長良の落陽。

機械に人間のような知能を持たせる、という発想自体は昔からありました。ではなぜ今になって人工知能が注目を集めているのでしょうか？その理由の1つが「ニューラルネットワーク」という分野の進歩です。

ニューラルネットワークは直訳すると神経回路。神経回路というのは脳内にある神経細胞のつながりを意味する言葉であり、「ニューラルネットワークが進歩した」ということは「脳の働きを再現する技術が進歩した」と言い換えることができます。

ステッピングモーター 電磁ブレーキ付き

機械が脳を再現できるようになるとどんなことができるのか、1つ例を挙げて説明します。

あなたの目の前に犬の写真があったとしましょう。この写真に写っている犬がよほど珍しい犬種でもない限り、あなたの知らない犬種であったとしても犬だと判断できるはずです。もちろん犬が正面を向いていても横を向いていても、被写体が犬であることを見分けるためには何の障害にもなりません。従来のコンピュータではこれができませんでした。なぜならコンピュータはカメラから取り入れた画像を小さな点の集まりとしか捉えられないから。人間のように「足が4本ある」「尻尾がある」といった抽象的な特徴を捉えることができないため、あらかじめ記録されている画像と少しでも違うと被写体が犬であるかどうかさえ判断できないのです。しかし人工知能技術の発展により、コンピュータがあたかも人間の脳内で行っているのと同じように抽象的なパターンを読み取ることができるようになりました。iPhoneXに実装された顔認証システム「FaceID」、車の運転時に歩行者や障害物を検知する機能など私たちの身近でもすでにこの技術が導入され始めています。

バイポーラステッピングモーター

もちろん人工知能ができるのは画像認識だけではありません。患者の症状から病気を診断したり、まるで人間と話しているかのように言葉でコミュニケーションをとったりなど、これまで人間でなければできないと思われてきたことが人工知能によって機械でも可能になり始めています。機械が人間の代わりになるかもしれないとなれば注目されないわけがありません。

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今では、金属・カーボン材料・スーパーエンプラ等の様々な素材を3Dプリンターで造形することが可能になってきました。失敗しない3Dプリンティングのためには、用途に応じて、造形物の形状はもちろんのこと、素材も適切なものを考慮する必要があります。金属用3Dプリンターの話をする前に、まずは主要な素材の大分類から見ていきましょう。

2種類以上の材料を組み合わせた複合材料のことをコンポジットと呼び、3Dプリンターの業界においては、主にプラスチックとファイバー（繊維）材を複合したFRP材（繊維強化プラスチック材）を指します。炭素繊維やガラス繊維、ケブラー繊維などを混ぜ込むことで繊維材が材料を強化し、プラスチック単体では実現できない高強度を実現します。コンポジットによる3Dプリント造形物は、プラスチックの加工の容易さや軽さを保ちつつ、金属にも劣らない強度を発揮します。

ただし、主材料がプラスチックなので、高熱や表面の摩擦に弱い点はプラスチックと同じです。その点を考慮した上できちんと活用すれば、プラスチックより強く、金属より軽く安いという、競争力の高い部品の製造が可能であり、すでに多くの産業分野で活用されています。

ユニポーラステッピングモータ

最も頻繁に使われる材料の一つは、プラスチック素材です。個人用・家庭用の3Dプリンターで扱える材料は、基本的にプラスチックに分類されるため、目にする機会は多いでしょう。多用される最大の理由は、加工が設備が簡便な点でしょう。プラスチック素材にはPLA・ナイロン・ABSなど多くの種類が存在しますが、ほとんどが加熱で柔らかくなる熱可塑性を持っていたり、光によって硬化する光硬化樹脂です。また、他の素材と比較して安価なものが多いです。

一方で、加熱で柔らかくなるという特性は、耐熱性の観点からすれば弱みでもあり、高温環境で使用する場合には注意が必要です。工業用パーツとしては使いづらくもあります。スーパーエンジニアリングプラスチックと呼ばれるような、耐久・耐熱・耐薬品性に優れたプラスチック素材も存在しますが、取り扱い可能な3Dプリンターは相応に高価です。

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3つ目の大分類として、本記事のメイントピックである金属素材について紹介します。一般的に金属は、プラスチックより高い耐熱性と、高強度・高剛性、さらに耐薬品性や電気伝導性を持つ材料です。この特徴から、金属3Dプリンターはより厳しい条件下で活用することができます。

その一方で、金属はプラスチックより安定性が高く、変形させるのに手間がかかるため、加工には大掛かりな設備が要求されます。素材や造形物に重量があるほか、電機や換気の設備が工業水準で求められ、3Dプリンター機器そのものだけではなく、設備側も一定以上の規模が必要になります。管理が必要な薬品を使用する場合もあり、プラスチック材料対象の3Dプリンターほど気軽に導入はできません。

しかし、3Dプリンターを用いる効果は多数あるため、やみくもに導入するのではなく、効果的な場面を見極め、適切な場面で運用するのが望ましいです。詳細は以下でご紹介していきます。

