【今更聞けない】3Dプリンターとは?歴史や仕組みを徹底解説

「3Dプリンターとは」のアイキャッチ画像 コラム

3Dプリンターとは、3Dデータをもとに立体物を造形するデジタル製造技術です。

従来の切削加工とは異なり、材料を層状に積み重ねる積層造形によって複雑な内部構造や中空形状まで再現できます。

近年は試作開発だけでなく、小ロット生産や医療・教育分野まで活用領域が拡大しており、ものづくりの在り方を大きく変えています。

そこで本記事では、3Dプリンターの基礎知識から仕組み、造形方式、具体的な活用事例、さらにおすすめの3Dプリントサービスを徹底解説します。

これから導入を検討している方や、外注を考えている方にも役立つ内容となっているので参考にしてください。

3Dプリンターとは?

3Dプリンターで作成したフィギュアの画像

3Dプリンターは、3Dデータをもとに立体物を造形する加工方法のことを指します。

多くの場合は、材料を一層ずつ積み重ねる「積層造形方式」を採用しており、元になる3Dデータ通りの形状をカタチとして再現します。

主に樹脂素材が使用されますが、用途に応じては金属やセラミックなどが利用されることもあります。

3Dプリンターは、従来までの切削加工では難しかった複雑な内部構造や中空形状を造形できる特徴があります。

試作の高速化や設計自由度の向上を実現し、ものづくりの可能性を広げる存在として注目されています。

最近では、同一データからの量産や医療分野の補助器具や模型、教育現場などでの創作活動にも導入されています。

3Dプリンターの歴史

3Dプリンターは当初、自動車や家電の試作用途として大企業で活用されており、当時は1,000万円超えの敷居が高い高額装置でした。

3Dプリント技術の原点は、1980年に名古屋市工業研究所の小玉秀男氏が開発した「光造形法」から始まりました。

その後1987年にチャック・ハル氏が基本特許を取得し、3D Systemsを創業しました。さらにStratasysが熱溶解積層法(FDM)を確立し、現在の主流技術となりました。

2009年に主要特許が満了すると低価格化が進み、個人利用が広がりました。

2012年には3D Systemsが個人・家庭向けの3Dプリンターとして「Cube」を発売しました。

また、2013年にはクリス・アンダーソン氏の著書『MAKERS』が話題となり、3Dプリンターの世界的ブームが到来しました。

現在は産業用途から個人製造まで広がり、ものづくりの在り方を大きく変える存在として活用されています。

3Dプリンターでできること・仕組み

3Dプリンターは、自動車・医療・建築・航空宇宙産業など幅広い業界で導入が進んでおり、設計開発から製造工程までの効率と品質向上に貢献しています。

試作スピードの向上やコスト削減といった面でも効果を発揮しており、現在ではさまざまなシーンで活用されています。

具体的に3Dプリンターを活用した取り組みは、下記のようなものがあります。

できること・仕組み
1.試作・モックアップの製作
2.小ロット製品の量産・補修部品の再製造
3.機構確認・嵌合チェック
4.型の試作・簡易金型の作成
5.治工具の製作

ここでは、3Dプリンターでできることやその仕組みを解説します。

1.試作・モックアップの製作

3Dayプリンター「試作」の画像

製品開発の初期段階では、形状やサイズ感、外観バランスを確認するための試作品が欠かせません。

この時、3Dデータから立体物を出力できる「3Dプリンター」を用いることで、設計変更にも迅速に対応できます。

従来の切削加工や射出成形による試作品製作では、型や専用工具の準備が必要となるため、時間を費用がかさみます。

一方で3Dプリンターによる出力の場合は、前準備がほとんど必要なく、設計検証を低コストかつ短期間で実施できます。

2.小ロット製品の量産・補修部品の再製造

3Dプリンターは試作専用の装置ではなく、最終製品の製造にも活用できます。特に少量生産品では、金型製作にかかる初期費用を削減できるため、全体コストが抑えられます。

また、生産終了した部品供給にも有効で、既存の型や治工具が残っていない場合でもデータがあれば復元可能です。

3.機構確認・嵌合チェック

可動部を含む製品や複数部品を組み合わせる構造では、動作検証や部品同士の嵌合精度の確認が重要です。設計段階で問題点を発見できれば、量産後のトラブルを未然に防げます。

