2023年06月05日15:26
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金属3Dプリンタの基本的な使い方を、作業工程も含めて解説します。以下は、おおまかな造形工程です。
1.前工程の実施（材料選びや3Dデータ用意など）
2.3Dプリンタによる造形
3.後工程の実施（サポート材除去や仕上げ加工、等）
ただし、機器の仕様や操作方法は製品によって異なるため、実際の使用時に確認する必要があります。
ここでは各工程のより詳しい手順を、金属3Dの基本的な使い方と合わせて解説します。
前工程の実施
(1) 設計時に必要な打ち合わせ
まずは、造形する部品の3Dデータ作成前に、金属3Dプリンタの技術者との間で設計構想を打ち合わせする必要があります。
具体的には、3Dデータ作成後の材質や造形の仕様、造形時間の見積もり、後加工をどうするかなどを検討し、決定します。
打ち合わせを進める上での注意点として、部品に求める機能を前例にとらわれず抽出することが重要です。
サポート材や後加工については別項で解説します。
(2) 3Dデータ作成
製作する部品の設計図となる3Dデータを準備するために、
元データを入手して3Dデータを作成し、状況に応じてデータの手直しを行います。
3Dデータの作成には、3DCADソフトを利用してモデリングする方法、
3Dスキャナを利用して3Dデータを抽出する方法、2DCADのデータを3Dに変換する方法の3つがあります。
3DCADソフトを利用してモデリングする方法では、3DCADソフトの操作に習熟している必要があります。
この方法なら、どのような形状の部品でも自由に設計可能です。
3Dスキャナを利用して3Dデータを抽出する方法は、2Dのデータが残っていない場合や、
すでに販売終了した製品を製作したい場合に有効です。
2DCADのデータを3Dに変換する方法では、正確な形状が再現されるよう、
場合によっては2DCADデータに手直しを加えながら進める必要があります。
(3) 3DデータをSTL形式に変換し、整合性をチェックする
3Dデータは、整合性チェックを行うためにSTL形式に変換する必要があります。
STL形式の3Dデータだと、パソコンの画面上でポリゴンと呼ばれる微小な三角形により立体の形状が構成されるため、
チェックしやすいのがメリットです。
整合性チェックをスキップした場合、整合性のないデータを生成してしまうリスクがあり、
金属3Dプリンタでの造形が実行できなくなります。
最近の3DCADソフトはSTL形式でのデータ出力に対応していますが、STL形式での出力に対応していない古いソフトの場合、
STLへの変換出力用に別途ソフトウェアが必要になる可能性もあります。
(4) STLデータを3Dプリンタが出力制御するためのデータに変換
整合性チェック終了後、変換ソフト（スライスソフト）を利用して、STL形式の3Dデータを、
金属3Dプリンタで制御可能な造形ツールパスデータに変換します。
注意点として、金属3Dプリンターにより扱える造形ツールパスデータの形式が異なるため、
そのプリンタに対応するスライスソフトを利用する必要があります。
造形ツールパスデータの準備が整った段階で、造形する部品を配置する向きや大きさなどの造形条件を設定し、
材料をセッティングします。ここから金属3Dプリンタでの造形が始まります。
3Dプリンタで造形する
造形ツールパスデータを3Dプリンタで読み込んだら、いよいよ造形のスタートです。
造形を開始するには2通りの方法があり、
1つは金属3Dプリンタに接続したパソコンから専用の制御ソフトを操作し、各種制御を行って造形を進める方法です。
もう1つは、金属3Dプリンタの操作パネルを直接操作しながら造形を制御する方法です。
造形スタート後は、途中で造形不良のトラブルや外部のトラブルが起こる可能性に備えて、
造形工程を監視する必要があります。
後工程の実施
(5) 3Dプリンタから完成した造形物を取り出す
造形が完了したら、金属3Dプリンタ内から造形した部品を取り出します。
造形物が造形プレート部分にくっついて外しにくい場合もあるため、細心の注意を払いながら取り出します。
パウダーベッド方式で造形した場合、口や鼻から金属粉末を吸入してしまうリスクもあるため、作業者側での防護の徹底も必要です。
(6) 副材（サポート）を除去する
副材（サポート材）とは、造形する部品の形状を保持するために周囲に付着させる素材を指します。
副材を使った造形では、事前に加工基準面の設定や加工治具、配置の際の工夫などが必要になる場合があります。
副材は造形終了後に除去する必要があります。
工具や素手で直接副材を外す方法の場合、うっかり造形した部品を破損するリスクがあるので、注意が必要です。
形状が複雑な場合、副材の一部が造形物に付着したままになる恐れもあります。
副材剥離用の専用液を使えば、副材を除去しづらい細かい部分でもきれいな処理が可能です。
(7) 仕上げ加工する
サポート材の除去後、必要に応じて仕上げ加工する必要があります。
造形した部品をより美しく見せたい場合や、部品の強度・耐久性を高めたい場合などに、
例えば凹凸の形状をより際立たせる、表面をより滑らかに仕上げて光沢を出すなどの最終処理を行います。
仕上げ加工の方法は、造形する物体によって異なります。表面を磨いたり強度を増したりするための加工、
部品の寸法精度が要求される部分では、機械加工などの仕上げにより、造形の完成度を高めます。
