3Dプリンターを活用するには、まずデータを用意する必要があります。初めに3Dプリンター用のデータ作成について、次に切削加工用と3Dプリンター用でデータ作りの異なるポイントを解説します。
3Dプリンター用のデータ作りの流れ
3Dプリンターで造形物を作成するためには、3D CADや3D CGなどで作成された3次元データが必要です。そして、3Dプリンターでの造形は、そのデータをもとにして、材料を一層ずつ積み重ねることで造形物を作成する仕組みとなっています。ここでは、3Dプリンター用のデータ作りの流れを紹介します。
（1）3D CADソフトの選択
「CAD」とは「Computer Aided Design（コンピューター支援設計）」の略語です。3次元データを作成できるCADのことを「3D CAD」と呼びます。
まず、3D CADが使えるソフトウエアを選ぶことから、3Dプリンター用のデータ作りが始まります。
かつては、3D CADソフトは高額で、簡単には手が出せませんでした。しかし、3Dプリンターの普及に伴い、無料で使え、ダウンロードできる高性能な3D CADソフトが増えてきました。
（2）モデルの作成
使用する3D CADソフトが決まったら、コンピューター上で縦、横、奥行きの3次元の要素を用いて、作図を行います。3D CADのデータは寸法だけでなく、体積、表面積、重心なども定められるので、機械部品などの精密な製品をモデリングするのにも適しています。
（3）ファイルのエクスポート
モデルの作成が完了したら、次はデータをエクスポートします。STL形式（.stl）かOBJ形式（.obj）でエクスポートしてください。特にこだわりがなければ、STL形式で保存しておけば、大半の3Dプリンターで読み込みが可能です。
（4）ファイルの準備
STL形式のデータにエクスポートができたら、3Dプリンターを動作させるための専用データを作成します。専用データは「造形ツールパスデータ」といい、変換には、3Dプリンターごとに用意されている専用のスライスソフトを使います。
例えばFDM方式の場合、このスライスソフトでフィラメントを溶かすヘッドやテーブルの温度、積層ピッチ（造形時の1層あたりの厚み）、充填（じゅうてん）率（造形物内部の密度）、プリントの解像度、サポート材や土台の有無などを設定すれば、ファイルの準備は完了です。これらのデータを3Dプリンターに読み込ませて、造形を始めます。
3Dプリンター用のデータを作るために、もっともスタンダードな3D CADソフトを使った場合について紹介しました。ほかにも造形物にレーザーやLED光を当てて形状を測定する3Dスキャナーを使ってスキャンする方法や、解像度の高い3DCGデータを使う方法もあります。
切削加工用の設計とはどんな違いがある？
従来の加工技術は、さまざまな工具を用いて目的の形に素材を削り出す、切削（せっさく）加工や研削加工などの機械加工が主流でした。
切削加工では、大きめの材料から不要な部分を取り除きます。手間がかかるため、外注であれば、少なくとも1週間はみておく必要があるでしょう。特に金型の場合は、一般的に1～2カ月程度掛かるため、完成までに時間を要します。3Dプリンターでの造形を外注依頼するメリットやデメリットについては「3Dプリンターでの造形を依頼するには？外注するメリットや依頼方法」をご覧ください。
一方、3Dプリンターはデータ通りの造形を自動で行うため、リードタイムが短く、また、装置が手元にあれば手軽に造形できるため、試作段階で動作確認なども行いやすいメリットがあります。
その手軽さから普及し始めている3Dプリンターですが、切削加工の設計と、3Dプリンターでの造形を行う際の設計ではどのような違いがあるのでしょうか。
複雑な形状も製作できる
切削加工で使用するフライス盤やマシニングセンタなどの工作機械では、切削工具が入りにくい形状は製作できません。また、中が空洞になっていたり、製作物の内部にさらに構造があるような複雑な形状は、加工が困難です。そのため、切削加工の場合は、切削可能な形状であらかじめデザインし、設計していました。
一方で3Dプリンターでは、切削加工では設計できなかった形状も可能になります。例えば、「ラティス構造」とよばれる格子状の複雑な構造でも製作が可能となります。3Dプリンターならではの強みを生かした設計を行うとよいでしょう。
ただし、3Dプリンターで製作が難しい形状として、横穴や空洞などが挙げられます。中が空洞の球体は、空洞部分を支えられないことが多いため、内部にサポート材や構造体を設ける必要があります。
サポート材が必要
3Dプリンターでは、安定して積層していくために、オフセットや中空となる部分にはサポート材が必要となります。サポート材とは造形物を支える材料のことです。サポート材で土台や足場を固定することで、造形時に生じる造形物のひずみや、造形不良を防ぐことができます。
そんな重要な役割を果たすサポート材ですが、造形後は除去しなければなりません。サポート材をできるだけ減らすよう設計することで、造形時間も短縮でき、美しい仕上がりが可能になります。ただし、サポート材を除去する際には造形物が破損しないように、造形物に厚みを持たせるなどの工夫も必要になります。
3Dプリンターでデータ作りを行う際には、切削加工では考慮する必要のなかったサポート材について、考えて設計する必要があります。3Dプリンターのサポート材の役割について、詳しくは「3Dプリンターのサポート材の役割って何？最小限に抑えるメリットを解説」をご覧ください。
3Dプリンターの設計データ作りなら「3D-FABs」が徹底サポート
3Dプリンターの設計データ作りは、切削加工に慣れている人ほど、戸惑うことがあるかもしれません。しかし、学べる見積サイト・3Dプリントソリューション「3D-FABs」なら、さまざまな設計のサポートをしてくれます。
レコメンド機能で改善点をお知らせ
切削加工との違いや留意する点を、AIが自動判定し、レコメンド機能で教えてくれるので、造形後の「しまった！」を防げます。
造形姿勢のシミュレーションが可能
造形姿勢を工夫することで、サポート材を減らすことも可能です。3D-FABsでは、そうした設計のシミュレーションも行えるので、コストカットにお悩みの場合にも役に立つでしょう。
「素材×造形方式×3Dプリンター」のシミュレーションが可能
3D CADデータが完成したあとは、素材をどれにすべきか迷う人も多いはず。金属や樹脂など素材によって特徴があり、造形物の精度や強度が異なります。また、光造形方式など造形方式も多様です。その点、3D-FABsなら、1つの3D CADデータで、さまざまな素材でのシミュレーションが可能で、幅広い材料や造形方式、さらには大きなサイズの造形にも対応できます。また、3Dプリンターのデータの作り方について、思った以上にさまざまな情報を整理する必要があり、途方に暮れることもあるかもしれません。設計データ作りの修正ポイントがわからないなどの場合は、「3D-FABs」の造形シミュレーション機能によって、データの修正ポイントを確認できます。詳しくは「3Dプリンター出力サービスの試算なら「3D-FABs」。5つの強み、ご利用の流れまで解説」で解説しています。
「3D-FABs」についてさらに知りたい方は、「学べる見積サイト・3Dプリントソリューション『3D-FABs』とは？ その活用ポイントに迫る」をご覧ください。また、実際の操作については「『3D-FABs』を使えば、誰でも3Dプリンターのノウハウを学べるのか？？ 初心者ライターが検証」にて説明しています。
さまざまな業界のものづくりで3Dプリンターの活用が進んでいます。イメージ通りの造形を行うために、3D-FABsをぜひご活用いただければと思います。
写真／Getty Images
