3D プリンターはどのように機能するのか? 3Dプリンターの活用法！

3D プリントの世界は初めてですか? そうすれば、これからのドライブはあなたにとってとても楽しいものになるでしょう。

1980 年代の誕生以来、3D プリンティングは技術の急速な進化と、業界全体での幅広い応用の両面で大きな進歩を遂げてきました。 当初はプロトタイプを支援する積層造形として開発されました。 現在、3D プリンティングは、ツーリング補助具から機能プロトタイプに至るまで、産業分野や日常生活の最終部品として使用されています。

人気急上昇

ベースラインは常にコストです。 費用対効果が高く利用しやすいテクノロジーは、多くの新しい用途を見出し、より広範囲に普及しています。 この非常に高価なテクノロジーは長年にわたって多くの改良が加えられ、3D プリンターで使用されるモデルや材料のコストが効果的に下がりました。

機能面のバリエーションにより、バイオニック義肢、車の部品、子供のおもちゃなど、多くの分野で使用できるシンプルなテクノロジーになりました。 3D プリンターは今では実用的なツールとなっており、3D プリンターを使えばシェフ、発明家、彫刻家を目指すことができます。

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どのように機能するのでしょうか?

3D プリント プロセスは、固体の 3 次元オブジェクトを作成するために順次配置されるさまざまな材料層の蓄積として見ると、紙のプリントに似ています。 3D モデルを一度に 1 つのレイヤーで開発し、下から上に向かって作業を進めます。 同じ領域を繰り返し印刷することで、プリンターは 3D CAD 図面を多数の 2 次元の断面レイヤーに変換することで、時間をかけてモデルを構築します。 したがって、紙媒体を使わずに、インクの代わりにプラスチックを材料として使用し、多数の別々の 2D プリントを重ね合わせます。

基本的に、3D プリンターは小さなノズルを通して溶融プラスチックを絞り出します。ノズルは 3D 設計に基づいたコンピューター制御によって正確に誘導されます。 1 つのレイヤーを印刷し、乾燥するまで待ってから、その上に次のレイヤーを印刷すると、数時間以内に 3D モデルが得られます。

材料

3D プリンターは熱可塑性プラスチック、特に ABS を使用します。 レゴを考えてみましょう！ さて、これは丈夫な複合プラスチックであるアクリロニトリルと合成ゴムであるブタジエンスチレンを組み合わせたものです。 融点が 100°C (220°F) 以上で室温で固体であるため、3D プリントに最適な素材です。 それに、ABS顔料は本当に簡単です。

したがって、理論的には、適切な温度ですぐに硬化して固まるあらゆる溶融材料を使用できるということになります。 素材に関する特許はセラミック、粘土、パラジウム、紙、ゴム、銀、チタン、ワックスなど合計45件に及ぶ。

2011年、チョコレートの願望を3Dプリンターで溶かしたチョコレートが生命を生み出しました。

使用されている技術

ISO/ASTM 52900 規格によって認識されている 3D プリント プロセスには 7 つの異なるカテゴリがあります。 2015 年に開発された標準では、用語とプリンター分類の標準化が確立されています。 これら 7 つの 3D プリンティング プロセスにより、現在使用されている 11 種類の 3D プリンティング技術が開発されました。 これらは、バインダー ジェッティング、DLP、DMLS、DOD、EBM、FDM、マテリアル ジェッティング、MSLA、SLA、SLM、および SLS です。

さまざまなテクノロジーにはそれぞれ独自の設計ルールがあり、それらをサポートする最適な 3D プリント材料があります。 現在使用されている最も活発なテクノロジーは、溶融フィラメント製造 (FFF) または溶融堆積モデリング (FDM)、および光造形 (SLA) です。

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実用的な用途

2015 年までに、基本的な 3D プリンティング技術をカバーする多くの特許が期限切れになりました。 近年、新製品、新技術、柔軟な 3D プリンティング手法、コスト効率の高い機器が爆発的に増加し、世界中の産業に変革をもたらしています。

3D プリントは多くの分野で実用的なツールとなっています。 2020 年の新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) のパンデミックにより、3D プリンティング技術により機器の設計と製造が迅速に行われるようになりました。 3D プリントのアプリケーションは、計画段階、ツール開発、アーキテクト機能の設計に見ることができます。 多くの組織は、エンドツーエンドの設計プロセス全体をそれによって実行することを選択しています。

現在使用されている実際のアプリケーションの例は次のとおりです。

1. 教育

カリキュラムには、物理​​的な 3 次元の世界でアイデアやイメージを作成するための 3D プリンティング手法が組み込まれています。 高価なツールを必要とせず、より高速で安全な環境で設計とモデリングを行うことができます。 実際、STEM 教育は、低コストで迅速なプロトタイプを製造する 3D プリント ツールによって革命をもたらしました。 同様に、考古学、デザイン、地理学、医学を学ぶ学生も、これによってより良い視点を得ることができます。

