3Dプリンター利用ガイド: 本格検討編

3Dプリンター用語リサーチイメージ

3Dプリンター 用語集

3Dプリンティングによる試作を始めたばかりの初心者の方のために、3Dプリンティングや試作段階でよく出てくる用語を集めました。不明な用語があったとき、ぜひご活用ください。

造形方式

用語 意味
熱溶解積層法(FDM) 熱溶解方式、材料押出堆積法ともよばれる。熱を加えると柔らかくなる性質を持った樹脂を温め、ノズルの先から押し出しながら積層していく方式。樹脂部品として多く使用されているABSが使えることが利点。一方でピッチや解像度の制限が大きく、精度の高い部品を作るのは難しいことがある。熱可塑性樹脂を用いて行われるものが多いが、金属で造形できるものもある。機種として比較的安価なものに多い方式。幅の広い材料を取り扱うことができるが、精度に限界がある。
光造形法(SLT) 液槽光重合法ともよばれる。UV硬化性樹脂の液体にレーザーを照射し、断面データを1層ずつ造形していく方式。透明性の高い樹脂が使用できる他、比較的精度の高い造形が可能。一方で造形物が日光などにより劣化しやすく、長期使用には向かない。
粉末固着積層法 結合剤噴射法ともよばれる。石膏や樹脂の粉末を敷き詰めたところにバインダと呼ばれる接着剤を噴射して固着させて造形する方式。バインダには水溶性の接着剤を利用する他、UV硬化樹脂を使用する。サポート材を必要としないことや、着色が可能などの利点がある。
粉末焼結法(SLS) レーザー焼結、また粉末床溶解結合法ともよばれる。敷き詰めた材料の粉末にレザーを照射して融点より低い温度まで加熱し、焼結させて造形する方法。ナイロン、金属、セラミックなど幅広い材料の造形が可能という利点がある。また細かい造形には向かず、後処理などに時間がかかることがある。
インクジェット法 インクジェット紫外線硬化型積層造形、また材料噴射法ともよばれる。液体状の光硬化性樹脂を使用し、樹脂をインクジェットプリンタヘッドから射出した後、紫外線で硬化させながら積層する。細かい造形が可能という利があるが、造形物が光によって劣化することや、水でサポート材を処理できるものの場合、排水を廃棄物として処理する必要がある。
DMT DMTは、Direct Metal Toolingの略。レーザーを利用して金属を積層する方式。指向エネルギー堆積法ともよばれる。レーザーで造形物の表面を部分的に溶かし、そこに金属の粉末を噴射して焼結する。SLSに比べて造形スピードが速いことや、一般的な工業用金属材料が使用できるなどの利点がある。
LOM LOMは、Laminated Object Manufacturingの略。 シート積層法ともよばれる。シート状の材料を積層して造形する方式。接着剤付きのポリ塩化ビニルのシートを加熱ローラーで加圧しながら1つ下の層と接着し、レーザーでシートをカットすることを繰り返しながら造形する。カットされたシートがサポート材の役割を果たすため、サポートが必要ない。
面露光 光造形の一種。レーザーにより点でUVを照射するのではなくプロジェクターを使用して断面データの形状でUVを照射する。面で露光するためレーザーに比べて造形速度が速いという利点がある。
複合装置(ハイブリッド装置) 3Dプリンターと切削加工機が一体になっている装置。金属3Dプリンターによる複雑な立体形状の成形と、精度を実現するための切削加工を1つの機械で加工することが可能。中空形状など従来の切削加工では不可能だった構造と、3Dプリンターでは実現が難しかった高い面粗度や精度の製品を1台で作ることが可能。

