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近年、研究開発や製造の分野では、業種の垣根を超えた幅広い業界で、3Dプリンターを活用したサンプル制作が日常的に行われています。これは、開発初期段階での試作の迅速化や、設計検証にかかるコスト削減など、さまざまなメリットが期待できるためです。ここでは3Dプリンターでサンプル制作を行う具体的なメリットや造形方式の種類、サンプル制作の事例などをご紹介します。
3Dプリンターでサンプル制作を行うメリットの筆頭に挙げられるのは、自社CADで作成した3Dデータを用いて造形化できるという点でしょう。とりわけ精密な寸法や造形を再現するにはCADデータの活用が不可欠ですので、この点は大きな利点となります。それこそミクロン単位での高精度再現も可能となります。
また、試作検討作業のスピード向上やコスト削減も見逃せません。3Dプリンターを活用したサンプル作成であれば、数週間以内に反復検証を行えます。さらに、サンプル作成のために本番用の材料を無駄に使用する必要がなくなるため、コスト削減にもつながります。
3Dプリンターにはいくつかの製造方式があり、サンプル制作において何を重視するかによって、選ぶべき造形方式も変わってきます。主な造形方式として、以下のようなものがあります。
こちらは人工衛星を宇宙に運ぶロケットの開発に勤しむインターステラテクノロジズ株式会社での事例。同社では製造したロケットの部品をどのように組み立てるかのシミュレーションにおいて、3Dプリンターで実寸大の部品模型を作成し、試行錯誤を繰り返しているとのこと。また作業に活用するオリジナル治具の試作にも3Dプリンターを活用しているとしています。
こちらは独立系工業デザイン事務所であるTSDESIGNの事例。同社では製品の試作だけでなく、販売用の小ロットこだわり部品の製造にも3Dプリンターを活用。一例としてカーボンファイバーを使用できる3Dプリンターを活用し、自転車のフレーム用スペーサーを製造。人間の体重が直接かかる強度が求められますが、カーボンファイバーの素材を活用できることで課題をクリアしていると紹介されています。
こちらは、かのマイクロソフトの先進プロトタイピングセンター (APC)での事例。同社はかねてより、試作品製造などに3Dプリンターを活用していたそうですが、ゲーム用コントローラーの試作に機械的堅牢性を維持できないという問題が発生。そこで強度に優れたToughONEという材料を使用できる3Dプリンターを新たに導入。ストップしかけていた開発を再開できたそうです。
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Q. サンプル制作では、見た目用と機能確認用を分けたほうがよいですか？
A.
分けたほうが方式と材料を選びやすくなります。
色や表面を見せるサンプルと、嵌合や荷重を試すサンプルでは優先条件が違います。依頼前に何を判断する試作品かを一文で決めてください。 外観確認なら色・表面・手に持った大きさ、機能確認なら嵌合・曲げ・操作感を判定項目にします。一つのサンプルで全項目を満たそうとせず、レビュー時に「この試作で判断しない性能」も共有します。
Q. 量産品と違う材料で作ったサンプルは、どこまで評価できますか？
A.
形状や組立性の確認には使えても、材料性能の評価には限界があります。
強度、耐熱性、薬品への耐性を判断する場合は、量産材料との物性差と造形方向の影響を確認し、必要に応じて別の工法で再試作してください。 例えば組付け手順は確認できても、量産材料の疲労寿命までは推定できません。差が問題になる性能を一覧にし、その性能だけ量産材に近い材料や別工法の試作で再確認します。
次は、量産材料でしか判断できない項目を抽出し、再試作が必要な範囲を決めます。
Q. 3Dデータがない場合もサンプル制作を依頼できますか？
A.
図面や現物からデータ作成を相談できる場合があります。
ただし採寸・モデリングの費用と時間が加わります。寸法が重要な箇所、許容差、用途を先に伝えると見積り条件をそろえやすくなります。 現物から起こす場合は、摩耗部分を基準寸法として扱わないよう注意します。見積り前に写真、外形寸法、接続相手、再現したい面を渡し、データ作成と造形の費用を分けてもらいます。
外注待ちの長さ、ブレによるスピードの上げづらさ、大型・耐熱部品の作りにくさは、現場の生産性を下げます。 産業用（業務用）3Dプリンターを選ぶ際には、各課題解決に適した機能特徴を持つ製品を選ぶようにするとよいでしょう。ここでは、主な製造現場の課題別に、おすすめの製品を紹介します。
