金属3Dプリンターとは？ 造形方式と関連おすすめ製品をご紹介

金属3Dプリンターとは？

金属加工の新しい加工方法として注目を集めているのが金属3Dプリンターです。図面なしでデジタルデータから複雑な形状の部品を造形できるため、試作段階での導入を検討するメーカが増えてきています。

金属3Dプリンターは、金属粉末にレーザー・電子ビームを照射することで粉末を固め、PCで作成した3DのCADモデルの形状に造形を行います。これまでは技術的なハードルやコスト面のハードルが高かった金属3Dプリンターですが、近年では改良が重ねられ、造形精度の高いものや価格が抑えられた製品も登場してきています。

金属3Dプリンターの代表的な造形方法

金属3Dプリンターには様々な種類があります。ここでは造形方法の分類による「メタルデポジッション方式」「FDM（熱溶解積層）方式」「バインダージェット方式」について、それぞれご紹介します。

メタルデポジッション方式

メタルデポジッション方式は金属3Dプリンターの代表的な造形方法の一つです。指向性エネルギー堆積法と呼ばれることもあります。

この方式では、金属粉末の噴射とレーザービームの照射を同時に行うことで、造形する部分に溶けた金属を積層・凝固させる造形方式です。短い時間で造形ができる特徴を持ち、部分的に金属部品を補修するような活用方法も期待できます。一方で、機械的に造形位置を制御する必要があるため、精密な造形には向いていません。

FDM（熱溶解積層）方式

FDM（熱溶解積層）は樹脂で使用される一般的な3Dプリンターで用いられている方式ですが、金属3Dプリンターで活用する際は素材が異なります。 熱を与えることで柔らかくなる熱可塑性樹脂と、金属粉末を混ぜ合わせた素材を押し出して積層していく造形方式です。

バインダージェット方式

バインダージェット方式は、金属粉末を敷き詰めたところにバインダーと呼ばれる液体を噴射することで、金属粉末を固める造形方式です。バインダーの噴射を行うため、FDM方式と同様で脱脂・焼結の工程を経る必要があり、金属3Dプリンターの造形だけでは完成品にはなりません。この造形方法は造形スピードが早い特徴を持っているため、量産化の手段としての期待が高まっています。しかし一方で、造形物の密度が低くなるという課題が残っており、改善が求められています。

金属3Dプリンターのおすすめ関連製品

DesktopMetal 3Dプリンター

DesktopMetalは、マサチューセッツ州バーリントンの3Dプリンターメーカーで、同社プリンターは、複合材もしくは、小規模生産用、量産用の金属3Dプリントを可能とします。

金属3Dプリンターを活用した「デジタル倉庫サービス」

デジタル倉庫サービスでは金型を保有せずデータを保管していただくことでいつでも１個からでも対応、２週間程度で納品可能です。

データがない場合はデータ作成、現物しかない場合はリバースエンジニアリングも行います。

Markforged

Markforged（マークフォージド）の3Dプリンタは、治工具やエンドユースパーツといった試作に留まらない利用にフォーカスを当てた製品です。

母材であるプラスチックとカーボンをはじめとする長繊維を配合することでアルミ切削パーツ並みの強度を実現できるため、従来アルミを使用していたパーツの置換えが可能となります。それにより、製造コストおよび工数の大幅な削減を見込むことができ、ものづくりのプロセスに劇的な変化をもたらします。

金属3Dプリンター造形委託

和信産業が提供する金属3Dプリンター造形委託サービスは金属部品の試作品から、個人向けの3Dモデルデータの造形委託まで業種問わず執り行っております。

また3Dデータが無くてもイメージさえ伝えれば、技術者が3Dプリンターに適した形でデータの作成を行います。
従来の金物工法に比べ、短納期、低価格でご提供できるため一点物のオリジナル製品や製品作成前の試作検証などに適しています。

マイクロ領域の産業用 3Dプリンター

microArch®シリーズは、マイクロ射出成形の解像度と公差に匹敵する機能を備えた、産業用アプリケーション向けの精密微細構造を提供します。BMF社の超高精度AM技術により、樹脂部品の加工交差は±10um/±25umまで縮小され、リードタイムは最短１営業日まで短縮されています。 この金型不要の製造プロセスによって射出成形用の金型作成費用の削減が可能となり、精密部品の開発プロセスは新たなステージに移りつつあります。

金属3Dプリンターのメリット

これまでの金属加工方法と比較して、金属3Dプリンターの特徴・メリットとして挙げられる点をご紹介します。

造形への自由度が高い

金属3Dプリンターを活用して金属加工を行う最大のメリットは、形状の自由度が高い点だと言えるでしょう。成形加工・接合加工・切削加工等、従来の金属加工では造形が難しい複雑な形状でも3Dプリンターを活用することで実現しやすくなります。また、コストが高くなってしまうような高度な形状であっても、3Dプリンターであればほぼ材料の費用だけで造形することができます。

試作のハードルが下げる

形状の自由度が高いことに加え、ほぼ材料費で造形できる金属3Dプリンターの特徴は、試作品製作・新製品開発のハードルを下げることに貢献します。3Dプリンター用のデータを変更することで、バリエーション違いによる部品・製品を素早く造形できるため、新しい開発手法の一つとして注目を集めています。

コスト削減に繋がる

基本的に、金属加工業における利益の大部分は量産加工によって確保されています。というのも、最小で一個単位から求められる試作加工ではコストパフォーマンスが悪く、加工に掛かる工数と得られる利益が見合わないからです。
しかし、金属3Dプリンターを活用することで、ほぼ材料費だけで1アイテムを手軽に造形することが可能となるため、量による製造コストの差が縮まります。そのため、金属加工業を営む企業を悩ませている試作開発に掛かるコストの問題を解決する手段として、金属3Dプリンターは期待されているのです。

金属3Dプリンターのデメリット

金属3Dプリンターはまだ発展途上の製品であることから、デメリットへの指摘も多く見られています。

専門的な知識が求められる

従来の金属加工と3Dプリンターによる金属加工では、当然ながら求められる知識・技術が異なります。特に3Dプリンターを活用する場合は造形方式による違いを理解して、各方式に適したデザインや設定を行う必要があります。その辺りを事前に把握しておかないと、実際の導入後に実用化まで持っていくことが難しくなります。

アプリケーションが少ない

まだそこまで広く一般的に普及していないことから、用途が限定的になっている現状があります。基本的には試作段階での用途がほとんどで、それ以外での実用化はまだ広まっていないようです。

大量生産に向いていない

サイズが小さいものであれば大量生産に対応できることもありますが、基本的には一つずつ造形を行うことが必要なため、大きな造形物の場合は大量生産に向いていません。

さいごに

今回は金属3Dプリンターについてご紹介しました。代表的な造形方式として「メタルデポジッション方式」「FDM（熱溶解積層）方式」「バインダージェット方式」について、金属3Dプリンターのメリットとして「造形への自由度が高い」「試作のハードルが下がる」「コスト削減に繋がる」という3点について、そして、デメリットとして「専門的な知識が求められる」「アプリケーションが少ない」「大量生産に向いていない」という3点について、それぞれご紹介しています。

evortでは金属3Dプリンターに関連するおすすめ製品を掲載しています。ぜひ一度参考にしてみてください。