3Dプリンティング技術用語

積層ピッチ 造形するときの高さ方向(Z方向)の1段あたりの厚み。積層ピッチが大きければ層ごとの段差が目立ち、積層ピッチが小さければ段差が目立たず滑らかな仕上がりになる。
DPI 解像度ともよばれる。造形するときの縦、横方向(面方向)の細かさを1インチあたりのドット数で表す。解像度が大きければ細かい造形が可能になり、解像度が小さいと粗い形状となる。
造形エリア 3Dプリンターが造形を行う空間のこと。X×Y×Z(mm)で表現される。3Dプリンター内部で、ノズルなどの造形に必要な部位が稼働するスペース。当然ながら、この空間に入りきらない大きさのものを造形することはできない。
造形サイズ 3Dプリンターが造形を行うことができる製品のサイズ。造形サイズより大きなものを作る場合にはデータを分割して造形し、造形後に組み立てる。
モデル材 3Dプリンターの造形材料のこと。3Dプリンター出力品の使用用途に応じて選ぶ必要がある。また3Dプリンターの種類によって使用できる材料に決まりがあるため事前の確認が必要になる。
サポート材 3Dプリンターで造形する際に、造形物がバランスを崩して倒れたり、自重で変形したりしないように挿入する支え。造形時に同時に成形していくのが一般的である。最終的にサポート材は除去される。
造形スピード 3Dプリンターが造形を行う速さのこと。3Dプリンターの種類(造形方式)や機種によって大きく異なる。また造形するものの大きさや求める精度によっても変わってくる。
後処理 3Dプリンターで造形したものは、例えばサポートの除去や硬化させずに不要となった粉末の除去など、多くの処理を必要とする。この処理を後処理とよぶ。
UVランプ UVを照射するために使用するランプ。主にインクジェット式の3Dプリンターで、インクジェットヘッドから噴射されたUV硬化樹脂を硬化させるのに使う。
変形 何らかの要因によって本来あるべき形から変化してしまうこと。3Dプリンターの造形品の場合、出力時には高温だった造形品が冷える際に変形したり、造形後の樹脂が空気中の水分を吸ってしまうなどの理由で変形を起こすことがある。
バインダージェッティング 粉末固着式の別名。接着剤がバインダーとよばれるため、この名称が使われることもある。接着材を噴射するときにインクを混ぜることによって造形物を着色することも可能。
フィラメント 細長いワイヤー状に加工された3Dプリンターの材料。熱溶解方式(FDM)で使われる。フィラメントの材料は樹脂や金属などがある。リールに巻かれたものを3Dプリンターにセットして使用する。
造形ステージ 3Dプリンターの内部にあり、造形が行われる台になる部位。ビルドトレイともよばれる。3Dプリンターの機種により、1層積層されるごとに下降するものと、固定されていて稼働しないものがある。
エクストルーダ 熱溶解方式(FDM)3Dプリンターの部位の名称。モーターにより送り込まれたフィラメント(材料)を加熱して押し出す場所。
ノズル 3Dプリンターの部位の名称。熱溶解方式(FDM)3Dプリンターであれば溶けた材料が出てくる部位。粉末固着方式やインクジェット方式であれば、接着剤や光硬化性樹脂が出てくる部分。
ヘッド 3Dプリンターの部位の名称。ノズルやエクストルーダを含み、移動しながら造形を行う場所。2Dプリンターでいうところのプリンターヘッドの役割をもつ。
レップラップキット 自分で3Dプリンターを作ることができるキット。フレームや制御盤などを含む部品が梱包されており、HPなどの説明書を見ながら3Dプリンターを組み立てることができる。リーズナブルで構造がよく分かるため、家庭での趣味に向く。
マテリアル 3Dプリンターで造形する際の材料。3Dプリンタ-の方式によって使用できるマテリアルに違いがある他、目的や用途にあわせたマテリアルを選ぶ必要がある。
マテリアルジェッティング インクジェット式の別名。細かく精度の高い造形が可能でなめらかな表面を持つ造形物を得ることができる。
本来ならば材料が充填されているはずの製品の内部に、予期せぬ空洞が生じること。3Dプリンターにおいても発生することがある。強度不足などの原因になるため注意が必要。金属製の造形品の場合、X線などで内部の巣をチェックする。

