3Dプリンター試作のメリット・デメリット【機械設計の基礎解説】

皆さんは設計試作でどのような手法を用いていますか。

簡易成型や削り出しなど様々な方法が挙げられますが、近年では3Dプリンターを使った方法も取り入れられています。

今回は3Dプリンターを用いた試作のメリット・デメリットを解説していきたいと思います。

3Dプリンター試作の概要

3Dプリンターは、CADで作成したデータを元に、材料を積み重ねて形状を作成する技術です。

3DCADのデータをプリンターに転送し、印刷するという流れです。

この技術はアディティブ・マニュファクチャリング（付加造形）とも呼ばれ、以下のような特徴を有しています。

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3Dプリンター試作のメリット

3Dプリンターでの試作は以下のようなメリットを有しています。

開発スピードの向上

設計から試作までの期間を短縮できるため、開発期間を短くすることができます。

また、試作後に形状確認・改善を繰り返すことも可能です。

開発コストの削減

金型を作る必要がないため、開発コストを削減することができます。

材料の消費量も、削り出しで作成するよりも少量で済みます。

多様な用途への適用

設計確認だけでなく、視覚的に製品を確認することも可能です。

実際に手で持った感覚や、設置してみた状態を確認することで、更なる改善につなげる事もできます。

3Dプリンター試作のデメリット

3Dプリンター試作でも、デメリットは存在します。

精度が悪い

3Dプリンターで作成する場合、表面に凹凸が生じることがあります。

削り出しの加工に比べると、表面粗さが目立って見えます。

材料特性の制限

3Dプリンターによっては、使用可能な材料が限定されます。

また、純粋な材料と比較すると、3Dプリンター用材料は強度や耐熱性に劣ることがあります。

つまり3Dプリンター試作品は、高負荷や高温などの厳しい環境への適用には向かないことが多いです。

初期導入コスト

高性能な3Dプリンターの場合は、プリンター自体の値段が高価格になります。

また、プリンターだけでなく、材料の値段も考慮する必要があります。

3Dプリンター試作の活用事例

3Dプリンター試作の活用として、以下のような例が挙げられます。

・設計初期段階の形状確認

　設計の初期段階で、デザインの可視化や形状確認を行います。

・動作モデルの試作

　動く部品のプロトタイプを製造し、動作確認を行います。

・カスタムパーツの製造

　特定の用途のみの部品を低コストで作成可能します。

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3Dプリンターを導入する際のポイント

3Dプリンターを導入する前に、注意するべき主なポイントを以下に記載します。

・目的の明確化

　試作を行う目的を明確にします。例えば、形状確認のみに使いたいのであれば、ある程度精度が悪い3Dプリンターでも問題はありません。このときに、作りたい物が造形サイズ内に収まりそうかも確認しておきましょう。

・コスト分析

　初期コストと、使用頻度からランニングコストを計算します。もし採算が取れなければ、外注するという選択肢も存在します。

・適切な素材の選定

　目的に合わせた素材を選定します。材料が樹脂なのか、金属なのか、ゴム材が良いのかによっても変わってきます。コストにも関わるため、よく吟味して決めましょう。

例えば、強度確保に炭素繊維プラスチック材料を適用したい場合、以下のような3Dプリンターが候補として挙がります。

より高精度の光造形で造形したい場合は、以下のようなプリンターが候補として挙がります。

まとめ

いかがだったでしょうか。

今回は3Dプリンター試作のメリット・デメリットについて解説してきました。

まとめると以下のようになります。