金属3Dプリンターはチタンやニッケル合金、アルミニウム、ステンレスなどさまざまな種類の金属を使用できるため、材質別の特徴や金属3Dプリンターで造形した場合の強度を紹介します。
なお、各材質の引張強度（引っ張ったときに切れる強さ）・耐力（物質に0.2％の永久的変形が残るときにかかった力）・伸びの数値は、パウダーベッド方式（レーザー）の金属3Dプリンターで作製した使用した場合をもとにしています。
チタン合金 Ti-6Al-4V
チタン合金 Ti-6Al-4Vは軽量で強度が強く、錆びにくい特徴があります。さらに、熱伝導率も小さく非磁性であることから、航空宇宙分野や医療分野に多く使用される金属です。引張強度は1,210MPa、耐力は1,130MPa、伸びは10.4％とされています。
純チタン Grade-2
純チタンGrade-2は、中程度の強度と高い延性を持つ金属です。幅広い用途で使用され、例えば、航空機体などのエンジン部材や化学工業用機器、医療機器の一部などに使われています。引張強度は290MPa以上、耐力は180MPa以上、伸びは20％以上とされています。
ニッケル基合金 インコネル718
ニッケル基合金のインコネル718は、ニッケルを主体にクロムや鉄、炭素などを加えたニッケル合金です。高温強度と耐食性に優れ、航空機やガスタービン、ロケットエンジン部品、人工衛星部品などに使用されています。引張強度は1,250MPa、耐力は1,000MPa、伸びは12％です。
ニッケル基合金 インコネル625
ニッケル基合金のインコネル625は、ニッケルを主体にクロムやモリブデン、ニオブなどを加えたニッケル合金です。上記のニッケル基合金 インコネル718と同様に高温強度や耐食性が高く、航空宇宙分野のエンジン部品などに使用されることが多いでしょう。引張強度は920MPa、耐力は640MPa、伸びは20％です。
ステンレス鋼 SUS316L
ステンレス鋼のSUS316Lは、代表的なステンレス材であるSUS304のニッケル含有量を増やしてモリブデンを添加した鋼種です。耐食性が高く延性・靱性にも優れているため、さまざまな分野で使用されているのが特徴の一つでしょう。例えば、航空宇宙分野の熱交換器や、機械部品のマニホールドやノズル、さらには宝飾品の部品などにも使用されています。引張強度は570 MPa、耐力は470MPa、伸びは15％です。
マルエージング鋼
マルエージング鋼は高い強度と優れた靱性を持ち、工具やプラスチック射出成形金型、アルミダイカスト金型、鍛造金型などに使用されています。引張強度は1,930MPa、耐力は1,867MPa、伸びは5％です。
アルミ合金 Al-10Si-Mg
アルミ合金 Al-10Si-Mgはシリコン系のアルミ合金で、強度や硬度が高いことが特徴です。使用する用途としては、熱交換器・ヒートシンクやブレーキキャリパ、ブラケットなどが挙げられるでしょう。引張強度は360～390MPa、耐力は210～220MPa、伸びは6～8％です。
コバルト基合金 CoCr
コバルト基合金 CoCrは、コバルトやクロムなどのレアメタルを使った合金です。疲労強度が高く、高温・高圧にも耐えられるため、エンジンコンポーネントや電力のガスタービン、人工関節インプラントなどに使用されています。引張強度は1,050MPa以上、耐力は905MPa以上です。
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3Dプリンター用のデータを作成するには以下の4つの方法があります。
①3DCADソフトを使用する
➁3DCGソフトを使用する
③3Dスキャナーを用いて実物をスキャンする
④3Dデータをダウンロードする
ここでは、3Dプリンター用のデータを自作する①と➁の方法についてご紹介します。
3DCADソフトを用いたデータ作成
3Dプリンター用のデータを自作する際に最も活用されているのが3DCADソフトを用いたモデリングです。
3DCADソフトは「ワイヤーフレーム」「サーフェス」「ソリッド」の3つがあります。
ワイヤーフレームは点と線を使って表現したもの。データ容量が小さく、表示速度が速いのが特徴です。
