3Dプリンターでの造形方式の主な種類
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3Dプリンターによる造形は、積層造形という原理こそ共通するものの、造形方法はいくつもの方式があります。3Dプリンターの主な造形方法として、次のようなものがあります。
熱溶解積層方式（FDM）
熱で溶解する樹脂をノズルから押し出しながら積み重ねることで造形する方式です。材料の自由度が高く、装置の価格も比較的低価格なものが多いことから、広く普及しています。熱収縮を考慮する必要があり、厳密な寸法精度を出す用途には向いていません。
生産数量が少ない試作品や、試作段階における型の造形などに適しています。
光造形方式（SLA / DLP）
紫外線によって硬化する特性を持つ液体樹脂を材料として、紫外線照射によって一層ずつ硬化させ造形していく方式です。造形に時間がかかるものの、大型の製品をつくることができるSLAと、比較的速い速度で造形できるものの、大型の製品は苦手とするDLPのふたつの方式に分かれます。
エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などの透明樹脂による造形が可能ですが、強度の求められる用途には向いていません。なめらかな仕上がりにできるため、モックアップの製造に適しています。インクジェット方式
インクジェット方式は、インクジェットプリンターのようにプリンターヘッドから材料を噴射することで造形する方式です。
主材となる樹脂を噴射するマテリアルジェッティングと、粉末材料に対して結合剤を吹き付けるバインダージェッティングのふたつの工法があります。
マテリアルジェッティングは精細な造形や色分けをしながらの造形も可能です。バインダージェッティングは骨格模型や砂型の製造など特殊な用途で使われることが多い工法です。粉末床溶融結合方式（PBF=パウダーベッド方式）
粉末状の材料を敷き詰めた粉末床（パウダーベッド）に対し、レーザーや電子ビームを照射することにより溶解結合させ、目的の形状の部分だけを固めて造形する方法です。
ナイロン樹脂やエラストマーのほか、金属やセラミックによる造形も可能です。メタルデポジッション方式
粉末床溶融結合方式は敷き詰めた粉末床（パウダーベッド）に対してレーザーを照射するのに対し、メタルデポジッション方式は粉末の噴射とレーザーの照射を同時に行います。
金属の3D造形としては造形スピードが早く、金属粉末を除去する作業が不要というメリットがあります。造形方式はそれぞれ適した用途によって使い分け
いくつか代表的な造形方式を紹介しましたが、これらはいずれもコストや造形時間、使用できる材料、得意とする用途などが異なります。
3Dプリンターによる造形をより効率よく活用するためには、適した用途によって使い分けることが必要です。
3Dプリンターの種類については、「3Dプリンターの種類は？ 造形方式別の特徴、メリット・デメリットを解説（リンク挿入）」で詳しく紹介しています。
3Dプリンターで扱える材料
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3Dプリンターはさまざまな材料による造形が可能です。そのなかでも代表的な材料をいくつか紹介します。
ABS
剛性を持ちながら比較的柔軟性があり耐衝撃性、疲労強度に優れる樹脂です。絶縁性が比較的高いのも特徴のひとつです。
加工性が高く、造形後の研磨や塗装が可能で、追加工のある製品にも適しています。ただし、造形後の熱収縮が大きい点には注意が必要です。
自動車の内装・外装、電化製品、産業機器や電子機器の部品などに幅広く使われています。
PC
ポリカーボネイトという樹脂で、PC、またはポリカと略して呼ばれることもあります。強度と靭性があり、耐久性、耐熱性、耐候性に優れます。高い透明度と靭性を両立しているため、強度が必要とされるクリア素材としてもよく使われています。
加工性が高く、追加工で塗装や研磨が可能です。精密機器や自動車部品など幅広い用途があります。
PLA
PLA（ポリ乳酸）樹脂は、熱収縮が小さいため造形後の寸法変形が少なく、造形不良も起こりにくい特徴を持ちます。3Dプリンター造形で使いやすい特性のある樹脂で、熱溶解積層方式（FDM）を中心によく使われています。
硬度が高い一方で衝撃には弱く、耐熱温度が低いため比較的低い温度でも軟化して曲がりやすいのが難点です。また、加水分解する性質があり、水に触れる環境には適していません。
PLAは植物由来の生分解性プラスチックとしても知られており、自然に還ることから環境負荷が低い樹脂としても注目されています。
ほかの分子と混合することによって大きく性質を変えることが可能で、まったく異なる特徴のPLA樹脂につくり変えることができるという点においても、さまざまな可能性を秘めています。
3Dプリンター造形の材料としても注目されるようになり、多様な特徴を持ったPLA系の樹脂が開発されています。
PA6 / PA12
ポリアミドという合成樹脂で、ナイロンとも呼ばれます。PA6（ナイロン6）は比較的耐熱温度が高く、自動車部品の材料としても使われています。
PA12（ナイロン12）は強度・靭性・耐摩耗性に優れるほか柔軟性もあるため、機械部品やバネ機構にも使われることがあります。
アクリル
高い透明度があり、表面がなめらかに仕上がることが特徴です。追加工で研磨を施すことで透明度をさらに高めることができ、透明性を生かして内部まで確認したい場合の試作品材料としても使われます。
