イメージを形に~3Dプリンターで容器を作る~

イメージを形に~3Dプリンターで容器を作る~

3Dプリンターは、立体のモデルを簡単に作ることができる画期的な機械です。現在では、業務用に限らず家庭用の3Dプリンターが販売されるほど、その用途やプリンターの種類の幅が広がっています。これから、様々な種類が存在する3Dプリンターの種類ごとの特徴やコストについて紹介します。

そもそも3Dプリンターとは?

3DCAD(CADとはComputer Aided Designの略で設計支援ツールのこと)や3DCGなどのソフトウェアで作成された3次元のデータをもとに、材料を一層ずつ積み重ねることで立体モデルを製作する機械のことです。

現在では、工業用・業務用に限らず家庭用の3Dプリンターも販売されています。立体モデルの造形方法はいくつかあり、精度や用途・目的に合った適切な造形方式を選択する必要があります。

色々ある3Dプリンターの造形方式

3Dプリンターという言葉は知られるようになりましたが、その仕組みや種類を知っている人は少ないのではないでしょうか。ここでは、3Dプリンターの造形方式について紹介します。

3Dプリンターの造形方式一覧

3Dプリンターはどれも、層を積み重ねることで立体モデルを形づくりますが、造形方式には主に以下の5つの方式があります。

熱溶解積層方式

3Dプリンターでは最も主流の方式で、高温で溶かした熱可塑性の樹脂をノズルから出力しながら、一層ずつ重ねていくことで立体モデルを造形する方式。

粉末焼結方式

ナイロンや金属などの粉末の材料にレーザーを当てて焼結させる工程を一層ずつ繰り返すことで立体モデルを造形する方式。

粉末固着方式

材料となる石膏などの粉末を敷いた上に、ヘッドから接着剤を塗布し固める工程を一層ずつ繰り返すことで立体モデルを造形する方式。

インクジェット方式

インクジェットプリンターと同様の原理で、噴射した樹脂を紫外線で固めながら積層させ立体モデルを造形する方式。

光造形方式

最も歴史のある方式で、液状の樹脂に紫外線を当てることで硬化させる工程を一層ずつ繰り返すことで立体モデルを造形する方式。

容器作りに向いている造形方式は?

5つの造形方式の中から、容器作りに向いている3つの方式に限定して、メリット・デメリットを紹介します。

熱溶解積層方式

メリット

  • 10万円を切る3Dプリンターもあり、装置を比較的安価で購入可能
  • 材料の樹脂が他に比べて安価

デメリット

  • 積層の跡が残ってしまい、精度や仕上がりなど外観が綺麗ではない
  • サポート材が必要

インクジェット方式

メリット

  • 装置を比較的安価で購入可能
  • 造形のスピードが速い
  • 高精細な造形で、カラーも可能
  • ノズルが複数あれば素材を混ぜることが可能

デメリット

  • 稼働音が大きい
  • サポート材を造形物よりも多く使うため、その分のコストがかかる

光造形方式

メリット

  • 表面がなめらかで複雑な形状を製作可能
  • デザイン性の高いモデルを製作可能
  • 比較的透明度の高いモデルを製作可能

デメリット

  • 材料が熱可塑性の樹脂よりも高く、コストがかかる

プラシーズが容器試作に使う3Dプリンターは『光造形方式』

光造形方式の3Dプリンターでは、表面がなめらかで複雑な形状でも製作可能であり、細かい模様や柄を付けることができるので、デザイン性の高いモデルを製作することができます。

プラシーズでは、お客様から図面データ・デザインをいただきモデルを試作します。そのモデルが完成しましたら打ち合わせという流れで、お客様と一緒に製品を作り上げます。

容器の形状を変更したい場合、3Dプリンターであれば金型を修正する必要はなく、3DCADで3Dデータに変更を加えるだけで、容器の形状を変えてモデルを作成することができます。

3Dプリンターを使って容器を作る準備

3Dプリンターを使って容器を試作する際、プラシーズで準備しているものについて説明します。3Dプリンターの本体以外にどんなものが必要になるのでしょうか。

3Dプリンター

プラシーズでは、FormlabsのForm 2を使用しています。

3DCAD

プラシーズでは、SOLIDWORKS 3DCAD、PreFormを使用していて、PreFormはFormlabsの3Dプリンターの専用ソフトウェアです。

材料のレジン

価格は1kgあたりおよそ2万円程度です。

サポート材

光造形方式の3Dプリンターで容器を作る際は、形状を維持するためのサポートが必要で、サポート材も考慮して容器の設計を行います。

洗浄装置など

サポート材や表面に残ったレジンを洗い流すための洗浄装置や、造形したモデルを完全に硬化させ、形状が崩れないようにする機械が必要です。プラシーズでは、それぞれ「Form Wash」、「Porm Cure」を使用しています。

ゴム手袋

レジンは有害であるため、肌に触れないようにする必要があります。ゴム手袋以外にも、空気を吸いすぎないようにマスクが必要な他、近づきすぎないように注意も必要です。

3Dプリンターでの容器製作の流れ

必要なものの準備が完了したら容器の製作に移ります。3Dプリンターでどのように容器を製作していくのか。その流れを説明します。

3Dデータの送信

SOLIDWORKSで作成したモデル容器の3DデータをPreForm(専用のソフトウェア)に移動させます。Form 2と接続して、モデル容器の3Dデータを送ります。

3Dプリンティング

3Dプリンティング

3Dプリンターで造形していきます。大きさや形状によりますが、この造形はおよそ6時間掛かります。光造形方式では、このプリンティングのときに、製作中のモデルを支えるためのサポート材も同時にプリンティングされます。

仕上げ

3D容器試作の仕上げ工程1

3D容器試作の仕上げ工程2

造形が完了したら、しっかりとアルコールで洗浄をします。その後、モデルを支えるためのサポート材を取り除き、二次硬化させればモデルの完成です。不要なレジンの洗浄と二次硬化はおよそ2時間かかります。

3Dプリンターにかかるコスト

3Dプリンターを使用して容器を作るには当然お金がかかりますが、実際にどれほどのコストがかかるのでしょうか。ここでは平均的な初期費用と1回あたりの成形コストを造形方式ごとに紹介します。

熱溶解積層方式

初期費用 5万円~100万円(家庭用)
1回あたりの成形コスト 2000円~5000円

インクジェット方式

初期費用 100万円~4000万円(業務用)
1回あたりの成形コスト 5000円~1万円

光造形方式

初期費用 40万円~100万円(家庭用)
1回あたりの成形コスト 300円~5000円

まとめ

今までモデル容器を作る際は金型を製作し、変更が必要な場合は金型を修正する必要がありました。この方法では、時間もコストもかかってしまいます。

しかし、3Dプリンターを使用すれば誰でもすぐに試作が可能です。変更が必要になったときも、金型を使用する場合と異なり、簡単にデザインを変更することができます。

また、3Dプリンターの技術によって、外観形状やデザイン、特殊構造容器の検討をすることが可能になった他、3Dモデルの製作にかかる日数・費用を削減することも可能になりました。

私たちプラシーズは90年に及ぶ歴史があり、プラスチック容器の知識には自信があります。明確なデザインが決まっていない場合でも、容器の3Dモデルデザインから、容器の生産まで親身に寄り添い、お客様の理想の容器を作ることをお約束いたします。