そこで、3Dプリンター出力した試作品を用いることでリンク機構やヒンジ構造の動き、パーツの干渉を実物で検証できる強みがあります。

最終製品とは異なる材料であったとしても、構造確認という目的に対して十分な評価が可能です。

4.型の試作・簡易金型の作成

射出成形やプレス加工では金型設計に多くの工数がかかります。成形して評価し、修正を重ねながら量産仕様へと仕上げていく流れが一般的です。

しかしこの段階で、試作用の型を3Dプリンターで製作することで、設計変更への対応が容易になります。

このやり方は、修正のたびに高額な金型を作り直す必要がないため、開発期間の短縮とコスト抑制に繋がります。

5.治工具の製作

多品種小ロット生産が主流となる現代で、専用の治工具の種類が増加しています。

また、仕様変更やモデル追加のたびに治工具の改良が求められるケースも少なくありません。

そこで3Dプリンターを活用することで、必要なタイミングで必要な数だけ治工具を製作できます。短納期の作り直しやカスタマイズ性も高いため、柔軟に対応できるのが魅力です。

3Dプリンターの基本的な使い方

ここでは、3Dプリンターで造形物を作るまでの流れを、初心者にも分かりやすい5つの工程に整理して解説します。

3Dプリンターの基本的な使い方
STEP①3Dデータを用意する
STEP②印刷用データへ変換する(スライス)
STEP③プリンター本体の準備
STEP④造形を開始する
STEP⑤取り外しと仕上げ

それでは、1つずつ順番に詳しく説明します。

STEP①3Dデータを用意する

まずは造形したい形状の3Dデータを用意します。データ形式は「STL」や「OBJ」が一般的です。

自分で設計する場合は、無料で利用できる3DCADソフトから始めると操作に慣れやすくなるのでおすすめです。

設計が難しい場合は、CGTraderやTurboSquidなどの3Dデータを無料でダウンロードできるサイトを活用しましょう。

さらに、実在する物体をデータ化したい場合は3Dスキャナーを使用する方法もあります。

いずれも当社『3Dayプリンター』で対応可能なので、3Dデータを用意するのが難しい方やプロへの依頼を考えてる方はお気軽にお問い合わせください。

STEP②印刷用データへ変換する(スライス)

STEP①で作成または取得した3Dモデルは、そのままでは出力できません。スライスソフトを使い、モデルを積層造形用のデータに変換します。

この工程を「スライス」と言い、ソフトのことを「スライサーソフト」などと呼称されています。

スライサーソフトとは・・・STLなどの3Dデータを読み込み、プリント可能なデータへ変換するための専用ソフトウェアを指します。

初心者は、プリンターに付属している専用ソフトや推奨設定を使うことで失敗を防げます。

STEP③プリンター本体の準備

スライスデータが完成したら、本体をセットアップします。

FDM方式の場合はフィラメントを装填し、光造形方式の場合はレジンをタンクに注ぎます。

安定した出力品質を得るには、この工程を丁寧に実施することが重要です。

STEP④造形を開始する

次に、データを本体に送信して出力を開始します。

プリンターは設定に基づき、材料を一層ずつ積み上げながら形状を構築していきます。

造形時間はサイズや設定によって異なり、数十分〜数時間かかる場合がありますが、途中で材料が不足しないように事前に確認しておくこと安心です。

STEP⑤取り外しと仕上げ

出力完了後は、造形物をビルドプレートから慎重に取り外してください。

ビルドプレートとは・・・プリンターのベッド上にセットし、フィラメントを積層するための土台を指します。

オーバーハングがあるモデルではサポート材が付いているため、ニッパーなどで除去します。

必要に応じて以下の仕上げを実施してください。

・やすりがけによる表面処理
・研磨
・塗装
・UV二次硬化(レジン方式の場合)

仕上げ工程まで終えれば、オリジナルの3Dプリント作品が完成です。

3Dプリンターの造形方式とは?

