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3Dプリンティングにおけるサポート材とは、その名の通り、造形物を支える部分のことです。

造形物が崩壊しないために必要なサポート材ですが、つけ方によって造形物の仕上がりに大きな影響を与えることも多々あります。

造形物を支えてくれるサポート材ですから、しっかりと造形物につけたほうが良いのかとも思われがちですが、実は、造形物をなるべく綺麗に仕上げるためには、造形物とサポート材がつく部分を極力減らすことが求められることも。

サポート材はプリント後に造形物から剥がす必要があるため、より綺麗に見せたい表面にサポート材をつけてしまうと、取り外しに苦労する上、研磨などの手間も増えます。

造形物の形状によっては必ず必要なサポート材ですが、つけ過ぎには注意が必要です。

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これまでに「光造形」や「FDM」という単語がでてきましたが、これらは3Dプリンター出力の造形方法です。造形方法によって特徴が異なります。

光造形法
紫外線を照射すると硬化する性質を持つ樹脂を用いた造形法です。紫外線のビームを使って樹脂を場所ごとに取捨選択しながら硬化させていき、立体物を造形します。

熱溶解積層法（FDM方式）
高温で溶かした熱可塑性樹脂を積層させ立体形状を作成する造形法。熱可塑性の様々な種類のエンジニアリングプラスチックが使用できます。

ポリカーボネート、PCアロイ、ABS、ABSアロイ、PPSF/PPSU、ULTEMなどの素材を加工できます。


粉末法
粉末の素材を層状に敷き詰め、インクジェットのような方式を使って、バインダを添加し固める手法や放電及びレーザービームで直接焼結する手法です。

前者はでんぷんや石膏のような材料が知られており、3Dプリンターの中でもランニングコストを抑えたものに利用されていることが多いです。

また、後者は、ナイロンのような樹脂素材のほか、鋼、チタン、ニッケル、青銅といった金属素材なども利用できます。

シート積層法
シートを積層させることで3D形状を作る造型法です。上記の粉末法の基材をシートに置き換えたものになります。この手法には大きく2種あります。

一つは光硬化性の樹脂をインクジェットでシートに出力転写する方式です。

もう一つはカッティングプロッタ(自分で作成した文字やデザインのデータに沿ってカットする機械)で切り込みを入れた紙を糊で積層する方式です。

熱硬化性樹脂や光硬化樹脂をしみこませた水溶性の紙を一層の積層毎に加熱したり紫外線を照射することで、加圧し硬化する方法などがあります。


インクジェット法
インクジェットプリンタの原理を応用した造形法です。液化した紫外線硬化性樹脂を噴射し、紫外線を照らして積層させて形状を作ります。カラーインクを使用した、カラーの造形物も製作することができます。

この造形方式のメリットは、比較的高精度な造形ができることです。精度が求められる造形物の出力に力を発揮します。一方で紫外線硬化樹脂を使用するため、太陽光によって造形物が劣化することがあります。

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これまで造形が不可能、または困難だったカタチのものも、金属3Dプリンターでは造形可能です。この章ではまず、金属3Dプリンターの概要と金属3Dプリンターを取り巻く世界市場について解説します。

金属3Dプリンターとは？
金属3Dプリンターとは、パソコンなどで制作した3Dデータをもとに、設計したデータの形に金属を使って造形していく装置のことです。制作した3Dデータからスライスデータを作成し、一層ずつ金属材料を積み重ね、これを繰り返して対象物を造形していく仕組みです。

3Dプリンターには、金属を造形する「金属3Dプリンター」と、プラスチックなどの樹脂を造形する「樹脂3Dプリンター」があります。通常の3Dプリンター（樹脂3Dプリンター）は樹脂を用いるのに対して、チタンやアルミニウム、ステンレスなどの金属を使うものが、金属3Dプリンターです。


樹脂3Dプリンターのほうが歴史は古く、熱源となるレーザーの出力が高くできるようになったことで、約20年前から金属の造形も可能でした。しかし、当時はまだ金属を完全に溶かすことはできず、金属の粉末同士が表面で結合する「焼結状態」での造形でした。

比較的融点が低いといわれる金属であるアルミニウムでも、600度以上で溶かす必要があります。そのため、金属3Dプリンターの装置価格は約8,000万円から、高いものでは2億円以上 と非常に高額で、ほとんどのものは工業用です。これに対して樹脂3Dプリンターは、比較的安価な個人用のものも販売されています。


