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複雑形状のプロトタイプ製作とは?課題と対策・製品を解説

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熱溶解積層方式における複雑形状のプロトタイプ製作とは?
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熱溶解積層方式における複雑形状のプロトタイプ製作
熱溶解積層方式における複雑形状のプロトタイプ製作とは?
熱溶解積層方式(FDM/FFF)は、熱可塑性樹脂を溶融させて一層ずつ積み重ねることで立体物を造形する3Dプリンティング技術です。特に、製品開発における複雑な形状のプロトタイプ製作において、その迅速性、低コスト、設計自由度の高さから広く活用されています。この技術を用いることで、従来の製造方法では困難であったり、時間と コストがかかっていたりした複雑なデザインや内部構造を持つ試作品を、短期間で効率的に作成することが可能になります。
課題
積層痕と表面粗さ
一層ずつ積み重ねる構造上、積層痕が表面に残りやすく、滑らかな表面が求められるプロトタイプには不向きな場合があります。特に、曲面や傾斜部分で顕著になります。
サポート材の除去と後処理
オーバーハングや空中に浮いたような形状を造形する際に不可欠なサポート材は、造形後に手作業で除去する必要があり、手間がかかるだけでなく、造形物に傷をつけたり、形状を損なったりするリスクがあります。
材料の強度と耐久性の限界
一般的に使用されるPLAやABSといった材料は、特定の用途においては十分な強度や耐久性を持たない場合があります。特に、機能性評価や実使用に近い環境でのテストには限界があります。
微細なディテールの再現性
ノズル径や積層ピッチに依存するため、非常に微細なディテールやシャープなエッジの再現には限界があり、精密さが求められるプロトタイプには課題となることがあります。
対策
積層ピッチと造形方向の最適化
積層ピッチを細かく設定したり、造形方向を工夫したりすることで、積層痕を目立たなくし、表面の滑らかさを向上さ せることができます。また、サポート材の必要箇所を減らすことも可能です。
水溶性サポート材の活用
水に溶ける素材をサポート材として使用することで、造形後に水に浸けるだけで簡単に除去できます。これにより、後処理の手間を大幅に削減し、造形物へのダメージも最小限に抑えられます。
高機能性フィラメントの選択
耐熱性、耐薬品性、高強度など、特定の機能を 持つ特殊なフィラメントを選択することで、プロトタイプの機能性評価や実使用に近い環境でのテストに対応させることができます。
後処理技術の適用
研磨、塗装、表面処理などの後処理を施すことで、積層痕を隠し、滑らかで高品質な表面を実現できます。これにより、見た目の美しさや触感を向上させることが可能です。
対策に役立つ製品例
高性能フィラメント
従来の素材よりも高い強度、耐熱性、柔軟性などを備えたフィラメントは、より過酷な条件でのプロトタイプ評価を可能にし、機能的な課題を解決します。
自動サポート除去システム
造形後にサポート材を自動で除去する機能や、水溶性サポート材に対応したプリンターは、後処理の手間を大幅に削減し、作業効率を向上させます。
高解像度3Dプリンター
より微細な積層ピッチや精密なノズル制御が可能なプリンターは、複雑な形状や微細なディテールの再現性を高め、精度の高いプロトタイプ製作を実現します。
後処理用研磨・塗装キット
造形物の表面を滑らかにし、塗装を施すための専用キットは、積層痕を隠し、プロトタイプの外観品質を向上させ、より完成品に近い見た目を実現します。
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