高精度3Dプリンターの仕組みとプリント技術。研究用にオススメなのは光造形?

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3Dプリンターの造形技術は様々なものがあり、技術によって精度や早さ、造形可能な大きさも異なります。
また、プラスチック専用のもの、金属専用のものなど材料が限定されるものあります。
ここでは、3Dプリンターの原理や他の造形技術との違いによる利点をご紹介します。

3Dプリンターの動作原理・設計

「3D印刷」とは従来のインクジェットプリンターと同様の技術を使って、自由形状や格子構造などの3Dパーツを造形することから、そう名付けられました。
まず最初にCADソフトでモデリングします。
この3Dモデルには従来の製造方法では実現できなかった、または困難な微細なディテールを含めることができます。
3Dプリンター用のデータにスライスされた各レイヤーはSTL形式ですが、ツールパス自体はG-codeで、ほとんどのCADソフトで3軸方向のデカルト座標系を使用して、曲面形状を出力できます。
さまざまな造形のメカニズムがありますが、主要な3Dプリント技術では、単一の水平なレイヤーが積み重ねられて最終的なオブジェクトが作製されます。

製造方法の決定的違い

3Dプリンターといっても機能面で見れば、3Dプリント技術、対応する材料、製造可能な部品サイズ、3Dプリンターが達成できる精度、解像度、精密さなど、様々な種類があります。
3Dプリンティングを含むすべての積層造形法は、部品を製造するために材料を除去加工する製造プロセス(旋盤加工やフライス加工など)とは根本的に違います。

3Dプリントと他の製造方法との違いは、どのように部品を層状に構築するか、そしてどのように設計の自由度を高めるかにあり、厚さとトポロジー最適化(位相最適化)から格子形成までの製造までのDFM(製造容易性設計)が異なります。
この3Dプリント技術によるアディティブ マニュファクチャリング(素材となる金属を積層して造形する加工法)では、複数のコンポーネントと接合材料からなる組み立て部品ではなく、単一部品としての設計も可能になります。

主な3Dプリント技術

  • ステレオリソグラフィー(SLA)・・・レーザーで液状の樹脂を光重合させる技術です。
  • デジタルライトプロセッシング(DLP)・・・SLAと似ていますが、投影型光源を使用します。
  • 粉末焼結積層造形(SLS)・・・レーザーで粉末を焼結する技術です。
  • マルチジェットフュージョン(MJF)・・・レーザーを必要としない粉体ベースのプロセスです。
  • PolyJet・・・フォトポリマーの液滴を造形プラットフォームに噴射し、固化させることでパーツを造形します。
  • 直接金属レーザー焼結(DMLS)・・・熱源と金属粉のベッドを使用します。
  • 電子ビーム溶解(EBM)・・・高エネルギーの電子ビームを利用して粉末状の金属を溶解する技術です。
  • 熱溶解積層(FDM)・・・熱可塑性プラスチックの連続したフィラメントを押し出す技術です。
  • 投影型マイクロ3D光造形技術(PμSL)・・・DLPを基にしたBMF独自の造形方法です。高い造形精度(マイクロスケールのものを作る精度)が求められるものに使われます。

3Dプリンターの利点

3Dプリンターが得意とする少量生産は他の製造方法でも可能ですが、3Dプリンティングは金型や工具にかかるコスト、製作時間を削減できます。

また、3Dプリントは材料の面で、他の製造技術とは異なります。
たとえば、BMF社のPµSL技術の3Dプリンターは、射出成形と同じポリマーの一部を使用できますが、3Dプリントされたこれらの素材は同じ特性を持っていません。
PµSL技術は、ほとんどの射出成形装置では対応できない生体適合性樹脂やセラミック材料を3Dプリントすることもできます。

ここが違う、高精度なPμSL技術

3Dプリンターは、表面仕上げなどの後処理を必要とする機種も多く、CNC加工機が小さなパーツ製造に不向きなように、すべての3Dプリンターがマイクロスケールで部品を製造できるわけではありません。

PμSL技術の3Dプリンターは、高速処理のための連続露光をサポートし、高い精度と精密さ、高解像度、早い造形スピードでマイクロスケールの部品を作製できます。

BMFと国内製3Dプリンタの具体的な比較

対応材質も多種多様なBMFですが、国内で販売されている製品と比較した場合、具体的にどのような違いがあるのか気になりませんか?上の画像では他社製品は造形サイズは不明と記載されていて比較のしようがなくてお困りの方もいらっしゃると思います。国内製品とBMF製品の比較記事がありますので、こちらに具体的なスペックやどこで販売されているのかなど明瞭に書いておりますので、ぜひご覧になってみてください。

3Dプリンター導入をご検討の方へ

本記事で取り上げた事例で使われたすべての3Dプリンターは、オルテコーポレーションで取り扱っています。日本在住の方であればお気軽にこれらの製品をお求めいただけます。

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