2. 医療

義肢や組織、患者の統合を容易にする特殊な多孔質特性を備えた金属整形外科用インプラント、人工臓器のバイオプリンティングはすべて 3D プリンティング技術の貢献です。 3D プリントした組織の医薬品検査は、費用対効果が高く時間を節約できるだけでなく、医療検査手順における倫理的なステップでもあります。 実際、バインダージェッティング技術は、高用量用途向けの多孔質錠剤を製造しています。

3. 部品の製造

自動車業界は、他の業界と同様に、スペアパーツを製造する 3D プリント ツールから大きな恩恵を受けています。 生産が終了した部品を想像してみてください。代替部品は非常に簡単に設計および印刷できます。 現在、企業はより優れたカスタマイズ サービスを提供できるし、実際に提供しています。 シンプルな Web ベースのカスタマイズ ソフトウェアを使用してオブジェクトをカスタム設計し、結果として得られるアイテムを注文できます。 ユニークなモバイルケースや照明器具などを考えてみましょう。

4. 建設

印刷可能な 3D 住宅は、さまざまな現場に設置できるプレハブのプロトタイプです。 新たなコラボレーションとプリンター技術の進歩により、コストは徐々に低下しています。 コンクリートから革新的なコンクリート混合物への移行は、より優れた、より手頃な価格の製品の開発に役立っています。 建設用 3D プリンタには、極地機械からガントリー搭載プリンタ、移動ロボットまで、さまざまな種類があります。 3D プリント住宅は、特に悪天候の影響を受ける農村部での住宅危機の解決策となる可能性があります。

5. アートとデザイン

世界中のアーティストが 3D プリントにインスピレーションを受け、そのテクノロジーを活用して個性的でユニークな製品を生み出しています。 インテリア デザインや室内装飾からジュエリーや彫刻に至るまで、デザインの実験は費用対効果の高いプロセスになっています。 多くのアーティストが、声や歌のような視覚的ではない媒体や、絵画などの視覚障害者にとって無形の媒体に 3D バージョンをレンダリングしています。

6.個人的な使用

日常生活の中で、3D プリントされるものがますます増えています。 さまざまなサイズ、形、色の多くの家庭用品や道具を自宅でレンダリングできます。 3D プリンターを使用すると、交換部品を注文することなく自宅で印刷できます。 部屋の隅にぴったり合うスタンド、棚、ブラケットはどうでしょうか? コスプレ衣装、ファッション アクセサリー、またはおもちゃのデザインへの追加を考えて、新しいゲームを想像してください。

7. 食べ物

3D フード プリンティングは、単一の食用ペーストを 3D モデルとスライス ソフトウェアの命令によって決定される精密な形状にトレースすることに限定されています。 食品カートリッジとも呼ばれるフィラメント材料は、豆ペーストなどの食品ペースト、クッキー生地、ジャム、マッシュポテトからカシス、チョコレート、フォンダン、マジパン、パスタまで多岐にわたります。 レシピとテンプレートがあらかじめロードされています。 より大きな産業用途では、食品の食感、風味、栄養をカスタマイズすることもできるため、宇宙探査や医療などの分野で役立ちます。

3Dプリンターの登場により、新たな表現がアウトプットを実現しました。 独自の 3D プリンターを使用して、デザインの才能を磨き、実用性を高めるデザインを作成するときが来ました。

なぜ取得する必要があるのでしょうか?

3D プリンターの使いやすさにより、多くの人が抱く「なぜ自宅で 3D プリンターを使うのか」という疑問が徐々に薄れてきています。 趣味で活動している場合は、CAD ソフトウェアのスキルで付加価値を高める時期が来ています。 さらに良いことに、印刷可能なさまざまなデザインがオンラインで入手できるため、自宅から中小企業を立ち上げるアイデアを得ることができます。 パーソナライズされたギフトのオプションを考えてみましょう。

スペアパーツや交換品の印刷が容易なため、高価な配送や待機期間への依存が軽減されます。 アイテムにすばやくアクセスでき、独自のデザインの変更や修正を追加することもできます。 実際、あらゆる年齢層の子供にとって、学習とトレーニングの優れたツールでもあります。

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インスピレーションを得る

自宅やオフィスで毎日行っているすべてのことは、3D プリンターを使用すると簡単になる可能性があります。 たとえば、自宅の仕事机の近くでヘッドフォンを掛けるためのシンプルな壁掛けブラケットを探しているとします。 オンライン ショッピング ポータルを参照する必要はなく、インターネットから既製のデザインをダウンロードして印刷するだけです。 多くの家庭用品には、印刷可能なバージョンがオンラインで提供されています。

「3D プリンティングの実際的な使用法と専門的な応用例は、非常に刺激的です。 それはテクノロジーに精通した起業家だけのものではありません。 あなたの家とそこでの暮らし方を改善するための実用的な用途がたくさんあります。 自宅にある自分の 3D プリンターの用途を見つけることができます。」 – コニカミノルタの山名昭栄社長が最近のインタビューで述べたように。

3D プリンターの購入を検討している場合、オンライン コースを通じて 3D プリントを行うことが学習のステップとなる可能性があります。 オンライン動画も公開されているので、動画から学ぶこともできます。