積層造形

積層造形装置は 3D プリンターとして知られており、多くの微細で複雑な部品で構成されています。そのため、正確なプリントを保証するためには、専門的なメンテナンスとパフォーマンス・テストを定期的に実施することが不可欠です。積層造形で使用される原材料は繊細な取り扱いを求められることが多く、また、他の製造材料と比較して保存期間が短いことが知られています。3D プリントのプロセスの一部には実際、余分な造形材料をリサイクルするオプションが含まれていますが、リサイクルした材料を繰り返し使用すると、新しい材料による補充が十分でなかった場合に材料の特性が損なわれる可能性があることに注意する必要があります。3D プリントの最大の利点の一つに、ほとんどの積層造形装置では、プリント・プロセスが開始した後は監視の必要がないことが挙げられます。その理由は、3D プリンターがあらかじめプログラムされた自動プロセスによって制御されるためです。事実、積層造形プロセスが中断される数少ない状況の一つが、3D プリンターに十分な量の材料がなくなったときです。多くの積層法では、造形された構成部品をビルド・プラットフォームから取り外すだけです。その他のより工業的な積層法では、造形物がビルド・プレートに固定されている、あるいは造形材料に包まれていて、造形物を取り外すには高度なスキルと精度が必要になる場合があります。そういった積層法では、オペレーターの手作業による複雑な取り外し手順に加え、厳密に管理された環境と特別な安全対策も必要になります。造形された部品をビルド・ユニットから取り外した後は、さまざまな後処理方法が使用される場合があります。例えば、SLA 積層造形では造形部品を UV 光で硬化し、SLS の金属パーツはオーブンでの熱処理が必要になることがあります。また、積層造形の一部の方法で使用されるサポートは、後処理時に慎重に取り外す必要があります。  さらに、積層材料の多くは、後処理時にやすりがけ、タンブル、研磨が必要になることがあります。

積層造形は、材料を足していくことで部品や製品を構築するプロセスです。CNC 機械加工のような引き算のプロセスとは反対になります。積層造形の最も一般的な形態の一つが 3D プリントです。積層造形プロセスは、コンピューター制御された機械と CAD モデルを利用します。この機械は、CAD ソフトウェアのプログラミングに従って材料を追加していき、部品または製品を設計通りに作成します。

積層造形は次の分野で幅広く使用されています。

• 航空宇宙・防衛 – 軽量で高強度の構成部品。
• 医療・ヘルスケア – カスタム・インプラント、人工装具、歯科ソリューション。
• 自動車 – ラピッド・プロトタイピングと軽量部品。
• 消費財 – カスタムおよびオンデマンド生産。

3D プリントは積層造形の一部で、層を重ねることで部品を造形します。ただし、積層造形には、選択的レーザー溶融(SLM)や電子ビーム溶解(EBM)、指向性エネルギー堆積法(DED)などの幅広い技術が含まれ、中には積層を活用しない技術もあります。

積層造形には主に次の 7 種類があります。

1. 液槽光重合法 – UV 光を使用して液体樹脂(SLA、DLP など)を硬化させます。
2. 材料噴射法 – インクジェット・プリンターのように材料を噴射して高精度を実現します。
3. 結合剤噴射法 – 液剤を使用して粉末材料を固形化させます。
4. 材料押出法 – 溶融した樹脂フィラメントを使用します(FDM、FFF など)。
5. 粉末床溶融結合法 – レーザーまたは電子ビームを使用して粉末材料を結合させます(SLS、SLM、EBM など)。
6. シート積層法 – 材料の層を接合します。
7. 指向性エネルギー堆積法(DED) – 金属の粉末またはワイヤーを溶融して堆積させます。