3Dプリンタって何？どんなことができるの？

新しい機械として注目を集めている3Dプリンタ。展示会などでも盛んにデモンストレーションが行われています。今回はそんな3Dプリンタについて紹介します。

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3Dプリンタとは

3Dプリンタとは、3D、つまり立体の形状をプリントする機械です。パソコン上で3D CADなどのソフトを用いて作成したバーチャルな立体形状を、現実にプリントアウトできる機械といわれています。
近年では、工作機械でもバーチャルな3Dデータを読み込み、自動で加工を行う機種も出てきましたが、一般的な工作機械の場合、人が図面を読みながら手作業で加工プログラムを入力しなければいけません。場合によっては途中で機械を変えたり、工具を変えたりする作業や指示が必要になります。しかし3Dプリンタの場合、そのような手間は必要ありません。バーチャルな3Dの形状から、ソフトを介してそのまま造形が行えるのです。

3Dプリンタの原理

通常のプリンタで紙などに印刷を行う場合、プリンタはデジタルで指示された座標に、決められた量のインクを吐出します。この原理は3Dプリンタでも同様です。3Dプリンタでは、まずバーチャルな3D形状をZ軸（高さ）方向で何層にもスライスします。そして1層ごとに、指示された座標に材料を吐出したり、光を照射したりしながら形状を作り、それを上に積み重ねながら3D形状を作っていくのです。そのため3Dプリンタで造形することを「積層」とよぶ場合もあります。

3Dプリンタの種類

3Dプリンタには色々な種類がありますが、出力できる材料は主に樹脂と金属です。工業用としてはあまり使われていませんが、石膏などを扱う機種もあります。
造形の方法は、材料によって異なります。
樹脂材料は、樹脂の種類によって、溶かした樹脂を吐出しながら積層したり、樹脂溶液を光やレーザーで硬化させたり、粉末をレーザーで焼結させたりします。特に溶かした樹脂を吐出するタイプは、小型で安価な機種も多く販売されています。そのため、ちょっとした工作室に置かれていたり、家庭で趣味に使われていたりするケースもあります。その分、多くの人が3Dプリンタというと、このタイプを想像するようです。しかし、実際の製造業の現場では、樹脂溶液や粉末を光やレーザーで硬化、焼結させるタイプも、材料を溶かして積層するタイプ以上に広く使用されています。また、機種にもよりますが、レーザーや光で造形する3Dプリンタのほうが、材料を溶かして造形するものよりも高い精度の造形が可能です。
金属材料の場合、材料の粉末をレーザーで焼結させて造形する機種がほとんどです。溶かした金属を吐出して積層する機種も存在していますが、現在は用途が限られています。金属の融点は樹脂より高いため、材料を溶かすのに大きな熱を必要とすることや、溶けた金属の粘度は溶けた樹脂の粘度よりも低く、積層している間にも流れてしまいやすいなどの欠点があるからです。そのため、金属材料を扱う3Dプリンタは、粉末をレーザーで焼結させるものが主流になっています。

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