3D系技術用語

3D CAD パソコン上で図面を描く機能が進化し、パソコン上で部品形状を3次元で表現したりできるようになったもの。CATIAやAuto CADなどのソフトが有名で製造業では幅広く使われている。ポリゴンデータは立体の面のみで表現されるのに対し、3D CAD データは立体の内部の容積も表現される。3D CADで作成したデータを元に3Dプリンターで造形を行うことができる。
3D CG パソコン上で作成された仮想の3次元形状。作成方法やソフトウェアによって、使用目的は非常に幅広い。3D CADと異なり寸法データを元にした図形というよりは、面の集合体として処理される。Blenaderやメタセコイアといったソフトが人気。製作ソフトによっては、作成されたデータを元に3Dプリンターで造形することが可能。
3Dスキャナー 立体物の形状を読み取り、3次元のデータにする装置。一定のピッチで座標として寸法を測定して3次元のデータに変換する。現存はするものの図面の失われた部品などを3Dスキャナーで測定し、3Dデータに変換し、それを3Dプリンターで出力して再現するケースなどもある。
リバースエンジニアリング 製品や部品を解析し、その製造方法や破壊に至った理由を調べたり、製造されたものが設計図通りにできているかを確認すること。一般的に製品は図面から製造、製品と進んでいくのに対し、逆の流れを行うため「リバース」とよばれる。
STLデータ 3D CADで製作されたデータのフォーマットの1つ。3Dプリンターの造形にも使用することができる。3D CADデータは寸法による数値を元にした滑らかな曲線(曲面)データが作られるが、STLデータはポリゴンデータであるため、曲面などは構成要素となる三角形の面を細かく連続させて表現される。主要な3D CADは全てこのフォーマットに対応している。
スライサーソフト 3D形状のSTLデータを、3Dプリンターで積層するモデルに変換するソフト。3D形状を「スライサー」のように積層する層ごとの形状に変換するため、スライサーとよばれる。
Gコード スライサーソフトで層状になったデータを元に、3Dプリンターを制御するために出力されるコード(指令)。例えば水平面になっている場所をどのようなルートで造形するか、材料の送り量とノズルのスピードなど、様々な制御がここに含まれる。
フロントエンドソフト フロントエンドソフトはコントロールソフト(制御ソフト)とも呼ばれています。STLソフトの読み込みからGコード生成までの処理を行います。MakerwareやReplicatorなどのソフトがよく知られています。
ラピッドツーリング(Rapid Tooling) 3Dプリンターを用いることで、治具や工具、金型といった「ツール」を従来よりも短い期間で(ラピッド)作ることです。試作の準備の時間を短縮できることや、滑らかな曲線をもつ治具を手軽に作りやすいという利点があります。
ラピッドプロトタイピング(Rapid Prototyping) 3Dプリンターを用いることで、従来よりも短い期間で(ラピッド)試作を行うことを意味します。試作品そのものを3Dプリンターで製作する方法の他、金型や治具などを3Dプリンターで作ることで試作全体の工期を短くする方法があります。
ラピッドマニュファクチュアリング(Rapid Manufacturing) 3Dプリンターを用いることで、従来よりも短い期間で(ラピッド)最終製品を製造することを意味します。型の製作期間をなくしたり、部品点数や工数を削減することで、従来より早い製品の製造を行います。
AM(Additive Manufacturing) 国外ではAdditive Manufacturing Technologyと呼ばれており、3Dプリンターの技術などを意味する。切削などの除去加工ではなく、素材を付加(Additive)していくことで製品を作っていく技術。

