3D 1980年代から開発された積層造形技術であるプリンティングは、もともとラピッドプロトタイピングに使用されていましたが、現在ではエンジニアリング、医療などの分野で広く使用されています。コスト効率が高く、柔軟な設計と多様な材料選択が可能で、材料使用量を抑えながら複雑な形状を製造できることで知られています。技術の進歩により、 3D 印刷はより普及し、経済的になり、市場規模は46.80年までに2026億ドルに達すると予想されています。ステレオリソグラフィー技術から熱溶解積層法、オープンソースの立ち上げまで、 3D プリンタ、 3D 印刷技術は革新を続け、その応用範囲と精度は向上し続けており、私たちの生活や仕事に大きな影響を与えることを示しています。この記事では、 3D 印刷、主な構成要素 3D プリンター、一般的に使用される印刷材料、種類 3D 印刷技術、 3D 印刷の応用分野、利点と課題 3D 消費者が購入時に参照するための印刷物 3D プリンタ。
の動作原理 3D 印刷
3D 印刷技術は、材料を層ごとに積み重ねることで3次元オブジェクトを構築します。動作原理は、通常、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアによって作成されるデジタルモデルから始まります。モデルは、 3D 印刷ソフトウェアは、それぞれがオブジェクトの断面を表しています。 3D プリンターはこれらのレイヤーの情報を読み取り、印刷プロセスを開始します。
- 材料の準備： プリンターは、プラスチックワイヤー、粉末、液体樹脂など、モデルに応じて適切な材料を選択します。
- プリントヘッドの動き: プリントヘッドは所定の経路に沿って移動し、印刷プラットフォーム上に材料を正確に配置します。
- 材料の硬化: 材料はプリントヘッド内で加熱されるか、レーザーによって硬化され、固体層を形成します。
- 層を重ねるごとに: 各層が印刷されると、印刷プラットフォームが下がるか、プリントヘッドが上昇して、次の層を印刷するためのスペースが確保されます。
- 印刷を終了: すべてのレイヤーが印刷され、完全な 3 次元オブジェクトが形成されるまで、上記の手順を繰り返します。
- 積層造形
3D 印刷は、従来の減算的製造（切削やフライス加工など）とは対照的に、材料を層ごとに追加することで 3 次元オブジェクトを構築する付加製造（AM）の一種です。 付加製造により、複雑なツールや金型を必要とせずに、デジタルモデルから複雑な形状の部品を直接製造できます。
主な構成要素 3D プリンタ
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主要監視コンポーネント
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演算
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押出機
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1. 材料（プラスチックワイヤーなど）を加熱して押し出し、層ごとにオブジェクトを構築する役割を担います。
2. 熱溶解積層法 (FDM) プリンタでは、プリントヘッドには通常、加熱要素と押し出しノズルが含まれています。
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プラットフォームの構築
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1. 印刷中にオブジェクトが構築されるベース。
2. 一部のプリンターでは、印刷中に材料が反るのを防ぐために加熱プラットフォームを使用します。
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モーションコントロールシステム
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1. プリントヘッドとプリントプラットフォームの正確な動きを制御するステッピングモーターとドライバーが含まれています。
2. 正確なスタッキングを実現するために、プリントヘッドが所定のパスに沿って正確に移動することを確認します。
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フレーム
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1. プリンターを支える構造は通常、金属またはプラスチックで作られています。
2. 印刷中に安定性を維持できるほどの強度が必要です。
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発熱体
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FDM などの加熱された材料を必要とする印刷技術では、加熱要素を使用して材料を溶かします。
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センサー
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印刷プロセス中の温度、位置などのさまざまなパラメータを監視するために使用されます。
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コントロールユニット
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1. プリンターのすべての操作を制御するメインボードと電源が含まれています。
2. コンピュータからの指示を受信し、プリントヘッドとプラットフォームの動きを制御します。
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ソフトウェア
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設計用ソフトウェア 3D モデルの作成、スライス処理（モデルをプリンタが理解できるレイヤーデータに変換する）、プリンタの動作の制御を行います。
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資材供給システム
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リール上のプラスチックワイヤや容器内の粉末など、プリントヘッド用の材料を用意します。
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冷却システム
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場合によっては、材料を早く硬化させるために冷却システムが必要になります。
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ユーザーインターフェース
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ユーザーがプリンターを操作し、パラメータを設定し、印刷ジョブを開始および監視できるようにします。
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これらのコンポーネントは連携して、 3D デジタルモデルに基づいて層ごとに3次元オブジェクトを構築するプリンター。 3D プリンター (FDM、SLA、SLS など) には、特定の印刷技術に適応するためにさまざまなコンポーネントと構成が備わっている場合があります。
コマンドと 3D 印刷材料
具体的な印刷温度とホットベッド温度は、材料のブランドやプリンターのモデルによって異なる場合があるので、印刷する前に具体的な材料データ表を参照するか、テストを行って最適な設定を決定する必要があります。
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品目タイプ
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Advantages
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デメリット
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ノズル温度
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ホットベッド温度
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PLA（ポリ乳酸）
（FDMで最も一般的に使用される消耗品 3D プリンタ、 初心者でも使いやすい )
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200°Cから220°C
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50°Cから60°C
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タフなPLA
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約210℃
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20°C 60°C
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PLA +