3Dプリンターには複数の造形方式があり、それぞれ仕組みや得意分野、コストが大きく異なります。用途に合った機種を選ぶためには、まず各方式の特徴を理解することが重要です。

3Dプリンター造形方式の種類
・熱溶解積層方式
・光造形方式
・インクジェット方式
・粉末焼結方式
・粉末固着方式

これら代表的な5つの造形方式については、下記記事で種類や特徴を徹底解説しているので合わせて参考にしてください。

3Dプリントはプロに依頼するのがおすすめ!人気企業を紹介

3Dプリントは、個人から法人まで誰でも利用できるようになった現代ですが、「3Dプリンターは高すぎで導入できない」「どんな風に造形すればいいかイメージが湧かない」という悩みを抱える方もいると思います。

そんな方におすすめなのが、ノウハウと実績があるプロの3Dプリントサービス会社です。

プロの3Dプリントサービス会社一覧
おすすめ1位:3Dayプリンター
おすすめ2位:メルタ堂
おすすめ3位:DMM.make
おすすめ4位:Bfull 3Dプリントサービス
おすすめ5位:リコー3Dプリンター出力サービス

ここでは、当サイトがおすすめする3Dプリントのプロの業者を1社ずつ紹介します。

おすすめ1位:3Dayプリンター

3Dayプリンターは、東京都墨田区両国に3Dプリント工場を構える株式会社メルタが提供する3Dプリントの受託サービスです。「3Dが、3日で目の前に!」をキャッチフレーズに、スピーディーな対応と高い技術力を兼ね備えています。

3Dデータの設計からプリント、塗装や研磨といった後工程、さらには小ロットの試作まで、すべてワンストップで対応できます。

対応内容3Dデータ→3Dプリント→塗装(後処理)など全てを提案できる幅広さ
3Dデータ制作対応可能
価格帯低価格
納期傾向短納期
向いている人・3Dデータをすでに持っている人
・3Dデータを持っていない人
・ものづくりに詳しくない方
注意点データ品質が完成度に直結

対応素材はABS樹脂や金属、シリコンなど18種類以上に及び、試作品から実用品まで幅広いニーズに応じた高精度な出力が可能です。

これまでにソニー、NTT西日本、早稲田大学など多数の企業や教育機関への納品実績があり、法人・研究機関から個人のクリエイターまで幅広いユーザーに利用されています。

課題や目的に合わせた導入支援や最適な活用方法のご提案も行っておりますので、3Dプリントをご検討の際はぜひお気軽にお問い合わせください。

3Dayプリンターの量産LPの画像

さらに、3Dayプリンターを運営する株式会社メルタでは、試作から量産まで一気通貫で支援が可能です。

こちらのサイトより、価格・納期の目安から製作の流れなど詳細が確認できますので、量産が初めての方でも安心してお任せいただけます。

「人間くらいの大きなサイズの立体フィギュアを作成したい!」「3Dスキャンから人物・建物模型を作りたい!」「イベント・キャンペーンのグッズやノベルティを製作したい」方などは、まずは株式会社メルタまでご相談ください。

おすすめ2位:メルタ堂

メルタ堂の公式画像

メルタ堂」は、株式会社メルタが提供する高品質な3Dプリント・3Dデータ制作サービスです。

業界トップレベルのモデリング技術と3Dプリント設備を活かし、個人から法人、教育機関、研究機関まで幅広いニーズに対応しています。特に精巧なフィギュアや受賞トロフィー、ジュエリー試作、展示用モデルなどに強みがあり、クオリティとスピードの両立を実現しています。

専門スタッフによる丁寧なサポートにより、初めての方でも安心して利用できる体制が整えられており、素材選定から納品後の加工相談まで一貫した対応が可能です。見積もり相談も無料でスピーディーに対応しており、急ぎの案件や特注案件も柔軟に受け付けています。

高い技術力と実績を備えたメルタ堂なら、試作や製品化に向けた重要な造形も安心して任せられる技術力を保有している、成果につながる確かなクオリティが魅力です。

おすすめ3位:DMM.make

DMMMakeの画像
出典:DMM Make

DMM.make 3Dプリントは、合同会社DMM.comが運営するオンライン型3Dプリント受託造形サービスです。

2013年にスタートして以来、3Dデータをアップロードするだけで注文が完結できる利便性や、個人ユーザーから法人まで幅広く利用できる点で支持を集めています。

また、3Dデータを持っていない方でも安心してご利用いただけるよう、図面や写真、イラストなどの資料をもとに、専門スタッフが高精度な3Dデータを作成してくれます。

3Dデータは、製品開発時の試作品からキャラクターフィギュアまで、幅広い分野のニーズに柔軟に対応しています。

素材種類が豊富(樹脂、金属など多数)で、試作品や少量~中量の生産だけでなく、クリエイターがモデルを出品・販売できるマーケット機能も備えており、「ものづくりをしたい人」の幅広いニーズに対応しています。