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1.前工程の実施（材料選びや3Dデータ用意など）
2.3Dプリンタによる造形
3.後工程の実施（サポート材除去や仕上げ加工、等）
ただし、機器の仕様や操作方法は製品によって異なるため、実際の使用時に確認する必要があります。
ここでは各工程のより詳しい手順を、金属3Dの基本的な使い方と合わせて解説します。
前工程の実施
(1) 設計時に必要な打ち合わせ
まずは、造形する部品の3Dデータ作成前に、金属3Dプリンタの技術者との間で設計構想を打ち合わせする必要があります。
具体的には、3Dデータ作成後の材質や造形の仕様、造形時間の見積もり、後加工をどうするかなどを検討し、決定します。
打ち合わせを進める上での注意点として、部品に求める機能を前例にとらわれず抽出することが重要です。
サポート材や後加工については別項で解説します。
(2) 3Dデータ作成
製作する部品の設計図となる3Dデータを準備するために、
元データを入手して3Dデータを作成し、状況に応じてデータの手直しを行います。
3Dデータの作成には、3DCADソフトを利用してモデリングする方法、
3Dスキャナを利用して3Dデータを抽出する方法、2DCADのデータを3Dに変換する方法の3つがあります。
3DCADソフトを利用してモデリングする方法では、3DCADソフトの操作に習熟している必要があります。
この方法なら、どのような形状の部品でも自由に設計可能です。
3Dスキャナを利用して3Dデータを抽出する方法は、2Dのデータが残っていない場合や、
すでに販売終了した製品を製作したい場合に有効です。
2DCADのデータを3Dに変換する方法では、正確な形状が再現されるよう、
場合によっては2DCADデータに手直しを加えながら進める必要があります。
(3) 3DデータをSTL形式に変換し、整合性をチェックする
3Dデータは、整合性チェックを行うためにSTL形式に変換する必要があります。
STL形式の3Dデータだと、パソコンの画面上でポリゴンと呼ばれる微小な三角形により立体の形状が構成されるため、
チェックしやすいのがメリットです。
整合性チェックをスキップした場合、整合性のないデータを生成してしまうリスクがあり、
金属3Dプリンタでの造形が実行できなくなります。
最近の3DCADソフトはSTL形式でのデータ出力に対応していますが、STL形式での出力に対応していない古いソフトの場合、
STLへの変換出力用に別途ソフトウェアが必要になる可能性もあります。
(4) STLデータを3Dプリンタが出力制御するためのデータに変換
整合性チェック終了後、変換ソフト（スライスソフト）を利用して、STL形式の3Dデータを、
金属3Dプリンタで制御可能な造形ツールパスデータに変換します。
注意点として、金属3Dプリンターにより扱える造形ツールパスデータの形式が異なるため、
そのプリンタに対応するスライスソフトを利用する必要があります。
造形ツールパスデータの準備が整った段階で、造形する部品を配置する向きや大きさなどの造形条件を設定し、
材料をセッティングします。ここから金属3Dプリンタでの造形が始まります。
3Dプリンタで造形する
造形ツールパスデータを3Dプリンタで読み込んだら、いよいよ造形のスタートです。
造形を開始するには2通りの方法があり、
1つは金属3Dプリンタに接続したパソコンから専用の制御ソフトを操作し、各種制御を行って造形を進める方法です。
もう1つは、金属3Dプリンタの操作パネルを直接操作しながら造形を制御する方法です。
造形スタート後は、途中で造形不良のトラブルや外部のトラブルが起こる可能性に備えて、
造形工程を監視する必要があります。
後工程の実施
(5) 3Dプリンタから完成した造形物を取り出す
造形が完了したら、金属3Dプリンタ内から造形した部品を取り出します。
造形物が造形プレート部分にくっついて外しにくい場合もあるため、細心の注意を払いながら取り出します。
パウダーベッド方式で造形した場合、口や鼻から金属粉末を吸入してしまうリスクもあるため、作業者側での防護の徹底も必要です。
(6) 副材（サポート）を除去する
副材（サポート材）とは、造形する部品の形状を保持するために周囲に付着させる素材を指します。
副材を使った造形では、事前に加工基準面の設定や加工治具、配置の際の工夫などが必要になる場合があります。
副材は造形終了後に除去する必要があります。
工具や素手で直接副材を外す方法の場合、うっかり造形した部品を破損するリスクがあるので、注意が必要です。
形状が複雑な場合、副材の一部が造形物に付着したままになる恐れもあります。
副材剥離用の専用液を使えば、副材を除去しづらい細かい部分でもきれいな処理が可能です。
(7) 仕上げ加工する
サポート材の除去後、必要に応じて仕上げ加工する必要があります。
造形した部品をより美しく見せたい場合や、部品の強度・耐久性を高めたい場合などに、
例えば凹凸の形状をより際立たせる、表面をより滑らかに仕上げて光沢を出すなどの最終処理を行います。
仕上げ加工の方法は、造形する物体によって異なります。表面を磨いたり強度を増したりするための加工、
部品の寸法精度が要求される部分では、機械加工などの仕上げにより、造形の完成度を高めます。
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