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プロトタイプの枠を超え、製造現場で活躍する3Dプリンター

Stratasys 3Dプリンター「Productionシリーズ」

3Dプリンターのパイオニアとして、創業前年の1988年にFDM(Fused Deposition Modeling:熱溶解積層法)テクノロジーで特許を取得したStratasys社。20年が経過して同社やその他3Dプリンティングに関する基本特許権の終了により、3Dプリンター市場には数多くのメーカーが参入し、プロシューマーや教育機関、企業向けを中心に活況を呈している。Stratasys社は液体の紫外線硬化樹脂をインクジェット方式で吐出するPolyJetテクノロジーもあわせて保有しており、用途に応じて幅広い提案ができるという。開発や設計といったものづくりの上流工程だけにとどまらず、実製品を生みだす製造の現場でも3Dプリンターが活躍しはじめている今、Stratasysの強みについてメーカーのアプリケーション・エンジニアにお話を伺った。

[2015年 9月10日公開]

インタビューの注目ポイント

  • 3Dプリンター市場をリードする総合的な提案力
  • CADデータから最終製品を直接製作するDDM
  • 3Dプリンターは切削や金型を補完することで製造業に貢献

メーカーご担当者紹介

  • 株式会社ストラタシス・ジャパン
    営業開発部
    小山 丈博氏

インタビュー内容

3Dプリンター市場をリードする総合的な提案力

インタビュアー

FDMとPolyJet、この2つの3Dプリンターのテクノロジーについて、それぞれの特長をお聞かせください。

小山氏

FDM方式の3Dプリンターは、糸状のプラスチックを熱で溶かし、ソフトクリームのように積み重ねることで造形していくものです。

材料としてABSから生産グレードの熱可塑性の樹脂まで対応しているため、高強度・耐熱性のあるパーツをプリントアウトすることができます。

一方、1998年にイスラエルで開発されたPolyJetテクノロジーは、液体の紫外線硬化樹脂をインクジェットヘッドから噴射し、紫外線を照射して固化させるインクジェット方式です。最少0.01mmという非常に薄い層を積み重ねることで、微細な形状や滑らかな曲面を作りやすく、面でプリントをするため高い生産性が特長です。

ものづくりにおいては、設計工程でスピーディーに試作品を作る「RP:ラピッドプロトタイピング」の考え方があり、3Dプリンターは長らくそうしたシーンで活躍してきました。3次元CADが普及してきていますが、画面の中だけでは分かりにくいところを、実際にモノを作って検証することで、手に持った感触、フィット感などを実感として把握することができます。

また、試作段階で必要とされる機能試験にも活用することができます。そうしたモックアップをいかに速く作るかといった側面で3Dプリンターは広く注目され、導入が進んできました。

Stratasysでは、その際に素材の強度などを求めるのか、あるいは精度やきれいさを求めるのかで、前者ならFDM、後者ならPolyJetという使い方をご提案しています。用途に応じて選択いただけるのがStratasysの強みであり、幅広いご提案ができる3Dプリンターメーカーなのです。

Objet500 Connexによる立体プリント

CADデータから最終製品を直接製作するDDM

インタビュアー

強度ある素材で出力できるFDMのメリットについて、詳しくお聞かせください。

小山氏

最近では熱可塑性の樹脂を使ったFDM方式の3Dプリンターで、造形物をそのまま実際の部品として使用したり、治具や型を直接製造したりできるDDM(Direct Digital Manufacturing:ダイレクトデジタルマニュファクチャリング)が注目を集めています。

3Dプリンターを使ってCADデータから最終製品を直接、スピーディーに製作する試みです。実製品と等しい素材を用いた機能試験、金型を介さない小ロット品の製造、そしてオンデマンド生産が可能になるなど、DDMは高い価値をもたらします。

製造の現場でも使えるだけの精度そして耐久性のあるポリカーボネイトや、航空機の内装部品でも使われるULTEM 9085といった材料も使うことができます。

その際、ポイントとなるのが、樹脂の熱収縮への対応。プラスチックは、熱をかけて溶かして固まるときに必ず熱収縮が起こり、変形してしまいます。Stratasysの3Dプリンターにはオーブンが内蔵されており、熱で溶かしたあとに高温状態で冷まして固めていくことで熱収縮を抑えるように設計されています。

例えばABS樹脂の場合は300度程度で溶かし、100度程度で冷まして固めていきます。また、一層ごとの接着においても、強度を高めるためにオーブンが必要となります。

家庭用3Dプリンターと業務用3Dプリンターの大きな違いはここにあります。カタログスペック上の仕様では両者の違いは分かりにくいのですが、結果としての造形物は大きく異なります。

Stratasysでは95%以上のお客様がベンチマークを行っており、造形の品質を確認していただいたうえで導入いただいております。

PolyJet方式の3Dプリンターで製造された3Dプリント製品

3Dプリンターは切削や金型を補完することで製造業に貢献

インタビュアー

FDM方式の3Dプリンターで治具や型、パーツ、最終製品までDDMで製造するとなると、金型に取って代わるということでしょうか?FDM方式の3Dプリンターで治具や型、パーツ、最終製品までDDMで製造するとなると、金型に取って代わるということでしょうか?

小山氏

日本の製造業は切削および金型の技術に優れています。3Dプリンターはこの部分に取って代わるものではありません。しかし、3Dプリンターに置き換えることで成果を出せる部分もあり、いかに切削および金型を補完していくかという視点を持っています。

3Dプリンターの積層造形は切削や金型よりも自由度が高く、より複雑な形状でも成形が可能です。また、金属で作っていたものを樹脂に置き換えることで軽量化に貢献でき、作業員が治具を持って作業する際などの負担を減らし、生産性向上にもつながります。加えて、3Dプリンターで検査治具を作ってしまえば、検査部署における工程の短縮といったことも可能になるでしょう。

既にストラタシス・ジャパンは、金属成形やプレス加工を専門とする企業とも手を組み、新しい取り組みを始めています。

PolyJetのテクノロジーを活用して3Dプリンター樹脂型「デジタルモールド」をプリントアウトし、そこに樹脂や金属を流し込んで成形したり、また金属プレスに活用し従来不可能であった競争力の高い製品化を実現するというモデルが既に成果を出し始めています。

FDM方式の3Dプリンターで製造された小ロットパーツや治具

  • * 本記事中に記載の肩書きや数値、社名、固有名詞等は公開時点のものであり、このページの閲覧時には変更されている可能性があることをご了承ください。また掲載の製品・制作物の写真は、ストラタシス・ジャパンより提供いただきました。

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