モデリング作業を円滑に進めるために、ソリッドモデルをワイヤーフレーム表示にすることもあります。
サーフェスは点と線を使った表現に面での表現が加わった体積を持たない立体。面には厚みがなく、質量を持っていません。また、閉じた形状をモデリングしたとしても、中身は空洞で、空箱のような状態です。
一方で、ソリッドは点と線、そして面で表現された体積を持つ立体で、中身が詰まった閉じた状態です。そのため、体積・重心・重量の計算ができます。現在、販売されている機械系3D-CADは主にソリッドモデルを使用します。
3DCGソフトを用いたデータ作成
3DCGソフトを用いたデータ作成は「ポリゴンモデリング」と「スカルプトモデリング」の2種類があります。
ポリゴンモデリングはポリゴンと呼ばれる多角形を多数組み合わせて立体物を作成していきます。
対して、スカルプト(彫刻する)モデリングは彫刻を施すような感覚で直感的にモデリングを作成する方法です。
主に、この2種類の方法を使って、データを作成することができます。
3DCAD,3DCGソフトを用いてデータを作成した上で、その後、3Dプリンターで出力をするまでどのような手順で作業を進めていけばいいのか、ここから詳しく解説します。
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ノズルが詰まった場合の対処法は？
ここではFLASHFORGEで取り扱っている3Dプリンターを例にして、ノズルが詰まったときの対処法をご紹介します。
ノズルが詰まっている主な原因は、ゴミが入っているか、またはフィラメントがエクストルーダーに引っかかっているかです。
ゴミが入っている場合は、ノズルの温度を250℃まで上げたあと、少し力を入れてフィラメントをエクストルーダーの中へ押し込みます。フィラメントで押し出せない場合は、詰まり除去用ピンツールを使用して押し出してみてください。これらの方法で解決しない場合は、ノズルを交換する必要があります。
エクストルーダーが原因の場合は、付属の六角レンチで詰まっている方のファン及びモーターを分解して、ブラシなどで樹脂を挟む歯車を掃除します。
フィラメントが上手く交換できない
フィラメントを交換する際は、始めにヘッドを加熱してから、既に刺さっているフィラメントをゆっくり引き抜きます。ヘッドの加熱は、機器で推奨されている温度や機能を用いて行うようにしてください。また、急いでフィラメントを引き抜こうとすると、ヘッドの中にフィラメントが残り、詰まってしまう場合があるので注意しましょう。
既存のフィラメントを抜き終えたら、新しいフィラメントを挿入します。溶けた樹脂がノズルから出てくるまで、フィラメントをゆっくりと吸入口およびホイールに挿入し、ローディング機構を動作させます。正しく挿入できていれば、ロード中にフィラメントがヘッド内に引き込まれる感覚があるかと思います。
フィラメントを挿入する際も、力を入れすぎると中でフィラメントが折れてしまう場合があるので注意してください。また、上手くフィラメントがローディングされない場合は、フィラメントの先端が溶解してしまい、ローディング機構に噛み込んでいない可能性があるので、カッターなどでフィラメントが通常の太さになる所でカットしてから、再度挿入してみてください。
樹脂がプラットフォームから剥がれる、または反りが発生する
熱溶解積層方式の3Dプリンターで作る造形物は、高温で樹脂を溶解してから冷却を行い、固形化するため、反りが発生する場合があります。また、造形物の反りでプラットフォームから剥がれてしまうこともあるでしょう。
上記の問題が発生する場合は、以下の方法を試してみてください。
プラットフォームを加熱して、プラットフォームと造形物の間の接着力を高める。
3Dデータをスライスする際、モデルにラフトを追加する。
反りに強いフィラメントを使用する。
プラットフォームに固形接着剤やビルドシートを使用し、接着力を高める。
FLASHFORGEの3Dプリンターに適した固形接着剤やビルドシートは、弊社のオンラインストアからお買い求め頂けますので、ぜひチェックしてみてください。
