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3Dプリンタ分類 (3D printer)

3D概要

 3Dプリンタは機構や素材などで分類することができます。
 分類が整理できると、どの場面でどれを選ぶべきかがわかりやすくなります。

3D Printer is categorized in the "principle" "material" and others.



機能・原理での分類

方式 精緻精細 造形速度 強度軟度 着色性 備考 
熱溶解積層方式
(FDM)
×


×  高耐久・耐熱の造形可。
 即時使用可・付帯設備なし
インクジェット式
(マテリアルジェッティング)

×
 多様な硬度、なめらかな表面を造形可。
 太陽光で劣化。
 空調や洗浄装置が必要。
インクジェット方式
(バインダージェッティング)
×
ざらざら

×
 着色が容易。フィギュア向き。
 粉塵対策が必要。
光造形・液槽光重合
(vat photoplymerzation)

×  高精細で表面が滑らかな造形ができる。
 1980年代からのノウハウが蓄積されている。
 CLIPは従来法より精度や時間が数十倍も向上。
 空調や洗浄装置が必要。
シート積層
手間

中程

短期
×   大物造形可。
 シート状なら紙、金属、樹脂など使用可。
 カッティングなので不使用部分は廃棄。
粉末焼結
後処理

金属
×  高耐久造形可、金属造形可。
 最終製品としての3Dプリントができる。
 不活性ガス用設備など高額な設備が必要。
粉末固着

素材

自動
 自動着色可、後処理なしでモデル化。
 石膏なども使える。



3D

熱溶解積層方式 (FDM: Fused Deposition Modeling)

 この方式は、線条化したABSPLAなどを少量ずつ溶かしながら一層ずつ描き3次元化します。材料押出堆積法や押出法などとも呼ばれます。

 造形物の精細さは高さ方向は一層の厚み(Layer Height)を小さくすることで高精細化できます。平面方向は素材が吐出されるエクストルーダー(Extruder)のノズル径(Nozzle Diameter)に依存します。高精細化の設定ではノズルの移動回数が多くなるので造形時間も延長します。
 他にエクストルーダーの移動速度(Feedrate)やノズル温度などの調整が必要になります。

 あまり精緻な造形ではありませんが強度はあります。

 本体以外に特別な設備が不要なため家庭にまで導入されています。

 FDMはFused Deposition Modelingの略称です。1980年代後半にStratasys Inc.が特許を取得し2009年には特許が切れ、そこからFDM方式の開発・販売競争は激化し数万円で買える3Dプリンタが登場するに至りました。

This method dissolves ABS or PLA filamentous and makes a layer. This precision depends on an adjustment for nozzle diameter and layer height. Feed-rate and nozzle-temperature are associated with precision, too. It is not detailed molding, but there is intensity. There is a printer for simple households.

FLASHFORGE:Creator Pro(デスクトップ・2ヘッド・10万円以下)
MUTOH:Value3Dmagix MF500(国産・デスクトップ・10万円以下)
BIQU:BIQU-Magician(デスクトップ・3万円以下)
XYZプリンティング:ダヴィンチmini(デスクトップ・3万円以下)
Stratasys:uPrint SE Plus(デスクトップ・300万円程)

FLASHFORGE(大阪日本橋・東京新橋にショールーム)
MUTOH(日本企業)
Stratasys(Japan) Stratasys(US)
XYZ printing(Japan) New Kinpo Group(Taiwan)

ABS…acrylonitrile-butadiene-styrene。アクリルニトリル ブタジエン スチレンの略。アルキルベンゼンスルホン酸もABS(alkyl benzene sulfonate)と略しますがFDMの素材では使用しません。
PLA…poly-lactic acid。ポリ乳酸。デンプンを原料とする植物由来プラスチック
depositon…積層、堆積
modeling…模型製作、モデル化



3D

光造形・液槽光重合(vat photopolymerzation)

 この方式は、液体樹脂に紫外線(UV)レーザービームを照射して一層ずつ硬化させて積層していきます。SLA、DLP、CLIPなどの製法があります。

 硬化はプレート(造形ステージ)上に一層ずつ固められ、積層ピッチにより高さ方向の精度が規定されます。0.05〜0.1mm程度の精度が得られます。

 SLA(stereolithography)は液体樹脂のプールに紫外線(UV)照射し造形ステージを下げながら一層ずつ硬化して造形します。下の層が硬化したら上に層を積み上げていきます。
 SLAはStereolithographyの略称です。最も古い3Dプリンタの製法の1つです。
 1986年に3Dsystemsの創業者兼CTOのChuck Hull氏が特許取得した光造形は最初の商用ラピッドプロトタイピング技術として、積層造形の代表的製法として知られています。

 DLP(digital light processing)はSLAと違い紫外線(UV)をプロジェクターにより下から照射し液体樹脂を硬化させるため、積層するたびに造形ステージは上へ移動します。紫外線レーザーに比べプロジェクター技術は他分野での利用が多いため技術進歩が早い割に価格が安く、安価な光造形3Dプリンタを生み出しています。