材料系

アクリル 透明性が高く、耐衝撃性に優れた樹脂。ガラスの代わりとして使われることも多い。一方で曲げなどには弱いため、可動部などに使用するには向かない。光造形(SLT)の材料に多く利用されている。
石膏 硫酸カルシウム(CaSO4)を主成分とする鉱物。防火性、遮音性に優れているため、ボード状にして住宅などの建材に使われることも多い。脆く壊れやすい性質がある。粉末固着方式の3Dプリンターで使用される。
ABS 熱可塑性プラスチックの一種で、家電製品など、身の回りのプラスチックとして非常に多く使われる素材。熱によって柔らかくなる性質(熱可塑性)を持っているため、一般的な製品としては金型を用いた射出成形で製造される。3Dプリンターでは熱溶解方式(FDM)で使用されることが多い。
ポリカーボネート 透明性が高く、耐衝撃性に優れた樹脂。アクリルに比べ透明性は下がるが、耐衝撃性が勝っている。水などを入れる容器やCD、DVDなどに使われる。3Dプリンターとしては熱溶解方式の材料として使われることもある。
ナイロン 合成繊維として広く知られている樹脂。耐衝撃性や耐薬品性に優れ、自己潤滑性があるためスベスベした手触りをしています。樹脂製の歯車などに多く使われる素材です。融点が高く、3Dプリンターでは粉末焼結方式の材料として使われます。
ポリプロピレン ペットボトルのキャップなどをはじめ、身の回りで幅広く使われている熱可塑性樹脂。耐熱性、耐薬品性に優れるため、容器として使われることも多い。プラゴミなどとして回収もされる。3Dプリンターでは粉末焼結式の材料として使われる。
ゴム 自動車のタイヤや自転車のグリップなど、幅広く使われる樹脂。柔らかく変形しやすいものの、元に戻ろうとする力も強く塑性変形を起こしにくい、高弾性な性質を持つ。3Dプリンターでは熱溶解方式の材料として使用することができる。
熱可塑性樹脂 加熱すると液体のように柔らかくなり、冷えると固まる性質を持った樹脂。一般的に利用されている樹脂製品には、この性質を持っているものが非常に多い。熱溶解方式の3Dプリンターは、この材料を使用している。
光硬化性樹脂 紫外線などの光に当てることにより化学変化を起こして硬化する性質を持っている樹脂。ハンドメイドで使われるUVレジンなども光硬化性樹脂の一種である。3Dプリンターでは光造形やインクジェット式の材料として使用される。

