3Dプリンターの方式・仕組み・特徴を解説

3Dプリンターの仕組み

3Dプリンターは材料を1層1層積み上げていくことで、高さのある造形物を出力します。

様々な方式はありますが、基本的に層を重ねていくことで造形するという点に変わりはありません。

そのように、原理としては非常にシンプルです。

扱える材料も、プラスチック（樹脂）、金属、カーボン等、様々な材料を使って造形することができます。

現在主流 FDM方式

日本語表記：熱溶解積層方式（Fused Deposition Modeling）

ISO分類：材料押出法（Material Extrusion）

その他表記：FFF方式（Fused Filament Fabrication）

FDM方式の概要

FDM方式とは、3Dプリンター世界シェアNo.1である米国Stratasys社が開発した方式です。

現在3Dプリンターにおいて主流の方式です。

FDM方式による造形

熱で溶かした樹脂をノズルから押し出し、ソフトクリーム製造機のようなイメージで、一筆書きで１層１層積み重ねて造形していきます。

この画期的な方式はストラタシス創設者のスコットクランプがグルーガンを見て想起したという逸話が残っています。

FDM方式の強み

本物の熱可塑性樹脂を使えること、だからこその強度・耐熱が強み

熱可塑性樹脂は射出成形で用いられており、量産する最終製品でよく使われるプラスチック材料です。代表的なものにABS樹脂等があります。

そのため、試作（プロトタイプ）であっても、最終製品に近い物性のリアルで機能的な試験も可能であり、製造業において重宝されています。

他の方式では紫外線硬化樹脂を用いるものが多いため、ABSそのものではなくABSに近い物性を持つ「ABSライク樹脂」が開発されています。

多様な物性の素材が使える

FDM方式、特にハイエンド機種では産業界で求められる様々な物性の樹脂に広く対応しています。

エンジニアリングプラスチック、スーパーエンプラまで使えるなら、特殊用途の最終製品まで使えるイメージが沸くのではないでしょうか。

段差も目立ちにくいキメの細かな機種も

初期の頃は層を積み上げた際にできる段差が目立つ傾向がありました。

しかし近年では、材料も装置も進化していることから、従前より段差も目立ちにくくなりました。

FDM方式の弱点

FDM方式は比較的積層痕が目立ちやすいため、物性よりも外観のなめらかさ、プロダクトデザインにおける表現力を重視する用途では、FDM方式よりインクジェット方式の方が適していると言えるでしょう。

また、FDM方式だけでは金属の造形ができません。そのため、金属で造形したい場合は金属専用の3Dプリンターを導入する必要があります。

どのようなシーンで選ぶべきか？

製造業における試作（ラピッドプロトタイピング）、治具・工具の製作、最終製品の造形をしたい場合で、強度が求められるものはFDM方式を選ぶと良いでしょう。

最も古い 光造形方式

ISO分類：液槽光重合法（Vat PhotoPolymerization）

その他表記：SLA方式（Stereo Lithography Apparatus）

光造形方式はSLA方式とも呼ばれます。

さらにSLAの中には、レーザー光を用いるレーザー方式と、一括面露光をするDLP方式があります。

光造形方式の概要

光造形方式は、最も古い3Dプリンターの方式です。

レーザー方式

レーザー光を照射し、光に触れた箇所が硬化される仕組みです。光造形方式の中でも古くからある方式です。

DLP方式

プロジェクターのように像を作り、一括面露光する仕組みです。

造形物の面積が広い場合はレーザー方式と比較して高速露光できることが強みですが、像を作る際、ピクセル単位で描画することから、照射する範囲を広げると解像度が落ち寸法精度が出にくく、また造形物の表面は水平・垂直の両方向に積層痕（段差）が出てしまいます。

光造形方式の強み

きめの細かな造形物が作りやすいこと、個人向けでは安価なモデルが多数登場していることが挙げられます。

造形速度は比較的速い傾向があります。

光造形方式の一般的な弱点

産業用途の光造形機は高額なものが多く、コストが高くなりがちです。

紫外線硬化樹脂を用いるという性質から、太陽光など光による劣化が起こりやすくなる性質があります。

吊り下げ方式のため大型のモデルの造形に適していなかったり、変形が起こる可能性もあります。

そのため、耐久性を求める用途、最終製品として用いる用途ではベストとは言えません。

また、造形後のアルコールや溶剤での洗浄や二次加工、剥離によるサポート除去など後処理に手間が掛かるものが多いです。

どのようなシーンで選ぶべきか？

歴史的経緯として古くはラピッドプロトタイピングに多く使われてきましたが、3DプリンターのDDM（デジタル・ダイレクト・マニュファクチャリング：最終製品や治工具の製造に3Dプリンターを利用する）が浸透するにつれ、役割は変わりつつあると感じます。

個人向けの3Dプリンターでは良い機種が揃ってきていますので、強度・耐久性を必要としないシーンで小さなサイズのモデルを手軽に造形したい場合にお勧めです。

光造形方式の弱点を克服した機種がStratasysから登場

従来型の光造形方式の3Dプリンターの弱点であった耐久性の弱さや生産性の低さを克服した機種がOrign Oneです。

高精細で表現力が最も高い インクジェット方式

ISO分類：材料噴射法（Material Jetting／マテリアルジェッティング）

その他表記：PolyJet方式※Stratasys社

インクジェット方式の概要

インクジェット方式という通称もありますが、正式分類では材料噴射法と言います。

その名の通り、材料を噴射し、それに対し光を当てて１層１層積んでいきます。

構造が2Dプリンターでいうインクジェットプリンターに類似していることから、インクジェット方式と呼ばれています。

高精細でリアルな造形物を作ることができる方式です。

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