 CLIP(carbon3D's layerless continuous liquid production technology)・連続界面生産方式はCarbon3D社が開発した技術で、液体樹脂プール内で紫外線を照射し固める方法です。液体樹脂プール内で紫外線硬化が実行されるので造形ステージの静止動作が不要となり、積層跡を持たない超高精度な光造形が可能となり造形時間も短縮されます。従来の光造形3Dプリンタの25〜100倍の高速化と高精度化を実現しました。

MUTOH:Value3Dmagix ML-48(国産・DLP・コンパクト・定価70万円)

MUTOH(日本企業)

vat…建浴槽、大桶(醸造用など)、液浴
photopolymer…(刷版製作に用いる)感光性樹脂(プラスチック)
polymerzation…重合、重合反応
UV…ultra violet。紫外線
stereo…ステロ版、紋切型の物、固体、堅い、ステレオ装置
processing…加工、処理、製法
CTO…Chief Technical Officer。最高技術責任者。
rapid…迅速、敏速、高感度、急流、高速
prototype…試作、原型、模範
lithography…石版画、平版印刷、リソグラフィ
digital…デジタル。コンピュータ化された、数字で表示する
light…光、光源、光線
carbon…炭素
layer…層、階層
-less…〜ない、〜を欠く、〜を免れた、〜しえない、〜なく
continuous…絶え間のない、とぎれない、連続的な、継続する、節なしの
iquid…液体、流体
production…生産、製造、著作、制作
technology…科学技術、工業技術、テクノロジー、工学、(科学技術を用いた)装置



3D

インクジェット方式(マテリアルジェッティング)

 この方式は、インクジェットヘッドから樹脂(紫外線硬化性樹脂)噴射して紫外線(UV)で固めて積層します。

 噴射と紫外線照射(硬化)が同時に必要になるため造形速度は非常に遅いです。

 インクジェットの特性、ゆっくりとした作業という性質から精緻な造形物をつくることができます。

 硬さや色を調整できる特徴があります。UV硬化樹脂の特殊な3D技術では透明アクリルでレンズが作れるそうです。

 Material Jettingは和訳すると材料噴射となります。

Stratasys:Objet24(デスクトップ・300万円程)
Stratasys:Objet1000 Plus(大型・5000万円以上)
3D SYSTEMS:ProJet5600(大型・3000万円程)

Stratasys
3D SYSTEMS



3D

インクジェット方式(バインダージェッティング)

 この方式は、インクジェットヘッドから液体状の結合剤噴射して、粉末一層ずつ描き3次元化します。粉末固着式とも呼ばれます。

 結合剤の色を変えれば容易に粉末を着色でき、すなわち3Dプリンタで造形物に着色しフルカラーモデルを製作することができます。

 造形速度が速いのも特徴です。

 粉末素材は石膏や樹脂のパウダーが使われます。

 フィギュアなどのモデル製作などに向いています。耐久性は高くないので観賞用以外では最終製品ではなく試作などに向いています。

 Binder Jettingは和訳すると結合剤噴射となります。

3D SYSTEMS:ProJet 260C(中型・カラー・500万円程)
3D SYSTEMS:ProJet 860Pro(大型・フルカラー・1000〜2000万円程)

3D SYSTEMS



3D

粉末焼結

 この方式は、粉末状の素材にレーザーを照射して焼結させます。素材には金属も使用でき耐久性ある造形物ができ、最終製品や鋳型なども製造できます。

 3Dプリンタ自体が高額であることに加え不活性ガス関連設備なども必要とされるため費用対効果の検討が必要です。

 英訳するとPower bed fusionが対応するようです。
 SLS(selective Laser Sintering)、DMLS(Direct Metal Laser Sintering)、EBM(Electron Beam Melting)、SLM(Selective Laser Melting)、DLP(Direct Metal Printing)など各社から様々な呼称が出ています。

RICOH:AM S5500

RICHO: ROCHO 3D PRINT ONLINE



3D

シート積層

 この方式は、紙などのシート状の材料を1枚1層とし、各層ごとにレーザーやカッターを用いて切断しながら積み重ねていく造形法です。

 比較的安価でありながら高精度に大物の造形物をつくれます。

 素材はシート状であれば良いので紙、金属、樹脂など多様性があります。

 1層で1枚を消費するので、造形に使われなかった部分は廃棄対象となります。

 英訳するとSheet Lamination、直訳では『シートを重ね合わせて作る』と訳せます。他にLOM(Kaminated Object Manufactureingなどの呼称があります。

Mcor:IRIS HD (360°100万色以上のカラー印刷・A4判用紙・4万ドル台)
Mcor:Matrix 300+ (A4判用紙印刷対応・1.5万ドル程)

Mcor



参考資料

リコー: 3Dプリンタの造形方式の違い
丸紅情報システムズ: 3Dプリンタを知る・学ぶ
アルテック: 3Dプリンタ一覧
Carbon: Carbon3D Website
JMC: 3Dプリンタを学ぶ
経済産業省: 三次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム, 第1回中間評価検討会
3Dプリンタ活用技術検定試験(Certification of 3D Printing Skills: ウェブサイト


3D Printer Mediator3D

5-10-13, Noma, Itami, Hyogo
www.3dprinter.ampita.net
3D printer mediator of the health care field.