光造形 3D プリンターのビジネス戦略
熊澤 英明(Hideaki Kumazawa)

1 光造形から光造形から始から始まった３まった３D プリンター
３D プリンターの起源である光造形法は、 た。それぞれの方法には一長一短があり、１９８０年初頭に日本、米国でほぼ同時に出来上がる造形物の特性やコストパフォー発明され誕生した。光造形法とは、まず造マンスを考慮して使い分けがなされている形したい立体モデルの３次元 CAD データをようである。表 1 には代表的な光造形、Ｆ元にして水平にスライスした輪切りデータ

ＤＭ，粉末焼結により試験片を造形し特性を作成し、この輪切りデータに従ってバスを測定した結果を示した。

タブ状の容器に満たした液状の光硬化樹脂

初期の特許が消滅するなど特許の制約が表面のモデルとなる部分にレーザーを走査無くなってきたことをきっかけとして、産させ、表層の一層分だけ硬化させる。次に業用の普及価格帯や家庭用に安価な FDM 法

その固化した厚み分だけ液中に沈め、表層の３D プリンターが多くの企業から発売さを二層目として同様に硬化させる。このよれ活況を呈している。FDM 法は装置が安価うに次々と積層固着させながら立体モデルに製造できるため広く普及し始めているが、を造形する方法である。

表面外観が劣り寸法精度も甘いことから、光造形法による３D プリンターは、複雑な形状の工業製品の試作モデルが迅速に造形嵌合が必要となる工業製品や人の目に触れる部分への適用は難しいとみられる。

できる方法として１９９０年頃から普及を樹脂や金属の粉末をレーザーで溶かしな始め、２０００年代前半には導入のピーク

がら焼結し、積層していく粉末焼結法は、を迎えた。試作品を造形する方法として定耐熱性があるナイロン１２で造形できるこ着し活用されたが、その間に光造形法とはとから自動車向けの試作品製造で普及して異なるさまざまな積層造形法も開発、製品きた。装置が高価で、出来上がる造形物外化され、近年の３D プリンターブームを迎え観の滑らかさが不足し、やや柔らかすぎるるに至った。

こと等が課題である。実際には造形品中に

現在は、光造形法以外にも、溶融押出空気を含んでしまうため、充填率を十分上（FDM）、粉末焼結、粉末固着、ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄなげることが難しく、樹脂本来の物性には及

ど樹脂に限らず金属も造形できる方法が開ばないことも多いようであり、透明品を得発・上市されている。

ることも困難である。
また、粉末焼結法、FDM 法ともに積層（Z）

2 見直されてきた
見直されてきた光造形されてきた光造形
当初は光造形法が唯一の３D プリンター方向の強度や伸びが大きく落ちる*1 問題も指摘されている。

であったが、その後上記の様々な造形法が一方、光造形法は寸法精度に最も優れ、開発され３D プリンターとして普及してき拡大鏡が無いと見えない微細な形状から１DMEC Technical Review No.3
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1

ｍを超える大型製品までカバーできる唯一系光硬化樹脂が開発され、さらには近年大の方法として重宝され、様々な業種で試作幅に靭性を改良したグレード*2 や、無色透品製造に使用されてきた。樹脂の液中で固明で透過度が高い光硬化性樹脂等も次々と化するため空気を含む心配はなく充填率は開発に成功した。様々な方法が出てきた３D１００％であり、美しい透明品を得ることプリンターが注目される中、光造形法の３Dが可能である。ただ、光造形法で使用できプリンターは材料開発の進歩により、他のる材料は光硬化性樹脂に限られ、初期に開方法の３D プリンターと比べ、最も物性バラ発されたアクリル系の光硬化性樹脂が脆いンスが優れ、外観が良く、寸法精度が格段特性を持っていたため、光造形品は割れやに高い方法として生まれ変わり、改めてそすいというイメージを持たれていた。の良さが見直されてきている。