一般技術用語

切削加工 素材を切り落とすことで形状をつくる加工。旋盤やマシニングといった機械と刃物を用いて加工する。機械によって作れる形状が決まっている他、複雑な形状を作ろうとすると、高額な機械が必要になったり、多くの工程が必要になったりする。
プレス加工 金属の板を型で挟んで力を加えることで形を変える加工。曲げや絞りなど様々な形状を作ることができる。型のコストがかかるが、同じ形状を大量に作る加工に適している。
鋳造(ちゅうぞう) 融点以上に加熱し、溶かした金属(主に鉄、アルミ、銅、真鍮など)をアルミや砂でできた型に流し込んで形を作る加工。鋳造に用いられる型を、鋳型と呼ぶ。複雑な形状を大量生産するのに向いているが、形状に制約が多い。3Dプリンターで型を作るケースも増えてきている。
射出成形 熱すると柔らかくなる性質を持った樹脂を、金属の型の中に圧力をかけながら射出して成形する方法。プラスチック製品は一般的にこの方法で製作されている。型の製作に時間とコストがかかるため、少量多品種生産などの場合、3Dプリンターの方がコスト的に優れることがある。
塑性(そせい)加工 塑性とは力を加えたときに変形し、力を加えるのをやめた後もその形状を保つような変形をする性質で、金属の代表的な性質の1つでもある。これを利用した加工を塑性加工という。金属のプレス加工や鍛造などは塑性加工の代表的な加工方法である。
NC加工 NCとは(numerical control)数値制御を意味する。切削用工具の動作を座標による数値で定義し、工作機械を自動で動かすことをNC加工という。手動での工作と異なり、常に同じ座標での加工が可能であるため、歯車の切削のように同じ形状を大量に作る加工に向いている。
マシニングセンタ マシニングセンタとは、NC加工機の中でも自動工具交換機能をもったものを指す。機械の中に工具の格納庫があり、入力された加工手順に従い、自動で工具を交換しながら加工を行う。そのため、ドリルやフライス、ねじ切りなど、さまざまな加工を1つの機械で行うことができる。
注型 シリコンゴムなどを利用して簡易型を作る方法。同じ形のものを小ロットで複数必要とする場合などに向いている。3Dプリンターで製作したマスターをシリコンゴムでかたどりして型にするケースも多い。金型と異なり、型の強度が低く保圧がかけられないため、従来の樹脂特製が得られない場合がある。
治具 工作物が加工中に動かないように固定したり、人の手や工具がスムーズに動けるようにガイドしたり、動ける範囲を限定するなど、加工の補助となる装置。加工するものの形状や工程に合わせて柔軟な変更が求められる他、製品と異なり必要とされる数に限りがあるため、3Dプリンターが活躍しやすい分野の1つである。
精度 ばらつきを意味するが、対象によって意味が多少異なる。機器に関しては、同じ条件、同じ入力を与えて加工や測定を行った際のばらつきの大きさを意味する。精度の高い機械はばらつきが少なく、精度の低い機械はばらつきが大きい。製品や寸法に関する精度は、許容されるばらつきの大きさなどを意味する。
金型 金属で作られた型。金属などのプレス加工や樹脂の射出成形、アルミの鋳造などに使用される。強度が高いため、熱などの条件が厳しい繰り返しの加工に向く。しかし金型そのもののを用意するコストは高く、一定数以上の大量生産にしか向かないという性質がある。
筐体 製品のガワ、最も外側に出てくる外装を意味する。製品の小型化やデザイン性の追求により、筐体の設計は、より複雑で強度が要求されるようになっている。組み立て性やユーザーの手に馴染むかなどの確認のために3Dプリンターによる試作が行われることも多い。
抜き勾配 樹脂部品の射出成形や金属の鋳造を行う際、立壁に対して、型の合わせ面から奥に向かってつけられる勾配。抜き勾配がないと、製品を型から取り出すのが困難になる。勾配の大きさは製品や型の材質、立壁の深さなどによって変わる。3Dプリンターによる試作品で組み立て試験などを行う際には、抜き勾配まで再現できるといい。
アンダーカット 樹脂の射出成形や金属の鋳造において、型から製品が抜ける方向に対して、いわゆるオーバーハングのように引っかかる形状になっている部分。樹脂の射出成形の場合にはスライドと呼ばれる入れ子を挿入して対応することも可能だが、基本的にはアンダーカットを生じないように設計する必要がある。3Dプリンターであれば、そのような制約を受けずに設計することが可能。
中空構造 構造物の中が空洞になっている構造のこと。軽量化などのメリットがあり、積層によって形状を作っていく3Dプリンターの強みが活かされる構造でもある。切削や射出成形、鋳造のような従来の加工方法では中空構造にすることは非常に難しい。
基板 電気回路を伴う製品において、コンデンサーやチップなどの電気部品を1枚の板に集約した部品。基板に取り付けられる(実装される)部品は、求められる機能や構造により千差万別である。放熱や静電、電波ノイズなどの問題が生じることもある。
ロストワックス ロウ(ワックス)で作った原型を型材の中に入れ、型が固まった後に型ごと加熱して原型を解かして排出することで型を作る方法。複雑で精度の高い形状が作りやすい。アクセサリーの製作などに多く使われる方法。3Dプリンターで原型となるロウの製品を作ることも可能。
モックアップ 外観の形状のみを再現するために使われる、あまり精密さを求めない模型。外観デザインや、形状試作の段階で使用される。粘土や木材、仮型での射出成形などが多く使われてきたが、近年では3Dプリンターでモックアップを作成することも増えてきた。
マスターモデル 注型でシリコンゴムの型を作る際に使用する、型どり用のモデル。型を作るための原型であるため、1品または非常に少ない数しか生産されないことがほとんどである。そのため、マスターモデルの製作は3Dプリンターの強みが活かされる分野でもある。
CAE CAEとは「Computer Aided Engineering」の略。コンピューター上に作成したバーチャルな試作品を用いてシミュレーションを行い、設計を補助することを意味する。熱分布や応力による変形など様々な視点からのシミュレーションが可能で、実在の試作品を用いて試験するよりもコスト面ですぐれる。
CAM 3D CADなどにより、コンピューター上に作成されたバーチャルな製品を元に、NCで加工するためのプログラムを生成するソフト。ここで製作されたプログラムに従ってNCは稼働する。加工のシミュレーションができるソフトも存在している。
FEM解析 FEMとは「Finite Element Method」の略。日本語では有限要素解析と呼ばれる。曲面のような連続した形状を有限の小さな三角形の要素の集合体であると近似することによって、さまざまな解析を行う。応力集中などの解析などが多く行われている。
2D CAD 従来使われていた紙図面のような二次元の図面をコンピューターで作成することができるソフトウェア。近年では3Dデータでのやりとりも増えてきてはいるが、機械加工や測定、品質管理などの場面では今も2Dの図面は欠かすことができない。
3D切削機 イメージとしては3DプリンターとNC加工機との中間の機械になる。3D CADなどで製作された3Dの部品形状を元に、エンドミルなどの刃物を用いて対象物を切削加工する機械。ケミカルウッドやモデリングワックスなど、幅広い材料を加工できるという特長がある。
開発コード 製品の企画、開発段階において用いられる、仮の名称。製品の概要やコンセプトを練っているときや、それよりも以前に制定されることが多い。開発コードの付け方には、JISのような広く使われる決まりはなく、業界や企業により様々なルールがある。
塗装 塗料を用いて、製品や部品の表面に色やツヤ、文字やロゴなどを追加する加工。3Dプリンターで作成した製品に塗装を施して美しく見せることもある。また、塗装の際に使用する治具や、塗装の範囲を限定するカバーなどを3Dプリンターで作成するケースもある。
接着 2つ以上の部品や、パーツをつなぎ合わせる方法。乾燥や化学変化などで硬化する接着剤を、接着しようとする部位同士の間に塗布する方法が一般的である。樹脂製の3Dプリンター製品を接着によってつなぎ合わせ、大きな製品を作ることも可能である。
染色 塗装は部品の表面に色をつけるのに対し、染色は部品そのものに色をつけていく方法である。染色というとやはり繊維業をイメージすることも多いが。しかし粉末固着式の3Dプリンターなどでは、バインダーと共にインクを流し込んで素材を染色しながら造形する方法もある。
業務用 企業が企業に向けて製造販売する部品や製品のこと。B to B向け製品とも言われる。業種によって幅広い性能が要求される他、耐久性や精密さなど、一般向けの商品に比べて様々な機能が要求されることが多い。
コンシューマ向け 一般消費者の意味。家庭向けなどに出荷される機器を意味する。B to C 向け商品のこと。3Dプリンターの場合、業務用に比較して操作の難易度が低く、サイズも小さく、価格も低いものとなる。ローエンドの3D CADなどと併せることにより、家庭でも様々なものが出力できる。

