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3Dプリンターの課題造形方式別のメリット・デメリット

用途にあった方式を選択

3Dプリンターには、光造形、粉末焼結、熱溶解(FDM)、インクジェット、粉末接着、面露光など、さまざまな方法があります。素材は樹脂を中心に、石膏、ナイロン、PPなどを、光、熱、接着剤などを使って行なうという点で共通していますが、それぞれにメリットとデメリットがあります。おもな方式について、構造も含めてご紹介します。

熱熔解積層方式(FDM)

おもにコンシューマ向けに低価格で販売されている3Dプリンターが採用しています。熱可塑性樹脂のABSやPLAなどでできたリール状の細いフィラメント(モデル材およびサポート材)を、溶かしながら積み重ねていきます。

熱熔解積層方式(FDM)

メリット デメリット
  • 安価な機種が多い
  • 一般的なABSやPLAなどの樹脂を使うので、市販品に近い特性の造形物が作れる
  • 構造がシンプルで小型の機種が多い
  • 微細な造形ができない
  • 積層界面が脆い
  • サポート材の除去に手間がかかる

粉末焼結方式

レーザ照射によって粉末を焼き固めていく方式です。ナイロンやセラミック、一部の金属など、さまざまな材料を使うことができ、複雑な造形にも対応しています。

粉末焼結方式

メリット デメリット
  • ナイロンや金属など材料の自由度が高い
  • 複雑な造形も可能
  • 高価な機種が多い
  • 表面がザラザラの仕上がりになる
  • 粉末の除去が手間

インクジェット方式

光造形の一種で、インクジェットのヘッドから紫外線硬化性の樹脂を噴射し、UVランプで紫外線を照射して固めていく方式です。ヘッドから微細な樹脂を噴射するので、小さな積層ピッチで、なめらかに仕上がります。

粉末焼結方式

メリット デメリット
  • 比較的高精度な造形ができる
  • 複数の材料を混ぜて使用できる機種もある
  • 劣化・変色・変形が起きやすい
  • 比較的高価な機種が多い

面露光方式

光造形の一種で、光源にプロジェクターを使って樹脂を固める方式です。一度に広い面積に紫外線を照射できるため、造形スピードが速く、積層ピッチも細かくできます。最近ではコンシューマ向けの機種も増えています。

粉末焼結方式

メリット デメリット
  • 造形スピードが速い
  • 表面が滑らかに仕上げられる
  • 低価格帯の機種もそろっている
  • 照射範囲を広げると解像度が落ちる
  • 棒状のサポート材を除去する手間がかかる
  • 寸法が出にくい
サポート材とは

サポート材は、最終製品となるモデル材とは別に、造形の過程でモデルを支えるために使われる材料です。造形後に除去されますが、作業に手間がかかるため、3Dプリンター導入にはこの除去作業も考慮に入れる必要があります。

粉末焼結方式

粉末接着方式

石膏などの粉末材料を敷き詰めた上に、ヘッドを移動させて粉末をならしながら、形状に沿って接着剤を塗布して固めていく方式です。一般的なプリンタに近い動きで造形していきます。世界で初めて3Dプリンターの名で呼ばれたのもこの方式です。粉末材料に着色することでフルカラーで造形でき、コストも安いというメリットがある反面、強度などのデメリットがあります。

粉末焼結方式

メリット デメリット
  • フルカラーで造形できる
  • 材料費が比較的安い
  • 造形スピードが比較的速い
  • 石膏を接着剤で固めるだけなので強度に不安がある
  • 強度を確保するためにワックス処理が推奨されているので手間がかかる
  • 粉末の除去が手間

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