ところが、２０００年代に入りエポキシ
表1３Ｄプリンター各種造形法による物性比較*

造形法

光造形FDM

粉末焼結

樹脂種

SCR○R 712X

ABS 樹脂ﾅｲﾛﾝ樹脂引張強度

MPa351536

引張弾性率

MPa180011001200

曲げ強度MPa702843曲げ弾性率

MPa21409701040

Izod 衝撃強度

J/m619331Izod 強度（積層方向）

J/m523530*すべて弊社測定による実測値
SCR○R は JSR 株式会社の登録商標です。

3 光造形事業の光造形事業の戦略

ｍの小型装置から、国産装置として最大で光造形法は、硬化に使用するレーザースある８５０×６５０ｍｍのサイズまで造形

ポット径の大きさと走査速度を制御するこできる大型装置までラインアップを取り揃とにより、マイクロのサイズからメートルえた。

サイズまで様々に対応できる方法である。

これらの光造形機で使用できる光硬化性

しかし、実際に多く使用されるのは数ミリ樹脂としては、用途に応じて様々なグレー角サイズの微少電子部品や医療部品等から、 ドを開発し用意している。従来からある硬数百ミリ長の自動車部品や家電筐体に至るさ・寸法精度・靭性のバランスが取れたグものが多い。

レードを中心に、１００℃を超える高耐熱

そこで、様々なサイズと必要精度に対応グレード、透過性の良い透明グレード、タするため、当社では光造形３D プリンターとップ性に優れ簡単には割れない高靭性グレしては、微細造形ができる３００×３００ｍードなど JSR（株）が開発した独自の特長あDMEC Technical Review No.3
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る光造形用樹脂が、今後さらに幅広い用途いため、試作品を部品として実装する試験のニーズに応えて用いられていくと考えてを行っても意味を為さず、実際の製品外観いる。

を確認することもできない。本来使用したバランスが取れた特性の樹脂で微細なもい樹脂で試作品を得るとなると、実際に高のから自動車部品・家電製品・家具などに価な金型を起こして成形せざるを得ないたも対応できる大きなサイズの試作品まで、め、長い期間と多大なコストを要するのが高精度で迅速に造形できる産業用３Ｄプリ一般的である。

ンターとして今後さらに光造形事業を拡大して行くつもりである。

また少量ロットしかない製品に関しては、金型代や成形コストを製品に転嫁せねばならないことから一つの製品あたりの単価が4 世界初
世界初のマイクロのマイクロ波成形のマイクロ波成形が波成形がもたらす世界
もたらす世界実際の製品では、樹脂の種類、製造メーカー、色に至るまで様々な理由で適正な樹非常に高くなる要因となっていた。
これらの問題を解決できる新しい手段として、マイクロ波を用いて樹脂の成形を行う方法が提案されている。*3

脂が選択され、成形した上で製品として使マイクロ波成形はこれまでなかった全く用される。ところが、３D プリンターで作ら新しい原理の成形法で、特殊なゴム型の中れる造形物は、基本的にすべてメーカー側に微粒状に細かくした熱可塑性樹脂ペレッ

図 1)の中にが用意した材料でしか作ることができない。 トを充填し、マイクロ波成形機(図設計した形状を３D プリンターで試作す

このゴム型を置いてマイクロ波でゴム型内ることが開発段階で行われているが、このの樹脂を溶かす。樹脂はゴム型内のキャビように不本意ながら本来使いたい樹脂とはティ形状を転写するので、ゴム型を冷却す異なるメーカー側が用意した樹脂で試作品れば固化した樹脂成形品を取り出せるといは作られる。意匠確認、形状確認程度であう成形法である。図
図 2 にマイクロ波成形プ