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光造形3Dプリンターでジュエリー作りをしたい方は、慎重に機種選びをしてください。その理由は、どの機種を選ぶかで、ものづくりの成否が決まるからです。
ジュエリーの精度が悪かったり、操作方法が分からずに機種が使いこなせなかったりという失敗を防ぐため、光造形3Dプリンターの選び方について把握しておきましょう。
1.造形精度
高品質なジュエリーを作るために、光造形3Dプリンターの造形精度を確認しましょう。微細で滑らかな高品質のジュエリーを作れなければ商品化はできません。自分で身に付けるジュエリーでも満足しにくいでしょう。
このような失敗を防止するために、細かい積層ピッチ（造形を積み上げていく間隔）による造形ができる光造形3Dプリンターを選んでください。
2.造形スピード
ジュエリー作りでビジネス展開を検討している方は、光造形3Dプリンターの造形スピードを確認しましょう。印刷時間を短縮して造形スピードを上げれば大量生産ができます。
具体的に説明すると、造形スピード30mm/sと150/mmの製品を比較すると印刷速度は3倍程度変わってくるため、リードタイムの短縮を実現したい方は造形スピードで機種を比較してみてください。
3.操作性
光造形3Dプリンター購入で失敗したくない方は、機種の操作性を確かめてみましょう。操作性の優れた3Dプリンターを購入すれば、造形段階の便利さが格段に上がります。具体的に説明すると、完全日本語対応のソフトウェアが付いている機種や印刷前の設定が簡単にできる機種がおすすめです。
また、Wi-Fiや無線LAN、USBメモリで3Dデータを機種に転送できる機種を選べば、PCに不具合が出た場合でも3Dプリンターだけでジュエリー作りが楽しめます。そのため、3Dデータの転送方法も確認しておくことをおすすめします。
4.メンテナンス性
光造形3Dプリンターを安心・安全に使用するために機種のメンテナンス性を確認しておきましょう。その理由は、光造形3Dプリンターは精密機器であるため、精度の高いジュエリーを作り続けたい場合は定期的なメンテナンスをする必要があるからです。
レジントレイが取りやすく掃除が行いやすい光造形3Dプリンターをおすすめします。また、トラブルが起きた際を見据えて取り扱い説明書がある製品やサポート体制が優れた製品を選ぶと安心です。
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生産性の向上
お掃除ロボットを利用する上で一番のメリットとも言えるのが生産性の向上です。清掃業務が軽減されることで従業員が本業に従事する時間が増える、あるいは専念することができるようになります。従業員の勤務時間の短縮にもつながり、働き方改革の推進や業務の効率化といった面でも効果が期待できます。
また、物理的な負担が減ることで従業員の満足度の向上や退職率の低下、人手不足の解消にも有効です。
清掃の”ムラ”の解消
お掃除ロボット利用のメリットの2つ目として、お掃除ロボットの清掃能力の高さを挙げることができます。人間が清掃を行う場合、清掃のムラが生じ、ホコリなどが取り切れず床面に残ってしまうことがあります。さらに、ホコリは歩行時などに舞い上がり、空気中に漂ってしまいます。
その点、清掃の品質が安定しているお掃除ロボットではムラが生じにくく、ホコリの舞い上がりを極力避けながら、人の手では取りきれない小さなゴミも集めることができます。
経費の削減
お掃除ロボット利用のメリットの3つ目は、人件費と比べてコストがかかりにくいことです。社内における清掃のための人員確保は社員の業務負担増につながる一方、専門業者に委託するとなると、コストがかかります。特に早朝や深夜の場合には、コストが割増になることも少なくありません。さらに、セキュリティへの配慮も必要です。
その点、お掃除ロボットは昼夜問わず一定のコストで清掃ができます。また、人間と違って連続した稼働が可能なため、清掃を効率化でき、セキュリティ面の配慮も少なく済みます。
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