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家庭用3Dプリンターと業務用3Dプリンターでは造形方式に違いがあります。家庭用3Dプリンターと業務用3Dプリンターの一番の違いは何なのでしょうか。

家庭用3Dプリンターの造形方式

家庭用3Dプリンターでは「熱溶解積層方式」と「光造形方式」の2種類の造形方式が採用されています。以下に熱溶解積層方式と光造形方式の造形方法を示します。

熱溶解積層方式の造形方法

熱溶解積層方式では、フィラメントという220℃付近で融解する材料を溶かして、ミルフィーユのように1層ずつフィラメントを重ねて造形物を出力します。熱溶解積層方式は比較的安価な製品に採用されている造形方式です。


光造形方式の造形方法

光造形方式では、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、樹脂を固めて造形物を出力します。光造形方式は家庭用3Dプリンターのなかでも比較的高価な製品が多いです。

熱溶解積層方式と光造形方式のメリット・デメリット

「熱溶解積層方式」「光造形方式」どちらの造形方式にもメリット・デメリットがあります。以下に熱溶解積層方式と光造形方式のメリット・デメリットを示します。

造形方式 メリット デメリット

熱溶解積層方式
・フィラメントが安い
・フィラメントの入手が容易
・本体価格が安価 ・光造形方式よりも精密度が落ちる
・出力に時間がかかる


光造形方式
・精密な造形が可能
・流線型の造形が可能
・造形時間が短い ・本体価格が高い
・樹脂が効果
・樹脂の入手が困難

熱溶解積層方式と光造形方式それぞれメリット・デメリットがありましたね。3Dプリンターを購入する際は、購入した後の「ランニングコスト」も考慮する必要があります。さて、業務用の3Dプリンターはどのように造形するのでしょうか。

業務用3Dプリンターの造形方式

業務用の3Dプリンターの造形方法は様々です。以下に業務用3Dプリンターで採用されている造形方式を示します。

造形方法の特徴

熱溶解積層方式
・フィラメントを溶かして積層する
・ランニングコストが安い
・フィラメントの種類が豊富

光造形方式
・紫外線硬化樹脂に紫外線をあて造形する
・精度が高い造形ができる

粉末焼結積層造形方式
・粉末にレーザーを照射し、造形する方法
・金属樹脂を扱うことができる

業務用の3Dプリンターでは石膏やセラミック素材、金属フィラメントなどを扱うことができるのが特徴の1つです。また、造形サイズも大きく、自動車部品の試作品なども作ることが可能です。これら業務用の3Dプリンターでは他にどのような特徴があるのでしょうか。

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ギヤードモーターは、モータの出力軸回転を減速機部により減速して、各装置・機構に回転する力を伝達しています。
それではなぜギヤードモーターが必要なのでしょうか？
それを理解するには少しモータについて理解する必要がありそうです。


モータとは、電動機、モートル、モーターなどとも呼ばれています。
産業機械・装置に使用されるモータにはさまざまな種類がありますが、もっとも一般的に広く利用されているモータは、三相誘導電動機（インダクションモータ）というモータです。
このモータは三相交流電源という方式で動作するように作られています。

モータは、電源周波数によって1分間に何回転するかが決まっています。
一般に多く利用される4極のモータの場合、電源周波数は東日本地区50Hz、西日本地区60Hzとなっていますので、東日本地区では1500min-1（1分間に1500回転）、西日本地区では1800min-1（1分間に1800回転）の回転速度で回転します。

では、実際に工場でベルトコンベアーに製品がのって、移動させながら作業をする状況があるとします。
上記のモータ回転速度で運転した場合、とんでもない速さでコンベア上の商品が移動してしまい、作業できる状態ではなくなります。


そこで、一定速度で回転しているモータの代わりに、作業に適した回転速度を得るためギヤードモーターを使用することにより、回転速度を減速させます。
つまり、モータから得られる回転を利用する際には、必ずといっていいほど減速機構を利用したギヤードモーターが必須になります。
参考までに、モータ回転速度は以下の計算式で求めることができます。

モータ回転速度　N=60×周波数/極数　です。
(上記の計算式のように、回転速度に影響を与える要素として、投入される電源周波数とモータの極数が挙げられます。)

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○遮断機の役割
配線用遮断器（MCCB）は、モータなどの電気機器に過負荷や短絡が生じて、異常な過電流が流れたときに、電気機器と電線を保護する装置です。過電流は、配線の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、電気機器・電線・電源の破損に繋がります。
遮断器の設置は、電気事業法に基づく省令の電気設備技術基準などに定められています。
なお、ノーフューズブレーカ（NFB）は、三菱電機の配線用遮断器を示す商品名です。


