3Dプリントとは？仕組み・方式・材料・できることをわかりやすく解説

3Dプリントの代表的な用途が、試作品やモックアップの製作です。製品の量産前に立体モデルを作ることで、画面上の3Dデータだけでは分かりにくい大きさ、形状、操作性、部品同士の干渉などを実物で確認できます。

製造現場では、組立・検査・位置決め治具や専用グリップ、搬送用部品などにも3Dプリントが活用されています。

少量・専用形状が求められる治具は、金型不要で必要な数だけ製作でき、工程変更にも対応しやすい点が特長です。

3Dプリントは、交換部品やカスタム部品の少量製作にも適しています。金型不要で必要な数だけ製作でき、寸法や形状の変更にも対応しやすい点が特長です。

既存部品を置き換える場合は、使用条件に合った材料と造形方式を選ぶ必要があります。

材料と造形方式を適切に選べば、3Dプリント品は試作だけでなく実用部品にも使用できます。

ギヤやすべり軸受、ローラーなどの可動部品にも活用できますが、強度や寸法精度、温度、摩擦・摩耗などの使用条件を確認することが重要です。

材料押出方式（MEX）は、熱可塑性樹脂などの材料をノズルから押し出しながら積層する方式です。一般にはFDMやFFFと呼ばれる方式が広く知られています。フィラメント状の材料を加熱して柔らかくし、ノズルを移動させながら1層ずつ積み上げます。 PLA、ABS、PETG、PA（ナイロン）、TPUなど多くのフィラメントが利用でき、試作品から治具、機能部品まで幅広く使われています。一方、積層した層の境界が外観に現れやすく、造形方向によって機械特性が変わる場合があります。実用部品では材料だけでなく、造形方向や積層条件も確認します。

液槽光重合（VPP）は、液体状の光硬化性樹脂（レジン）に光を当て、必要な部分だけを硬化させながら積層する方式です。代表的な方式にSLAやDLPがあります。

細かな形状や滑らかな表面を得やすく、外観モデルや精密形状の部品に利用されています。材料には一般的なモデル用だけでなく、高靭性、耐熱、柔軟、耐摩耗などの特性を持つレジンもあります。造形後は未硬化樹脂の洗浄や二次硬化が必要になる場合があります。

粉末床溶融結合（PBF）は、粉末状の材料を薄く敷き、その一部を熱エネルギーで選択的に結合しながら積層する方式です。

樹脂SLSでは、造形中の周囲の粉末が部品を支えるため、一般にMEXのようなサポート構造を必要とせず、複雑な形状や複数部品をまとめて造形しやすいことが特長です。PA系をはじめとする粉末樹脂が使われ、試作品だけでなく治具、小ロット品、機能部品にも利用されています。

3Dプリントには、MEX、VPP、PBF以外にもさまざまな方式があります。

• 材料噴射（MJT）：液状材料を噴射・硬化して造形する方式
• 結合剤噴射（BJT）：粉末材料に結合剤を噴射して造形する方式
• シート積層（SHL）：シート状材料を積層・接合する方式
• 指向性エネルギー堆積（DED）：材料を供給しながら溶融・堆積し、主に金属部品の製作や補修に使われる方式

方式ごとに対応材料や得意分野が異なるため、用途や必要性能に応じて選定します。

まず、3D CADで設計する、現物を3Dスキャンするなどして、造形する部品の3Dデータを準備します。使用するプリンターやサービスに合わせて、STL、3MF、STEPなどの対応形式も確認します。

部品の用途に合わせて材料と造形方式を選びます。実用部品では、強度、耐熱性、耐薬品性、摩擦・摩耗など、実際の使用条件を確認して選定します。

自社で造形する場合は、積層ピッチ、造形方向、サポートなどの条件を設定してプリントします。外部サービスでは、造形条件をサービス提供側が設定することが一般的です。

造形後は、サポート材や粉末の除去、洗浄、二次硬化など、方式に応じた後処理を行います。

実用部品では寸法や動作も確認し、必要に応じて切削などの追加工を行います。