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3Dプリント（積層法）と切削加工の違い、そして3Dプリンターならではのメリットをご紹介しましたが、ここからは実際に3Dプリンターの造形方法が有効なケースをご紹介します。

以下のような造形をお考えの方は、3Dプリンターを導入すると、作業効率がグッと向上する可能性があります。

切削加工で使用する切削機は、中が空洞になっている構造や、造形物の内部にさらに造形物があるといった複雑な形状の加工ができません。

また、先ほども少し触れましたが、刃物が入りにくい形状の物も加工が困難です。

一方、3Dプリンターであれば、こうした複雑な造形も容易に行うことができます。

難なく加工を行うことができるどころか、中空構造であれば、ラフィメントを重ねなければいけない面積が少なく、造形時間の短縮にもなりますし、材料コストの圧縮などにも繋がるため、中空モデルの造形は3Dプリンターがおすすめです。

3Dプリンターの中には透明樹脂を高精度で造形できるものもあります。

特に、透明樹脂の中にさらに造形物が入っているスケルトンの模型などは、3Dプリンターの得意分野。

また、3Dプリンターによるスケルトンの造形物は医療分野でも注目されており、血管を忠実に再現して手術のトレーニングを行うといった用途でも活躍しています。

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3Dプリンターを導入する際に役立つ、造形方式や抑えるべきポイントの情報をまとめてみました！

初めての方も、2台目以降を検討している方も、こちらを読んでぜひ3Dプリンター選びの参考にしてみてください。

3Dプリンターを導入する際に抑えておくべき点は、3Dプリンターの利用目的にあった「造形方式」と「使える材質」、「精度」、

「造形サイズ」になります。

3Dプリンターの主な5つの造形方式とは？

3Dプリンターの造形方式は大きく分けて、「熱溶解積層方式（FDM法）」、「光造形方式（SLA/LFS法）」、「粉末焼結方式（SLS法）」、「インクジェット方式」、「粉末積層方式」の5つがあり、造形方式によって使える材料が異なります。

各造形方式をクリックすると詳細の説明にジャンプします。

よく3Dプリンターの精度を表現するために、積層ピッチ(1層で何mmずつ積層するかという値)が使われますが、実は積層ピッチは指標の一つでしかありません。

積層ピッチが細かいほど、緩やかな斜面の積層痕は目立たなくなるので、一見精度は良くなっているように感じます。

しかし、各層のXY方向の位置決めがずれていると、いくら積層ピッチが細かくても、各層でズレが生じてしまいます。

積層ピッチが細かくなるほど3Dプリンターによる造形時間はかかりますので、造形したいものが何なのかによって最適な設定をすることが必要になります。

3Dプリンターの造形サイズも何を造形するかによって最適な選択は変わってきます。

造形サイズが大きくなるほど、材料によっては熱応力による歪み、反りなどが発生します。場合によっては、大きいものでも分割して造形したほうが良かったり、造形サイズが足りない場合でも、斜めに配置することで造形できたりします。

また、材質によっては大きいものを造形する際に、材料費が高額になる場合もあります。

例えば繰り返しの試作をスピーディーに行う目的で導入されても、1個造形するのに材料費が数万円レベルでかかれば、気軽に造形できなくなってしまいます。

一方、材料費が数万円かかっても、1品もののクオリティの高い試作品を作ることが目的であれば、それは正しい3Dプリンター選びができていることになります。

3Dプリンターを購入した後のメンテナンスやサポート体制なども導入前にしっかり調べておくことが重要です。メーカーによってサポート体制が全くない場合もあります。その際にはトラブルシューティングをユーザーですることになり、実際の設計業務とは関係のない作業に時間を取られてしまう場合もあります。

安価なものでも、きちんとサポートが受けられる機種を選定することも場合によっては必要かもしれません。

全く3Dプリンターを使ったことが無い方は、まずは手頃な価格の評判良い機種を買って、使い倒すことをおすすめします。

そして、3Dプリンターがどういうものか分かったら、より良い機種へだんだんとグレードアップさせて制作に役立ててみてください。

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3Dプリンターの素材と言えば、ABS樹脂とPLA樹脂が最も一般的でしたが、耐候性の強いASA樹脂、耐熱・耐薬品性の強いPP樹脂、エンジニアリングプラスチックのPC樹脂やナイロン樹脂、そのほか、アクリル樹脂、PETG、熱可塑性ポリウレタン、金属なども3Dプリンターで造形できるようになっています。

ここからは、主な3Dプリンター用素材をご紹介していきましょう。

パウダーベッド方式

ABS樹脂とは、アクリロニトリル（A)、ブタジエン（B）、スチレン（S）の三つの有機化合物を結合した熱可塑性樹脂です。最も汎用性の高いプラスチックで、さまざまな製品に使用されています。

ABS樹脂のメリットは、耐衝撃性や耐熱性、耐薬品性に優れていること。また塗装や研磨といった、造形後の加工がしやすいです。

デメリットは、耐候性に弱く、太陽光が当たるところで長時間使用すると強度が低下したり、湿気で反り返ってしまったりすること。安定性が低く冷やすと収縮して反り返りやすいため、特に大きい造形物は造形不良が起こりやすくなります。