ればそれでも十分であるが、本来使用するロセスを示す。

材料とは特性も色も異なる代用品でしかな

図 1 写真；マイクロ波成形機（Amolsys ○R M150）

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硬化後ﾏｽﾀｰﾓﾃﾞﾙ
除去

ﾏｽﾀｰﾓﾃﾞﾙｼﾘｺｰﾝ(光造形) ｺﾞﾑ型注型

脱型・仕上げ

真空注型と同ﾌﾟﾛｾｽ
微粒子充填

マイクロ波成形ﾌﾟﾛｾｽ
マイクロ波成形ﾌﾟﾛｾｽ

選択加熱

樹脂
ペレット

真空型締
冷却

ﾏｲｸﾛﾍﾟﾚｯﾄの予備充填

樹脂
マイクロペレット

ﾏｲｸﾛ波 照射3～5mm

0.5～1mm

ﾏｲｸﾛ化ﾌﾟﾛｾｽ（新規）

真空引き（真空型締）

図2 マイクロ波成形プロセス

最初にマスターモデルを用意することはまた、製品の特性上でも多くのメリット必要となるが、このマスターモデルから一がある。マイクロ波成形の特長は、射出成旦ゴム型を作製すれば、数十個単位の製品形のように型内で樹脂を流して成形する訳を製造することが可能である。

ではないので、ウエルドと呼ばれる線状のマイクロ波成形のメリットは、何と言っ欠陥は生じず、成形圧もほとんどかからなても実際使用する樹脂そのものを用いて成い無歪み成形であり、３D プリンターや射出形するため、製品に使用する本来の樹脂グ成形でしばしば問題となる、ひけやそりがレードの製品を安価で迅速に手にすること発生しにくい(図図 3)。光学製品であれば、透ができる点である。

明で複屈折のない無歪み成形品を得ること金型―射出成形を使用する通常の成形とも可能である(図図 4)。

比べてみると、マイクロ波成形の場合はコ

また、マイクロ波成形は樹脂だけでなく、ストと時間の面で大きなメリットがある。

金属やセラミックスにも広がりを見せよう

通常１か月程度かかる高価な金型を作る代としている。*4

わりに、マイクロ波成形の場合は、わずか成形で製造する方法として、PIM（Powder

数日間の内にマスターモデルからゴム型作Injection Molding）という方法があるが、全製、成形まで行うことができるため大幅なく同じことがマイクロ波成形でも可能であ時間とコストの節約になる。

る。

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金属やセラミックスを射出4

マイクロ波成形品

図 3 写真；ひけ・反り無しの光成形品

図４（PP 樹脂：肉厚 12mm）
金属やセラミックスをバインダーと絡め射出成形品

写真；マイクロ波成形の無歪成形品（PMMA 樹脂）

5 今後の今後の事業展開てペレット状にしたフィードストックを細当社では、オリジナルの光造形３D プリン

かくした微粒状のペレットにしてゴム型中ター、マイクロ波成形機に加えて、スリーに充填し、マイクロ波成形を行うとグリー

ディー・システムズ社の各種３D プリンターンパーツが作製できる。このグリーンパーを販売している。顧客の様々な用途に即しツを脱脂・焼結することによって、金属部て、最適な装置と材料を提案し、要望にお品やセラミックスの部品を製造することが応えすることができる。加えて装置の保守できる(図図 5)。やはり、いちいち金型を起こやモデルの有償受託事業も行い、様々なノす必要が無いためコストと時間を節約するウハウを蓄積している。

ことができ、今後複雑な形状の金属部品や３D プリンターはあくまで試作品を作るセラミックス部品で少量の量産が必要な用ための装置に留まっているが、当社のマイ途に適用が広がっていくものと期待していクロ波成形機 Amolsys○R を使えば、実際の製る。

品まで容易に製造が可能となる。試作品から製品まで、装置販売だけでなくその保守点検、モデル作製サービスや成形ノウハウの技術支援までトータルにサポートし、顧客の幅広いニーズにお応えする事業を展開していくつもりである。

発表誌
図 5 写真；マイクロ波成形で作製した携帯化学経済 2015 年 1 月号

電話カバー（ステンレス製）

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京都府中小企業技術センター

技報

No.41
*2

JSR TECHNICAL REVIEW No.113/2006*3

プラスチックス ２０１４年９月号*4

第２６回射出成形技術評価委員会【「Amolsys」は株式会社ディーメックの登録商標です。】

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