品を作りたい」という点も3Dプリンターで解決できます。3Dプリンターの特徴のひとつとして「複雑な形状を製作できる」という点が挙げられますが、この点から一般的な切削加工では対応が難しいとされてきた複雑な形状を持つ試作品の作成も可能となります。
また、3Dプリンターの中には、インクジェットプリンターと同じ仕組みによってフルカラーを再現できる製品もあります。そのため、試作品をフルカラーで着色したいといった課題にも対応できるようになります。
ここでご紹介した課題以外にも、3Dプリンターを導入することによって従来の試作方法で抱えてきたさまざまな課題の解決が可能となります。
試作は、量産設計の基礎データを作る段階でもあります。量産を前提にしない試作では、形状や構造が実際の製造工程に適さず、後から大幅な設計修正が必要になることも少なくありません。初期段階から射出成形や切削加工など量産方法を意識した形状設計を行うことで、スムーズな移行が実現できます。また、組み立て性や強度など、量産時に求められる要素を試作時点で確認しておくことも重要です。
3Dプリンターで得られた試作データは、そのまま量産設計に活用できます。寸法の調整や応力解析など、試作段階で得られた実測データをもとに設計を修正することで、量産品の品質を安定させることが可能です。特に、設計変更が頻繁に発生する製品では、3Dデータのバージョン管理を徹底することで、量産移行時のトラブルを防止できます。試作の段階から設計データの共有・更新をスムーズに行える体制を整えておくと良いでしょう。
試作で使用する材料や造形方式は、量産工程と整合性を持たせることが理想的です。試作段階では、成形性や耐久性、コストなどを考慮し、最終製品に近い条件で造形することが望まれます。たとえば、射出成形による量産を想定している場合は、同系統の樹脂材料を用いて試作することで、評価結果の精度が高まります。こうした一貫性のある材料選定は、試作と量産の品質差を最小限に抑える鍵となります。
試作評価で得られたデータを量産テストへとスムーズにつなげるには、段階的な移行計画が不可欠です。まず、3Dプリンターでの試作で形状や構造を固め、その後、試作金型による成形テストへと進める流れが一般的です。この過程で得られる生産性・耐久性の情報をもとに、最終的な金型設計や量産ラインの調整を行います。こうした一連の工程をスムーズに行うことで、量産立ち上げのリードタイム短縮と品質安定を両立できます。
ここでは、「切削加工」「射出成形」「3Dプリンター」を使用して試作を行った場合の品質やコスト、納期についてご紹介します。それぞれのメリット・デメリットがありますので、ぜひ参考にしてみてください。
| 成形方法 | 品質 | コスト | 納期 |
|---|---|---|---|
| 切削加工 | 精度が高い 実際の製品を同じ材料で加工ができる アンダーカット形状を苦手としている |
数万円～数十万円 （サイズや複雑さによる） |
5日程度～ （見積・加工プログラム作成・加工・検査などが必要） |
| 射出成形 | 量産金型で製造する実際の製品に近い品質が得られる | 数十万円～ | 3週間程度～ （見積・金型製作・成形試作などが必要） |
| 3Dプリンター | 専用材料を使用するなどの理由から 強度などの機能評価は難しい |
材料費のみ （自社製作の場合） |
1日程度～ （自社製作の場合） |
ゴムライクとは、ゴムの様に柔軟な素材のこと。ゴムの様に柔軟で弾力のある素材で、光硬化性のアクリル樹脂の1つです。硬質な光硬化性アクリル樹脂と混ぜることで、硬度を調整できるモデルもあります。
ここでは、公式HP（販売代理店公式HP含む）にゴムライク素材・試作・評価に関する記載のある主な製品を、編集部独自の視点で紹介していますので、ぜひ参考にしてみてください。
造形材料にセルフタッピングでも割れずに内部確認できる透明樹脂（AR-M2）、インクジェット方式ではシリコーンゴムや高硬度シリコーンゴム、耐熱100℃で高精細造形を実現できる樹脂などがあり複雑な部品も製造可能です。
＜AGILISTA-3200＞
積層ピッチ、各軸のデータ、震度、機械独自のスライス機能にこだわって高精度の3Dプリントを実現。試作品から工業製品まで幅広く対応可能です。
＜Raise3D Pro2シリーズ＞（販売終了 ※）
＜Raise3D E2＞
コンパクトなボディながらナイロンやカーボンにファイバーを織り込んだ独自材料で高い強度と高精細な造形を実現し治具や部品製造に力を発揮します。
カーボンファイバーに対応しているデスクトップ型コンポジット積層3Dプリンター。積層ピッチ0.05mm、広いワークスペースを持つ本格的産業用3Dプリンターです。
ドラフトモード（エコノミー高速モード）が搭載され、標準モードの3分の1の材料で約2倍のスピード造形が可能。幅広い試作品の製造に対応できる多機能型3Dプリンターです。
ABS系やPC系などの工業用樹脂素材に対応。治具、金型部品、自動車部品、航空機用内装部品、など大型工業用樹脂製品に向いています。
粉末の金属をレーザーで溶融、1層ずつ固めて造形する金属3Dプリンター。表面品質に優れ、高い精度、解像度で試作品から最終製品まで対応可能です。
2022年12月時点で公式サイトで確認できませんでした。
現在は販売が終了している可能性がございますので、詳細はメーカーや販売会社にお問い合わせください。
パウダー状の熱可塑性樹脂を噴射して造形を行っていくHPの独自造形技術、温度管理とレイヤーごとの造形コントロールにより高品質な造形ができ、試作品から最終製品まで驚異的な能力で生産します。
「試作の精度を高めたい」「現場で使える強度部品を内製したい」「最終製品を社内で量産したい」など、業務用3Dプリンターに求められる性能や導入目的はさまざまです。 業務用3Dプリンターを選ぶ際は、自社の課題に合った造形方式や精度、素材への対応力を見極めることが重要です。ここでは、試作・現場改善・量産の三つの用途に適した代表的なモデルを取り上げ、その特長と活用シーンを比較します。
「試作の精度を高めたい」「現場で使える強度部品を内製したい」「最終製品を社内で量産したい」など、求める性能や導入目的はさまざまです。
業務用3Dプリンターを選ぶ際は、自社の課題に合った造形方式・精度・素材対応力を見極めることが重要です。ここでは、試作・現場改善・量産の3つの観点から、それぞれに適した代表モデルを比較します。
高精度造形と水洗いだけの後処理で、
試作検証をスムーズにしたい
設計／開発部門向け
アジリスタ
（キーエンス）
引用元：キーエンス公式HP
https://www.keyence.co.jp/products/3d-printers/3d-printers/
高強度が求められる治具や機能部品を
内製したい
製造／生産技術部門向け
Mark Two
（Markforged）
引用元：Markforged公式HP
https://markforged.com/jp/3d-printers
複雑形状の量産部品を内製したい
製造企業向け
ProX SLS 6100
（3D Systems）
引用元：キヤノンマーケティングジャパン公式HP
https://canon.jp/biz/product/indtech/3dpsolution/3dsystems/lineup/resin-powder/sls6100