○遮断機の仕組み
遮断器は、予め定められた電流が、予め定められた時間流れた際に、電流を遮断します。選択遮断では、過電流の大きさに応じて、大きな過電流を瞬時に、中位の過電流を短時限後に、小さい過電流を長時限後に遮断します。遮断器による電流の遮断をトリップといいます。
遮断方式としては、過電流の発熱による金属の湾曲を利用したサーマル型と、過電流により電磁石を動かして切断する電磁式とがあります。時限は、電磁石を浸したオイルの粘性などにより調整されています。


○遮断機と誘導モータ
かご形三相誘導モータは、通常の電気機器と異なり、始動時に定格電流の5倍から7倍の始動電流が流れます。遮断器がこの始動電流で遮断してしまうと誘導モータは動作しません。このため誘導モータの過負荷による過電流からモータと電路を保護するには、始動電流より小さい過電流への対応が必要です。

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垂直多関節ロボット
垂直多関節ロボットには人間で言う肩や肘、手首のような関節があり、人の腕と同様に複雑な動きが可能です。人の腕は７軸の自由度を持つと言われます。垂直多関節ロボットは６軸可動のものが多いですが、４、５軸や７軸のものもあります。
「産業用ロボット」と言った場合、多くの人がまずイメージするのはこのタイプです。ロボットの用途として大きな比率を占める溶接や塗装にもこのタイプが使われます。汎用性が高いため、物流拠点や部品加工工場などさまざまな現場で活用されています。
軸数が多いと動きの幅が広がり、腕を折り曲げれば狭い場所でも効果的に使えますが、複雑になる分使いこなすのが難しくなります。



スカラロボット
スカラロボットは、水平方向の２つの回転軸と、垂直方向の１つの直線軸で構成されるロボットです。この３軸に加えて手首にも水平の回転軸を持たせた、４軸の製品が最も一般的です。物をつかみ上げる場合、水平方向の軸回転の組み合わせでハンドを対象物の真上まで動かし、垂直の直線軸でハンドを近づけます。
複雑な動作ができる垂直多関節ロボットと違って真上からの作業しかできませんが、水平方向への柔軟性と垂直方向への剛性（変形のしにくさ）を両立できるため、部品を押し込んで組み付ける組み立て作業に適しています。名称のスカラ（SCARA＝selective compliance assembly robot armの頭文字。日本語では選択的柔軟性組み立てロボットアーム）という呼び方も、こうした特性に由来します。
価格は垂直多関節ロボットと比べ安価で、1970年代後半に山梨大学の牧野洋教授（当時）を中心に開発されました。


パラレルリンクロボット
パラレルリンクロボットは、２本セットのアーム３対（あるいは４対）で１つの先端を支持するタイプのロボットです。先端にはワークを吸い付けて搬送するための吸着ユニットなどが取り付けられます。細く軽量なアームでも十分な剛性を確保できるため、非常に素早い動作が可能です。ベルトコンベヤーの上などに取り付けられ、流れてくる製品を高速でピックアップして搬送できます。

直交ロボット
直交ロボットは、直角に組み合わせた直線軸からなるロボットです。直動案内機器とボールねじなどからなる１軸動作のユニットを組み合わせて構築します。１軸（単軸）、２軸、３軸、４軸、６軸と、用途に応じて軸数を増やせます。複雑な動作はできませんが、シンプルで安価なロボットです。

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金属積層造形とは、主に3DのCADデータをもとにして、金属粉末の層を積み重ね、3次元の造形物を作る技術のことです。金属積層造形を行うためには、金属3Dプリンターを使用します。金属3Dプリンターに使われる金属材料は、鉄鋼系・アルミニウム系・チタン系・銅系などさまざまですが、モデルによって対応できる材料は異なります。



金属積層造形の代表的な製造工程は次の通りです。

1.作りたい製品の3DCADデータを、1層ごとに分けたスライスデータに変換。

2.スライスデータを金属3Dプリンターに読み込ませて配置する。

3.配置したスライスデータに倣って3Dプリンターの作業スペース上に金属粉末を敷く。



4.金属粉末にレーザーやビームを照射して凝固させる。

5.3～4の手順を繰り返して造形する。

6.目的の形状に造形後、サポート材を除去するなどの後処理をして完成。

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