金属3Dプリンターとは一体どんなもの？

いま色々な機械が発明されており、その中でもプリンターは飛躍的な成果をあげています。今注目されている3Dプリンター、可能性しかないそれの中でも金属を加工できる金属3Dプリンターについて紹介いたします。

金属3Dプリンターとは？

今金属3Dプリンター加工業界、製造業界では効率化をはかることができるものがたくさん開発されています。特に今まで平面的なことしかできなかった筈だったプリンター、これが立体的な造形物を作れるようになったのはその業界以外でも非常に注目され、その利便性が話題です。立体的なものを製造できるとなると非常に効率がよくなることが多く、人間の手で細かく作られる芸術的な造形物には叶わないものの、それでも製造現場など量が必要な現場では重宝されている機械です。いままだまだ発展途上にある技術であるということには変わりないものの、それでも改良が進んでおり、以前よりも造形精度が高くなり、そしてネックだった速度も向上しています。

そのため今まで導入を見送っていた現場でも導入が盛んになりつつあり、今は多くの企業がその導入を検討している、そんな便利な機械です。以前は樹脂素材などがこの3Dプリンターでは用いられていましたが、現在は金属を利用しての造形が可能になっています。それが金属3Dプリンターで、今工業現場では高いニーズを持ち始めているのです。これまでは作れなかったであろう形、そしてそれを金属で作ることが出来るようになったということで製造の幅が広がっています。そんな金属3Dプリンターですが、その作り方はまずパソコンでのデータが必要、3Dデータを作る技術が必要なのでそのシステムを理解する必要がありますが、それで設計したデータから金属を使って造形してくれます。

素材はチタン・アルミニウム、ステンレスでいずれも使い勝手のいい金属の利用が可能です。そしてその造形方法はさまざまですが、多くが3Dデータからスライスデータを作成、そしてそれを用いて一層ずつ金属を重ねていき対象物を造形していくという仕組みとなっています。層ができてしまうのでは？と思うかもしれませんがけしてそんなことはなく、積み重ねて作ったような跡も見受けられない、そんな綺麗なクオリティでの造形が可能です。とはいえ融点の問題があって基本的にこの金属3Dプリンターは高額で、そして工業用であることが殆どです。樹脂の3Dプリンターの場合個人でも購入できるような金額で販売されていますが、金属3Dプリンターに関してはいずれも工場で購入が前提となっている、そんなお値段です。8000万円～2億とその金額には差があり非常に高額、しかしその利便性に注目して導入を考えている企業が増えているのは確かです。

今までできなかったことができるようになった、さまざまなものがありますがこうした造形分野でのプリントができるというのは非常に高い技術が伺えます。金属という高熱を用いて加工しなければならないものでも対応できる、そんな3Dプリンターができたというのは革命的といえます。市場拡大も行われており、航空宇宙・防衛・ヘルスケアなどの分野で活用されつつあります。欲しい金属製品のデータを作り、それを実現できる、それは現場の効率化も夢ではないことなので、開発および実用化が盛んな分野とされています。

金属3Dプリンターの造形方法

層を作るタイプがよく見受けられますが、色々な造形方法があります。ここではそんな造形方法の種類や特徴について紹介いたします。まずはパウダーベッド方式、これは素材となる金属3Dプリンター粉末を用い、敷き詰めてそこにレーザーなどを部分的に照射、溶かして固める方法となっています。導入されているものはこのタイプが多く、造形物の精度・密度・強度が高いのが特徴です。しかし時間がかかるというのがネックとされています。そのネックを上回るメリットが非常に多いので、現在はこれを利用しているケースが多いです。そしてこれにはレーザーか電子ビームを使用しており、その二つでまた分類が生まれます。レーザーは精度が高くてスピードが劣る、そして電子ビームのスピードは早いものの精度が劣るという特徴をもっています。

でポジション方式、これは指向エネルギー堆積方式とも呼ばれている方法で粉末の噴出と照射を両方同時に行って造形する部分に溶けた金属の積み上げ、そして固めていく方法とされています。これは短時間で造形できて部分補修などの目的で利用されているケースが多いです。但し精密な造形には不向きとされています。FDM方式、これは熱溶解積層方式で、樹脂の3Dプリンターでは主流の方法です。3Dプリンターといえばこの方法を思い浮かべる理由は樹脂3Dプリンターからの影響です。これが造形後にも作業工程が必要で、脱脂、焼結して漸くパーツが完成します。そしてこれを行うことで造形時よりも収縮する特性があるためそれを考慮して造形をする必要があります。

最後にバインダージェット方式これは液体の結合剤を吹き付けて固定する方法で、造形スピードが速いです。脱脂や焼結の工程があっても速いので将来的に量産が可能な3Dプリンターとして注目されています。ですがこれもスピードと引き換えに密度が低くなるなどの欠点があるので、課題は残されています。それぞれに課題はありますが、いずれも非常に有用性の高いものばかりです。

メリットとデメリット

金属3Dプリンターにおけるメリットデメリットを知っておくことで導入の検討がしやすくなります。まずはメリットから、金属3Dプリンターはさまざまな形状のものを製造可能なので今までできなかった形状のものも製作可能です。設計図や金型が残っていないような部品を造形することも可能、リバースエンジニ亜リングにおいても有用です。そして短期間で試作品を納入可能です。細かな設計変更などもパソコン上で行い、それを金属3Dプリンターで造形するので非常に効率的です。これらを含めていくと作業時間とコストの削減も見込めます。

人的リソースを割き他の業務に人員を割くことが可能、また小型品であれば一度に大量造形が可能なのでさらにコスト削減が見込めます。ここまではメリットですがデメリットがないわけではないです。今までの方法で製作可能なものに関してはコスト面のメリットが生まれにくいという点、造形後に加工が必要になるケースがある部分、そして大量生産には不向きなものもあります。あくまでいまはサポートとして、小型品の製造用と考えた方がいいかもしれないというのが現状ですが、それでも金属3Dプリンターでできることは本当に便利なことが多いのが見受けられます。現場によっては導入することで大幅なコスト削減に繋がる可能性もあります。勿論まだ改善の余地があるので、今後の動向を見て導入の検討もおすすめです。

金属3Dプリンターまとめ

作れるものは金属パーツ、そして使用する金属によっては医療部品も製造可能です。人口膝関節などさまざまな部分のインプラントも作ることができるので、非常に幅広い分野で今後金属3Dプリンターは活躍する傾向が見られます。年々精度と造形速度が向上しているので、現状ではまだ尚早だとしても、いずれ導入を検討がおすすめです。それによって大きなコスト削減が見込まれるケースもあります。今後の製造現場にとって注目するべき機械なのです。