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第23回目

第23回「積層造形(ラピッドプロトタイピング)」について

◆今回のテーマは、「積層造形(ラピッドプロトタイピング)」です。

「ラピッドプロトライピングとは」

ラピッドプロトタイピングとは、3次元CADデータから直接に立体の試作を数分から数時間で製造する技術のことです。
方法は、まず3次元データを一定の大きさで輪切りにスライスして、データを保存します。
そして、スライスしたデータを基に、順次積み重ねることで実際の立体を作成します。
近年、ラピッドプロトタイピングは機器の精度が上がってきており、モデルを積層するピッチが0.2mmまで可能となっておりますので、複雑な形状であってもモデル化することが可能となりました。
ただ、ラピッドプロトタイピングといっても種類は複数あり、作成方法も様々です。
そこで、代表的なものを下記に記します。

<ラピッドプロトライピングの種類>

●光造形法
  液状の光硬化樹脂に紫外線などを照射して三次元の形状を作成する方法。
  メリット → ・精度が高い。
・強度が強い。
  デメリット→ ・後処理が困難。
     
●粉末焼結法
  セラミックや金属粉末等を敷き詰めて、高出力なレーザー光線で作成したい三次元の形状のみ熱で焼結する方法。
  メリット → ・粉末材料であれば、何でも使用が可能。
・材料の粉がサポートの役割を果たす為、サポートは必要がない。
  デメリット→ ・若干精度が粗い。
・材料の粉が飛び散る為、後処理が困難。
     
●シート積層法
  紙などを、レーザやカッター等で必要な形に切り抜いて、これを積み重ねることで三次元の形状を作成する方法。
  メリット → ・材料が紙なので入手がしやすい。
・材料をシート状にさえできれば、金属でも作成可能。
  デメリット→ ・不要部分の切り離しや後処理が困難。
     
●インクジェット法
  インクジェットプリンタと同じ方法で、ヘッドから微小な樹脂や接着剤などを噴射や堆積しながら三次元の形状を作成していく方法。
  メリット → ・高速に試作を作ることができる。
  デメリット→ ・若干強度が弱い。
     
●溶融樹脂押出法
  加熱して溶かした熱可塑性樹脂を、細いノズルの先から糸状に出し、その樹脂を積み重ねて、三次元の形状を作成する方法。
  メリット → ・ABSやPCなど材料の種類が多い。
・後処理が容易
  デメリット→ ・若干精度が粗い。

<ラピッドプロトライピングの種類>
民間の企業であれば、複数の装置を置いているので、用途に応じた試作の作成が可能です。
溶融樹脂押出法であれば、公共の試験機関でも装置を設備されていますので、3次元データを持って行けば、簡単に試作を作ることが出来ます。
溶融樹脂押出法にて試作したものを添付します。
今回使用した樹脂はポリカーボネイドですが、ABSでも可能です。

 

 
 
 

今回使用した樹脂プロトタイピング装置の造形領域は、355(W)×406(D)×406(H)でした。
また、費用の計算方法は、機器使用料+(固定費×造形時間)ですので、数千円から数万円
程度です。
今回のモデルぐらいの大きさであれば、1時間程度で仕上がります。
ある程度の大きさがあれば、曲線も綺麗に仕上がりますが、今回のピンのように細すぎると若干精度が欠けますので、ヤスリで手直ししないと勘合することが出来ませんでした。

<ラピッドプロトライピングを使用した感想>
モデルが大きすぎたり、中身を詰めてモデルを作成すると、造形時間が長くなってしまい、費用がかさむので、製品の強度を見る目的ではなく、形を見たいだけであれば、中身を中空にすると良いと思います。
造形領域に限界はありますが、領域以内であれば、同じものを複数作ることも可能ですし、基本としたモデルに対して、少しずつモデルの形状を変えたものを同時に作ることも可能なので、短期間に複数のモデルを検討でき、実用的だと感じました。
また、元々3次元データを基に作成しているので、手直しが容易で、直ぐに変更や修正ができ、判断を早めることが出来ると思います。

<まとめ>
試作をメインとした民間企業のホームページを見ると、ギアといった部品はもちろんのこと、モデル同士を組み合わせて、完成品を作っているところもあり、技術が進んでいるので、モデルと量産品との違いが無いほどです。
ラピッドプロトタイピングは、モデルに対して要求される内容を全て網羅できているといっても過言ではなく、商品開発には必要不可欠になるのではないかと思われます。

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