PLA樹脂は、トウモロコシやジャガイモなどのデンプンを使用した植物由来の熱可塑性樹脂。石油由来のABS樹脂の代替素材として開発された、エコなプラスチックです。

PLA樹脂のメリットは、ABS樹脂よりも安定性が高く、冷やしても収縮や反り返りが起こりにくいこと。大きい造形物の製作にも向いています。

また樹脂が溶けた嫌な臭いがしないのも、嬉しいポイントです。

デメリットは、表面は硬くて丈夫なのですが、耐衝撃性や耐熱性が弱いこと。塗装や研磨などの、造形後の加工が難しいです。

ASA樹脂は、ABS樹脂のブタジエンを、アクリレートに置き換えた熱可塑性樹脂です。基本的に、ABS樹脂と特性は同じなのですが、耐候性が高く、屋外で使用しても劣化しにくいというメリットがあります。

PP樹脂は、熱可塑性樹脂で、よく耐熱容器などに使用されているプラスチックです。

PP樹脂のメリットは、耐熱性や耐衝撃性、耐薬品性に優れていて、さらに軽いこと。

冷やした時の収縮率が高いため、熱溶解積層方式（FDM方式）での造形は難しいと言われており、主に粉末焼結方式（SLS方式）で使用されてきましたが、最近は、熱溶解積層方式（FDM方式）向けのPP樹脂フィラメントも登場しています。

PETは、ペットボトルの素材として使用されている熱可塑性樹脂です。

PETのメリットは、強度や耐久性、耐熱性に優れていること。透明性のある素材ですが、3Dプリンターで造形するとペットボトルほど透明なものは出来上がりませんので注意してください。

PETGは、PETの強化素材で、PET以上の透明性と、ABS樹脂と同じレベルの強度や耐久性、耐熱性、さらにPLA樹脂レベルの安定性を持つ優れた素材です。

エポキシ系樹脂は、熱を加えると硬化する、熱硬化性の液体樹脂です。

エポキシ系樹脂のメリットは、安定性と耐薬品性に優れていること。

エポキシ系樹脂で一般的な素材は、ABSライクとPPライク。どちらも紫外線で硬化する液体樹脂で、光造形方式（SLA方式／DLP方式）で使用されます。

それぞれ、ABS樹脂とPP樹脂に似た性質を持っていますが、ABSライクは、ABS樹脂よりもやや強度が劣るため、ABS樹脂の代替としての使用にはあまり向きません。

アクリル樹脂は、透明度の高い熱可塑性樹脂です。

アクリル樹脂のメリットは、耐衝撃性と耐候性に優れていること。そのため建材や車両によく使用されています。

デメリットは、PET／PETGと同じように、3Dプリンターでは高い透明性を再現できないこと。また、表面に傷がつきやすいです。

PC樹脂は、熱可塑性樹脂で、特に強度や耐熱性などに優れ、主に工業製品に使用される「エンジニアリングプラスチック」です。

PC樹脂のメリットは、プラスチック素材の中でも最高レベルの強度。また耐熱性や耐衝撃性、耐候性も高く、さらに軽いことです。

屋外での使用もでき、また研磨すると美しい光沢を放って高級に見えます。

デメリットは、高温多湿の環境に弱いこと。対応機種があまり多くないことも挙げられます。

ナイロン樹脂もエンジニアリングプラスチックです。アパレル製品や自動車のパーツなどに使用されています。

ナイロン樹脂のメリットは、耐衝撃性や耐熱性、耐薬品性に優れた柔軟性のある素材であること。

デメリットは、粉末焼結方式（SLS方式）では一般的に使用される素材ですが、熱溶解積層方式（FDM方式）での造形は難しく、対応機種が限られていること。

またデメリットではありませんが、素材の特徴として、表面が少しざらついています。

熱可塑性ポリウレタンとは、ゴムやエラストマーのことです。食品業界や医療業界でよく使われています。

熱可塑性ポリウレタンのメリットは、耐熱性、柔軟性に優れていること。また厚みを調整することによって、硬さを調整できるほか、着色もできます。

デメリットは、安定性が低く、対応機種が限られていることです。

石膏は、バインダージェット方式でのみ使用できる粉末材料です。主に模型やフィギュアなどの、デザイン確認に使用されています。

石膏のメリットは、材料費が安く、造形にかかる時間が短いこと。また着色がしやすいです。

デメリットは、耐久性が低く、とても脆いこと。また粉末素材のため、造形後の粉末除去、健康被害や事故を防ぐための粉じん対策が必要で、意外と手間がかかることも挙げられます。

金属3Dプリンターにはいくつかタイプがあり、機種によって、鉄、銅、ニッケル、チタン、シルバー、ステンレス、アルミニウムなど、さまざまな金属素材を使用することができます。

金属素材は、主に最終製品の製造に使用され、自動車や航空機、医療パーツなど、さまざまな用途で使用されています。

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