３Ⅾプリンターを製品の生産機として使う／鋳造技術とのコラボ

プロトタイピングを考えるうえで、３Ⅾプリンターなしでは考えられないほど３Ⅾプリンターは普及しました。20年前では考えられないことです。
約15年前に主だった３Ⅾプリンターの特許が切れたこと、そしてこれにより様々なメーカーが３Ⅾプリンターの生産を開始し、市場での競争が始まったことも大きな要因のひとつでしょう。

現在、３Ⅾプリンターは、高機能な高額装置と低価格品の二極化がすすんでいます。低価格といっても一定の精度があり、安くても使えない３Ⅾプリンターは、多くは見当りません。
小規模事業者や個人ユーザーのあいだでは、既に「３Ⅾプリンターは、壊れたら買い替えるもの」といった概念が生まれ始めています。
そして、生産品の属性にもよりますが、当初はRPという概念から出発した３Ⅾプリンターが、生産機の一部になろうとしています。例えば、補聴器・歯科補綴物・一部の宝飾品の生産は３Ⅾプリンターに頼るほどになっているのはご存じの通りです。

このコラムでは、これから３Ⅾプリンターの導入を検討されている方で、３Ⅾプリントの造形物を金属に置き換えてプロトタイピングや製品生産を視野に入れている方へのコラムです。
この３Ⅾプリンター／ダイレクトキャスティングをテーマとしたコラムはシリーズとして今後更新していく予定です。

まず、第一弾として、そもそも３Ⅾプリンターにはどのような種類があり、３Ⅾモデルを金属にする場合に、どのタイプが適しているのか。３Ⅾプリンターの分類について説明をします。

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金属３Ｄプリンターのはじまり

1987年に光造形装置としてSLA方式の３ＤプリンターがRP機器の一つとして登場しました（特許化は1986年）。これは、3ＤCADの普及とともに3Ｄデータを『手に取って触ってみる』ことが可能となる装置で開発され、製品化する前段階の『試作分野』での活用を目的としました。その後、同じＲＰシステムのCNC旋盤は導入が進み、かなり早い時期から実用・普及に至りました。

一方３Dプリンター（当時はRPシステム）は、ヴァーチャルデータをリアルオブジェクトに変換する技術としては広まりましたが、当時の樹脂の強度などから形状確認が主体で、実際の稼働テストの試作や生産機としての普及が立ち遅れていました。

この環境のなかで、2014年頃にこの３Dプリンティング技術を担うRPシステムをアメリカのオバマ大統領（当時）が『３Dプリンター』と称した発言を行ってから、一般の人々にその存在が知れ渡り、いっきに活性化しました。

３Ｄプリンターの種類

現在3Ｄプリンターと呼ばれる装置は様々な方式のものが販売されています。大まかに6種類に分類できるといわれています。

3Ｄプリンターの価格は数万円程度から数千万円まであります。近年では、億単位の装置が数千万円、数約万円のものが数十万円、数十万円のものが数万円と年々低価格化しています。

現在、3Ｄプリンターの機種が増え、今後も日進月歩で開発が進んでいくと思いますが、価格面からすると、FDMか光造形システムが最も一般的な3Ｄプリンターと言えるでしょう。

ロストワックス鋳造技術を使った３Ⅾモデルの金属化

3Ｄプリンターの種類の中で、SLA方式・DLP方式・FDM方式・マルチジェッティングの一部の機種については、ロストワックス鋳造技術との併用で、金属３ＤプリンターでなくともSTLデータを間接的に金属に置き換えることが可能です。
今や3Dプリンター樹脂（キャスタブルレジン）からのダイレクトキャスティングは、AM（アディティブマニュファクチャリング）においていちばん現実的な手段のひとつです。

製品の数量や大きさ、金属の種類により必要な装置（3Ｄプリンター・鋳造機）が異なります。

３Ｄプリンターからのダイレクトキャスティングの場合、一般的には少量生産が基本です。大量生産の場合には、従来通りの金型からの生産の方が結果的にコストが安くなる可能性があります。

しかし、金型を使わない・・・というか、金型が使えない少量生産の場合には、3Ｄプリンティングのモデルをロストワックス鋳造で製品化することで生産コストを大幅に削減することが可能となります。