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3Dプリンタとラピッドプロトタイピング

ラピッドプロトタイピングは、試作品を開発する方法の一つです。製品開発では、設計した製品の性能や問題点を確認するために、試作品を活用します。そのなかで、試作品開発を短期間で行えるラピッドプロトタイピングの必要性が高まっています。今回は3Dプリンタを用いたラピッドプロトタイピングの概要とメリット、種類などについて解説します。

3Dプリンタにおけるラピッドプロトタイピングとは?

3Dプリンタを利用したラピッドプロトタイピングとは? 短期間で試作品を製作可能

ラピッドプロトタイピングとは? 短期間で試作品を製作可能

ラピッドプロトタイピング(RP)は、ラピッド(早い)とプロトタイピング(試作)の名前のとおり高速試作ともよばれ、さまざまな方法を用いて短期間で試作品を製作します。従来、試作品は粘土や木を用いて職人が製作する方法が一般的でした。しかし、この方法では時間がかかり、コストも高くつきます。加えて近年では、製品の開発サイクルは短くなっていく一方です。それにともない、短い時間で試作品を作るニーズが高まってきました。

当初、ラピッドプロトタイピングは、製品の形状のみを再現する方法として採用されてきました。しかし技術開発によって製作精度の向上やさまざまな材料に対応できるようになり、性能や機能を評価できる試作品もラピッドプロトタイピングで製作できるようになっています。

以前のラピッドプロトタイピングでは非常に大きな設備が必要でしたが、近年では3Dプリンタの普及により、小型で低価格なラピッドプロトタイピングが可能になりました。

3Dプリンタを用いたラピッドプロトタイピングの種類

ラピッドプロトタイピングの種類

ラピッドプロトタイピングに使われる3Dプリンタでは、3Dの設計データを輪切りに分割したスライスデータを作成し、そのデータをもとに材料の層を積み重ねて形状を表現します。これを積層造形法といいます。積層造形法の代表的な例を紹介します。

  • 光造形法
    光造形法とは、光を当てると硬化する樹脂を用いた方法です。液体状の樹脂に、作りたい部品の断面形状になるように紫外線レーザーを当て1層ずつ硬化させます。精度が高く、短時間で細部まで再現できますが、使える材料が限られており、機械も比較的高価です。
  • 熱溶解積層法(FDM法)
    熱を加えると溶ける熱可塑性樹脂を用い、溶かした樹脂を積み重ねていく方法が熱溶解積層法です。完成品が熱可塑性樹脂の場合には、同じ材料を使用できるため、形状だけでなく材料の強度なども完成品に近い試作品が作れ、より正確な試作試験が行えます。しかし寸法精度が他の方法に比べて低くなりがちです。
  • 粉末法
    粉末法とは、レーザーを粉末状の素材にあてて溶かし、形状を作っていく方法です。樹脂だけでなく、銅やチタンなど一部の金属にも対応しているため、さまざまな用途に使えます。

3Dプリンタで行うラピッドプロトタイピング活用のメリットとデメリット

3Dプリンタを利用したラピッドプロトタイピング活用のメリットとデメリット

3Dプリンタで行うラピッドプロトタイピングには、次のようなメリットやデメリットがあります。

  • メリット – デザインや機能評価の待ち時間を短縮できる
    設計した製品のデザインや機能を評価するためには、試作品が必要です。試作品を作るのには時間がかかるため、その間は待ち時間となり、設計作業を先に進めることができません。しかしラピッドプロトタイピングであれば、試作品と同じ形状、素材のものをたった1日で作れる可能性もあります。試作品のできあがりを待つ時間を短縮できるため、スムーズに評価に進めます。
  • デメリット – 素材や加工法が限られる
    ラピッドプロトタイピングでは対応できる素材や加工法が限定されています。性能評価にラピッドプロトタイピングを使用する場合には、実際の製品とは素材や加工法が異なる点を考慮した評価が必要です。
    完成品と同じ素材や加工法が選択できる場合や、違っていても性能評価に影響が出ない場合には、メリットが大きくなります。

まとめ

3Dプリンタを使ったラピッドプロトタイピングの特徴や種類、メリットとデメリットについて解説しました。ラピッドプロトタイピングは、製品の開発サイクルを短縮するために、効果的な試作品製作手法の一つです。素材や加工方法は限られますが、時間がかかる試作品の製作を最短1日で完了できます。3Dプリンタには光造形法や粉末法などさまざまな方法があるため、試作品の用途に合わせて、適切な素材や加工法を選択しましょう。