3Dプリンターの造形方式 × 材質で考える

3Dプリンターの造形方式は大きく分けて、「熱溶解積層方式（FDM法）」、「光造形方式（STL法）」、「粉末焼結方式（SLS法）」、「インクジェット方式」、「粉末積層方式」の5つがあり、造形方式によって使える材料が異なります。

例えば、熱溶解積層方式ではABSなどのプラスチック樹脂が造形できます。造形の特性上、積層痕や0.2mm～0.5mm程度の造形誤差が生じます。そのため、ジュエリーの原型などの小さいものの造形には不向きですが、ドライヤーのグリップ程度の大きさのものであれば、握った感触や大きさを検討するためには十分です。

逆に、インクジェット方式のアクリル樹脂では小さいものでも積層痕がすくなく滑らかな形状も表現できるため、小さいものや表面仕上げに時間がかかるものを出力するのに適しています。

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このように、造形方式と材料による違いを理解しておくことで、最適な試作や製品の製造が可能になります。

以下、それぞれの造形方式の特徴となります。

3Dプリンターの造形方式①. 熱溶解積層方式（FDM法）

FDM造形とはFused Deposition Modeling＝熱溶解積層方式の造形方法の事で、業務用でも使われている熱に溶ける樹脂を、一層ずつ積み上げていき造形していく造形方法になります。

溶けた樹脂はすぐに冷えて固まるため、危険性が少なく扱いやすいのが特徴です。

試作品や治具、簡易型の 造形などに適しています。

ただ、素材を溶かして積み上げていくため 断層が目立ちやすいとうデメリットがあり、表面の滑らかさが求められる造形物の出力には向いていません。

使用可能な主な素材：熱可塑性樹脂（ABS、PLA、ナイロンなど）

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3Dプリンターの造形方式②. 光造形方式（STL法）

光造形方式は最も歴史が古く、世界で最初に1987年に3Dシステムズ社で実用化されたものがこの方式の3Dプリンターです。

それゆえ製造業などでは、3Dプリンターという言葉よりも「光造形」や「RP」といった言葉の方が浸透している会社もあります。

光造形方式で使用する樹脂は、光硬化性のものになります。

液体状の光硬化性樹脂を、紫外線レーザーで一層ずつ硬化させて積層していき造形します。

高精細かつ表面の滑らかな造形物を作成することが可能です。

使用可能な主な素材：エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂など

3Dプリンターの造形方式③. 粉末焼結方式（SLS法）

粉末焼結方式は、レーザー光線により粉末の材料を焼結させる造形方式です。

粉末焼結方式は光造形法と似たような方式で、ステージ上にある粉末をレーザー光線を照射させて焼結させます。

粉末が硬化したらステージを下げ、この作業をモデルが完成するまで繰り返し行います。

耐久性のある造形物を製作でき、また、金属素材も使用可能なので最終製品や鋳型の製造にも用いられます。

使用可能な主な素材：ナイロン樹脂、セラミック、エストラマー、ポリプロピレン、金属など

3Dプリンターの造形方式④. インクジェット方式

インクジェット方式というと、家庭やオフィスで普段使用している紙のプリンターを思い出すかもしれません。

紙のインクジェットプリンターの場合には、印刷用氏の上に、液状のインクをヘッドから細かい粒子にして吹き付けて文字を印刷していきます。

3Dプリンターの場合には、インクの代わりに液状の樹脂を吹き付けていきます。

液状の紫外線硬化樹脂を噴射して、それを紫外線などの特定の波長の光で照らすことにより硬化させ積層させる方法です。

この方式は、一般に積層ピッチがFDM方式より薄くより細かい造形をすることが可能で、表面の仕上がりも滑らかに仕上がる特徴があります。

そのため、出力したいパーツに対して細かい造形がある場合などに向いています。

また、高速に造形できることも特徴にひとつです。

使用可能な主な素材：アクリル系、ABSライク、PPライク、ポリプロピレンライク、ラバーライク

3Dプリンターの造形方式⑤. 粉末積層方式

粉末積層方式は石膏やでんぷんなどの安価な粉末を樹脂で接着して固め造形します。

そのため粉末固着式積層法とも呼ばれています。

材料コストが安価であり、また造形のスピードも比較的早いのが特徴ですが、この方式の最も大きな特徴はカラーで出力できるということです。

この方式では、白い石膏の粉などに対して造形と同時に造形物の外側に神の印刷などに使用するインクジェットプリンターのインクを吹きつけて着色していきます。

したがって、3DCGによるキャラクターのテクスチャーなどもCGで定義した通りに出力できるため、出力後の塗装などが必要ありません。

色付きで出力できるという優れた特徴がある一方で、非常に脆いという欠点も抱えています。

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