金属3Dプリンターを取り巻く世界市場
2020年8月に発表されたグローバルインフォメーションの「金属3Dプリンティングの世界市場（2019‐2025年）」によると、金属3Dプリントの市場規模は、2019年時点で3億7780万ドル（約400億円）でした。これが2025年には7億3880万ドル（約783億円）にまで達し、年平均24.41％で成長すると予測されています。

また、地域別にみると、2019年度の市場は欧州と北米が中心で、この2つのエリアだけで売上の60％以上を占めています。一方、日本は、世界全体の10％にも満たない程度です（日本能率協会総合研究所（JMAR）「世界の金属3Dプリンター市場規模・予測」）。

しかし、今後は国内市場において需要の拡大が期待されています。

金属3Dプリンターの用途は、歯科や医療、航空など、おもに欧州の基幹産業を中心に多岐にわたります。近年でも欧米を中心に、金属3Dプリンターの開発と金属3Dプリンターの特徴を活かした金属製品の開発・実用化が進んでいます。

現在はコロナウイルス感染症の影響により市場停滞に見舞われていますが、金属3Dプリンターは、航空宇宙・防衛・ヘルスケア分野での活用拡大にともなって市場拡大の傾向にあります。

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3Dプリンターで治具製作を行う主なメリットは、以下の3つです。

製作期間やコストを削減できる
変更するときの対応が早い
より高度な治具を製作できる
上から順番に見ていきましょう。


メリット①：製作期間やコストを削減できる
3Ⅾプリンターを治具製作に活用すると、製作期間やコストを削減できます。

従来の治具製作は、設計と製造現場が離れていると時間やコストがかかっていました。しかし、3Dプリンターを活用することで問題を解消することが可能です。

たとえば、設計が日本で製造現場が海外といった場合でも、治具の設計データを送信することで治具を製作することができます。しかも、日本から現物を送らなくても、現地で類似した材料を使えば送料やコストを削減することができます。

以上の理由から、製作時間やコストを削減するなら3Dプリンターを活用した治具製作をおすすめします。

メリット②：変更するときの対応が早い
治具の変更を早く行える点も、3Dプリンターを活用するメリットです。

3Dプリンターなら、データさえあれば簡単に変更することが可能だからです。

たとえば、従来の加工工程の場合は金型を起こして治具を製作する必要があり、切削においては変更を加えるのに手間も時間もかかっていました。しかし、3Dプリンターを活用すれば複雑な形状の治具であっても、問題なく変更することができます。

近年は治具の種類も増加傾向にあるため、3Dプリンターを活用すれば問題を解消することも可能です。

よって、素早く変更を加えるなら3Dプリンターを活用した治具製作をおすすめします。


メリット③：付加価値のある治具を製作できる
付加価値のある治具を製作できることも、3Dプリンターならではのメリットです。

3Dプリンターを活用すれば、治具に軽い素材を使用したり複雑な形状にしたりすることができるので、アイデアを形にしやすいといえます。

たとえば、軽い治具を作ると作業者の負担を減らせることからヒューマンエラーの軽減にもつながります。ほかにも、治具を持ちやすい形状にしたり角を丸くしたりするなどの改良を施せば、けがの防止にもなるのです。

付加価値のある治具を製作するのであれば、3Dプリンターの活用をおすすめします。

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DCモーター以外のモーターには、交流電源を使って回転するACモーターや、パルス信号を受けて1ステップずつ回転するステッピングモーターなどがあります。

DCモーターとこれらのモーターは、効率、起動トルク、回転数、制御方法などが異なります。



直流電圧を印加するだけで動くDCモーターと比較すると、交流電源で動かすACモーターや、パルス信号を制御しなくてはならないステッピングモーターは、装置の構成が複雑になります。そのため、装置全体が大きくなりコストも高くなる傾向にあります。その点、DCモーターは携帯型の電気機器にも搭載できるように、サイズやコスト面で有利となる効率的な構成が可能です。

DCモーターの起動トルクは大きく、特にACモーターと比較すると、その性能が際立ちます。民生品などでも、機器の立ち上がりの速さをアピールするために、DCモーターが使用されていることを売りにしていることもあります。


回転数については、ACモーターが3600r/min、ステッピングモーターが2000r/min程度が上限であることが多いのですが、DCモーターはそれ以上の高回転で動作することが可能です。

制御方法については、DCモーターが主にクローズドループであるのに対して、ACモーターとステッピングモーターは主にオープンループとなっています。

このように、直流電流でモーターを回転するということ以外にも、DCモーターとその他のモーターには大きな違いがあるのです。

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