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210°C 230°C
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20°C 60°C
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木製PLA
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210°C 230°C
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20°C 60°C
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金属PLA
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210°C 230°C
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20°C 60°C
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PETG（ポリエチレンテレフタレートグリコール）
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220°Cから250°C
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50°Cから80°C
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ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）
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210°Cから250°C
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80°Cから110°C
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TPU
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210°Cから230°C
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30°Cから60°C
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ナイロン（PA）
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240°Cから270°C
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50°Cから70°C
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カーボンファイバー
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190°C 220°C
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0-60°C
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ASA
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240°C 260°C
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90°C 110°C
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PVA（ポリビニルアルコール）
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180°Cから220°C
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45°Cから60°C
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の種類 3D 印刷技術
3D 印刷技術は主に以下の 7 種類に分かれており、それぞれの技術には特定の応用分野と利点があります。
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種類
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Advantages
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デメリット
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アプリケーションシナリオ
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ステレオリソグラフィー、SLA
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熱溶解積層法（FDM）
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選択的レーザー焼結法（SLS）
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マルチジェットフュージョン、MJF
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バインダージェッティング、BJ
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指向性エネルギー堆積法（DED）
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3D 印刷アプリケーション分野
- 製造業： 工具、金型、部品などの製造に使用されます。
- 医療業界： カスタマイズされた義肢、歯科インプラント、生体組織などの印刷。
- 建設業： 建物のコンポーネントまたは建物全体の構造を印刷します。
- 教育： 3次元空間とデザインを理解するための教育ツールとして。
- アートとデザイン： 複雑なアートワークやデザインのプロトタイプを作成します。
- 消費者製品： ジュエリー、おもちゃなどのパーソナライズされた消費財を印刷します。
3D 印刷の利点と課題
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利点
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課題
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デザインの柔軟性: ほぼあらゆる形状や構造を印刷できます。
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材料の制限: 特定の材料の印刷品質とパフォーマンスには依然として制限があります。
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カスタマイズ生産：小ロットまたは単品生産に適しています。
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印刷速度: 印刷速度は従来の製造方法よりも遅くなります。
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費用対効果: 材料の無駄を減らし、コストを削減します。
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後処理: 印刷されたオブジェクトには追加の後処理手順が必要になる場合があります。
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ラピッドプロトタイピング: 製品開発サイクルを加速します。
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まとめ
の将来 3D 印刷技術はより普及し、効率的かつ経済的になります。
デスクトップ 3D プリンターはプロレベルのパフォーマンスと消費者レベルの価格と使いやすさを提供できるため、従来の製造業は徐々に侵食されつつあります。デスクトップ 3D 印刷技術は材料の性能、生産効率、ユーザーエクスペリエンスを向上させており、今後も発展し続けることが期待されています。デスクトップおよび産業用 3D プリンタは代替品というよりは補完的なものであり、企業はより低価格のデスクトッププリンタを複数購入することを好む傾向がある。 3D 生産能力を高め、コスト管理を容易にするためにプリンターを導入しました。デスクトップ 3D プリンターは実際にすべての参加者にとって市場を拡大しており、これは最も破壊的なトレンドの1つを示しています。 3D 印刷業界。
技術の進歩により、デスクトップ 3D 印刷は、特にバッチ部品の製造におけるコスト効率と高品質部品の自動化の可能性の点で、拡大するアプリケーションの範囲で実行可能なオプションとなり、業界を大幅に拡大するでしょう。デスクトップ 3D 印刷技術は、その柔軟性、コスト効率、そして常に進歩する技術により、将来の製造分野でますます重要な役割を果たすことになります。