透明性はPCより高く、透明樹脂の代表的な存在ともいえます。
3Dプリンターで使用できる素材は、今後もさらに開発が進み、多様な素材を用いた造形が可能になっていくと考えられます。3Dプリンターで使用できる材料について詳しくは、「3Dプリンターで使える材料の選び方―素材によって異なる特性と適した造形方式とは（リンク挿入）」をご覧ください。
3Dプリンターの選び方
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3Dプリンターは、造形方式や使用できる材料の種類が多く、どういった3Dプリンターが適しているのか判断が難しい場合があります。
3Dプリンターを選ぶ際には、次の4つの視点から選んでいくと絞り込みやすくなります。
・造形方式から選ぶ
・サイズから選ぶ
・精度で選ぶ
・使用する材料で選ぶそれぞれの要点について見ていきましょう。
造形方式から選ぶ
製作したい造形物の用途に適した造形方式を選ぶ方法です。例えば、熱溶解積層方式（FDM）は積層したときの層が目立ち、研磨や塗装にあまり適さないため、外観が重要な製品には不向きです。ただし、扱いやすく造形も比較的早いため、試作や治工具の造形に向いています。
インクジェット方式は薄い造形物を得意としていて、表面の仕上がりがなめらかなのも特徴です。また、着色して造形することもできます。
このように、造形方式によって特徴が異なるため、使用したい目的や造形したい製品の用途から造形方式を考え、3Dプリンターを選ぶのは合理的な方法です。
サイズから選ぶ
3Dプリンターはどの造形方式においても、原理としてはかなり大きなサイズのものも造形可能です。しかし、プリントヘッドの可動範囲には機種ごとに決まった限度があり、それによって造形できるサイズも変わります。
当然ながら、同じ造形性能を持つ場合には、大きなサイズを造形できる3Dプリンターのほうが購入コストは高くなります。造形したいもののサイズとコストのバランスを検討して選ぶことが大切です。
このとき注意しなければならないのは、サイズの大きな造形物をつくれる能力を3Dプリンターが持っていることと、実際に求める成果が得られるのかは別だということです。一般的に造形物が大きくなればなるほど、造形にも時間がかかります。3Dプリンターは基本的に造形終了まで自動で稼働しますが、途中でフィラメントが切れてしまうおそれがあります。
また、大きな造形物ほど内部に熱がこもりやすく、冷えた外側との温度差が大きくなるため歪みや反りが発生しやすいという点も注意が必要です。
このような熱収縮対策として、大きな造形物が必要でも、複数の小さな部品に分けて設計し、造形後に組み合わせるといった使い方がされることも少なくありません。この場合、結果として大きな3Dプリンターは不要だったということになる可能性もあります。
そこで、自社では小さな3Dプリンターを導入し、対応できない大きなサイズの製作が必要になった場合は、外部の専門業者に依頼するのもおすすめの方法です。
精度で選ぶ
3Dプリンターを工業用途で使用する場合、精度は非常に重要な要素です。 一般的に精度重視の場合は光造形が選択されますが、光造形の中でも装置の品質や材料特性によって精度や寸法安定性は大きく左右されます。 また積層ピッチが細かく表面が滑らかにつくれることと、寸法精度が高いことはイコールではないため、工業用手で導入する場合は、事前にテスト造形を行うなどして評価することが大切です。
また、同じ形状のものを造形する場合でも、XY方向とZ方向をどの向きで設定するかによって精度は異なります。3Dプリンターの性能だけでなく、造形物に合わせて適した設計と造形条件の設定をすることが重要です。使用する材料で選ぶ
造形物をどういった目的や環境で使用するかによって、適している材料が異なります。目的の製品に適した材料を考え、その使用が可能な3Dプリンターを選定する方法もあります。上記で紹介した以外にも、3Dプリンター向けの材料は開発が進み、多様な種類が使われています。製造する製品の要件を明確にすることで、3Dプリンターを絞り込んでいくことができます。
3Dプリンターでの加工はこれからさらに重要に
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3Dプリンターでの加工について、3Dプリンターの概要や原理、3Dプリンターによってできることと、使用することのメリット・デメリット、使用できる材料の種類や選び方などを紹介しました。
3Dプリンターは、切削加工では難しい複雑な形状の造形ができ、短期間で試作品を製作できるため、製品の開発リードタイム短縮や試作コスト削減を可能にします。
しかし、高い精度を得るためには設計から条件設定、適切な造形方式や材料の選定などが求められます。比較的新しい造形方法でありながら、ノウハウや経験が求められる点については、従来の切削加工や鋳造による造形方法と変わりありません。
高い精度が求められる造形や、自社で所有する3Dプリンターでは対応できない大きなサイズの製作は、ノウハウと経験を持つ業者へ依頼することがおすすめです。
JMCでは、3Dプリンター出力サービスを多様な業種のお客様に提供しています。自動車・電子機器などの工業部品の試作や、販促用のモックアップ、医療用の臓器モデルなど、あらゆる分野で活用されています。JMCの3Dプリンター活用事例について、詳しくはこちらをご覧ください。