おすすめ4位:Bfull 3Dプリントサービス

株式会社Bfulの画像
出典:株式会社Bfull

株式会社Bfull(ビーフル)は、愛知県一宮市を拠点に、3Dプリント造形・フィギュア原型制作・プロダクトモデリングなどを手がける製造業者です。

高精度な大型光造形方式3Dプリンターを多数保有し、小ロット生産から展示用の大型モックアップまで幅広く対応しています。

主にフィギュア制作、試作品、ガレージキット、産業部品の造形など、造形クオリティの高さと柔軟な対応力を両立している点が大きな強みです。

また、データ作成・スキャン・量産対応・短期レンタルなど、3Dプリントに関する工程を一貫して対応できる体制が整っています。

おすすめ5位:リコー3Dプリンター出力サービス

RICOHの画像
出典:RICOH

RICOH(リコー)の3Dプリンター出力サービスは、顧客が用意した3Dデータをもとに、造形、後加工、検査を含む一連のものづくりプロセスを熟練技師が担当する受託造形サービスです。

用途別に耐熱性・高強度・高透明・色再現性など多彩な素材が選べ、大型造形や模型用途にも対応します。

神奈川県厚木などに拠点を持ち、20年以上にわたる造形技術のノウハウを活かして、初めての利用者にも相談しやすい体制が整っています。

3Dプリンターに関するよくある質問

ここでは、3Dプリンターに関するよくある質問とその回答を紹介します。

3Dプリンターで作ってはいけないものは?

3Dプリンターで作ってはいけないものを下記にまとめました。

・拳銃や銃の部品などの武器
・紙幣・硬貨などの通貨やその精巧な模造品
・ピッキング工具などの特殊開錠用具
・公的機関の記章・バッジ・公印の精巧なコピー
・わいせつ物に該当する立体物
・他人の著作物・キャラクターの無断複製品
・食品に直接触れる器具で法令基準を満たさないものetc…

過去には3Dプリンターで樹脂・プラスチック製の拳銃を製造して逮捕された事例も報告されているので気をつけましょう。

3Dプリンターのメリットはありますか?

3Dプリンターのメリットは、3Dデータから立体物を製作できることです。

金型が不要なため少量生産や試作品の製作を低コストかつ短期間で実施できます。

3Dプリンターのデメリットはありますか?

3Dプリンターは好きな形状を造形できるのがメリットですが、運用コストや造形環境を整備しなければならないため、デメリットや注意点も多く存在します。

下記記事では、3Dプリンターを社内導入するメリット・デメリットを解説しているので参考にしてください。

3Dプリンターの寿命はありますか?

3Dプリンターの寿命は5年〜8年程度が一般的とされています。

印刷が掠れていたり、プリント時に異音がするなどの前兆が起こる場合は修理、または買い替えを検討しましょう。

まとめ

3Dプリンターとは、3Dデータをもとに材料を積層し、立体物を造形する先進的な製造技術です。

試作・モックアップ製作、小ロット量産、補修部品の再製造、嵌合確認、簡易金型や治工具の製作など、設計から製造まで幅広い工程で活用されています。

造形方式には熱溶解積層方式や光造形方式など複数の種類があり、用途や求める精度によって最適な方式が異なります。

一方で、社内導入には設備費用や運用ノウハウが必要となるため、品質や納期を重視する場合はプロの3Dプリントサービスを活用する選択肢も有効です。

中でも最もおすすめなのは、株式会社メルタが運営する「3Dayプリンター」と「メルタ堂」です。

3Dayプリンターは、累計取引社数1,000社以上、製作件数2,000件以上の実績があり、最短3日での出力対応を強みとし、樹脂から金属まで18種類以上の素材に対応しています。

メルタ堂は、オリジナルトロフィーを製作するサービスで、業界トップレベルのモデリング技術と3Dプリント設備を活かし、個人から法人、教育機関、研究機関まで幅広いニーズに対応しています。

ここまで、3Dプリントについて詳しく解説してきましたが、3Dプリンターを正しく理解し、目的に応じてプロの力を活用することが、成功するものづくりへの近道になります。

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