その他周辺用語

サービスビューロ 商用の印刷や出力サービスを行う業者のこと。出力センターともよばれる。従来は商用で使用するものの印刷やDTPが主だったが、近年では3Dプリンターでの出力を行う業者もサービスビューロと呼ばれるようになった。3Dプリンターの場合、顧客から預かったデータを3D造形物として納品する。
製造物責任法 PL法ともよばれる。製品に欠陥があり、それにより利用者やその周辺に損害が発生した際に、その製品を製造した者に損害賠償責任が生じる法律。例えば自転車に乗っていたときに、自転車の欠陥により転倒、自転車に乗っていた人が怪我をした場合などに責任が問われること。
排出事業者責任 排出事業者責任とは、産業廃棄物の処理に対して、産業廃棄物を出した業者がその処理に対して負う責任のこと。3Dプリンターの場合、光造形で使用するUV硬化樹脂の液体や粉末造形で、硬化されなかった材料や、サポートを除去するのに使用する水や薬品、取り外したサポート材などが産業廃棄物に該当するため注意が必要である。
BIT ビット。実体のないバーチャルな世界のことを意味する。コンピューターではBITで情報が処理されることに由来する。3D CADや3D CGは、ビットの世界に作られた製品ともいうことができる。BITの反対語はATOM(アトム)で、現実世界を意味する。現実の物質が原子からできていることに由来する。
オープンソース オープン(公開)されたソース(プログラム)のこと。機械を操作するためのソースコードが無料で公開されており、利用者が自由に使用することができるようになっているもの。3Dプリンターの場合、レップラップキットを制御するソースなどにオープンソースのものがある。