3Dプリンターでは、パソコンなどで作成したデジタルデータをもとに、造形物を作成します。3Dプリンター導入にあたっては、その仕組みや具体的な造形方法について、現場の担当者はもちろん、社内で共有しながら理解する必要があります。この記事では、3Dプリンターの仕組みやデータの作成から完成まで順を追って解説します。
3Dプリンターの仕組み
3Dプリンターでは、3DCADや3DCGなどで作成された3次元データをもとに、材料を一層ずつ積み重ねることで造形物を作成します。造形方式には光造形方式や、FDM方式（熱溶解積層方式）、SLS方式（粉末焼結方式）などいくつかの種類があり、用いる材料も多種多様な樹脂や金属から選択する必要があります。
正確でかつ美しい造形物を出力するには、適した材料や造形方式を選ぶことが重要となります。また、積層速度や精密さも考慮する必要があるでしょう。
3Dプリントに必要なステップを紹介
3Dプリントをするには、完成までにどんなステップが必要になるのか解説します。
ステップ1:3Dモデルデータ作成
まずは「3Dプリンターで、どんな造形物を作るのか」の設計図にあたるデジタルデータを作成します。そのために使用するのは「3DCADソフト」です。3DCADソフトでは、コンピューター上で「縦」「横」「奥行き」の3次元で作図を行います。
ステップ2:STLデータ形式へのデータ変換
3DCADソフトでデータの作成が完了したら、データの変換を行います。「STL形式（.stl）」か「OBJ形式（.obj）」のデータへと変換しましょう。STL形式で保存しておけば、ほとんどの3Dプリンターで読み込めますが、アップロードする前に、データの制作条件を忘れずに確認しておきましょう。
ステップ3:ツールパスデータへ変換
STL形式のデータが用意できたら、3Dプリンターを動作させるための専用データ「造形ツールパスデータ」への変換を行います。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。このスライスソフトで、下記の設定などを行います。
- 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
3D-FABsなら何度でも造形方式や素材の組み合わせシミュレーションが可能。
ステップ2から3に進むには、どんな材料を用いて、どんな造形方式によって、また、どんなプリンターを用いて、3Dプリントを行うのかを決める必要があります。
選択肢が多くあるため、なかなか判断が難しいですが、「3D-FABs」を使えば利用したい3Dプリンターや材料、造形方式の組み合わせのシミュレーションが可能です。材料は、下記から選べます。
- ステンレス鋼
- アルミニウム合金
- マルエージング鋼
- ニッケル基超合金
- PLA樹脂
- カーボンコンポジット樹脂
- 高温対応PLA樹脂
- アクリル系紫外線硬化樹脂（白）
- アクリル系紫外線硬化樹脂（透明）
- ナイロン12
また、方式は金属では、PBF方式（粉末床溶解結合方式）の1種類から、樹脂はFDM方式（熱融解積層法）、SLA方式（光造形方式）、SLS方式（粉末積層焼結方式）の3種類から選べます。さらに、金属・樹脂あわせて6種類のプリンターから何度でも試算ができるので、作りたい造形物に合ったプリンター、素材のベストな組み合わせを簡単に導き出せるでしょう。
ステップ4:ツールパスデータを3Dプリンターに送って造形
造形ツールパスデータへと変換したら、3Dプリンターに接続するか、USBメモリを用いるなどして、3Dプリンターにデータを読み込ませて、造形を始めます。
ステップ5:後処理
出力が完了したら、サポート材と呼ばれる造形物の形状が崩れないように保持するための副材を除去する後処理が必要です。精密ニッパー（エッジニッパー）や精密ラジオペンチなどの工具を用いて、造形物の周囲や、内部に付着したサポート材を除去します。サポート材を最小限にしておくと、この後処理が楽になります。
後処理を自動で行う3Dプリンターもありますので、プリンター選びの際に確認してみてください。
ステップ6:仕上げ加工
最後に、研磨や塗装、メッキ処理などで仕上げ加工を行います。表面を磨いて、塗装や染色することで、実製品に近い質感を目指せます。透明樹脂で造形した際に、さらに透明性を高めたい場合は「クリア塗装」という加工もあります。
3Dプリンターを使用するなら「3D-FABs」
この記事では、3Dプリンターを用いて、データ作成から完成までのステップを、「3D-FABs」の使い方と合わせて解説しました。3D-FABsでさまざまな材料や造形方式をシミュレーションすることで、より最適な3Dプリンター機種と材料の選択が可能になり、さらに「元のデジタルデータをこう修正すれば、造形のコストが下げられる」といったノウハウも学べます。ウェブですぐに造形にかかる概算費用を試算できるので、ぜひ「3D-FABs」をお気軽にお試しください。
写真／Getty Images
