積層造形（AM）とも呼ばれる 3D プリントは、材料を層ごとに堆積させて 3 次元オブジェクトを構築する高度な製造プロセスです。従来のサブトラクティブ マニュファクチャリング（機械加工など）とは異なり、3D プリントではデジタル モデルに基づいて複雑な部品を直接製造でき、高精度、柔軟性、材料利用率の高さなどの利点が得られます。- 3D プリンティング技術の継続的な発展に伴い、さまざまな成形原理、材料タイプ、用途シナリオをカバーするさまざまな分類方法が登場しました。この記事では、3D プリンティング技術を技術原理、材料特性、産業応用の 3 つの観点から体系的に分類して分析します。
I. 成形原理による分類
3Dプリンティング技術の核心はその造形方法にあります。現在主流の分類は国際規格 ISO/ASTM 52900:2015 に基づいており、積層造形プロセスは次の 7 つの主要カテゴリに分類されています。
1. 材料の押出
材料の押し出しは、最も一般的な 3D プリンティング技術の 1 つであり、溶融堆積モデリング (FDM) に代表されます。この技術では、加熱されたノズルを使用して熱可塑性プラスチック素材 (PLA や ABS など) を溶かし、層ごとに押し出し、冷却すると固化します。 FDM は、設備コストが低く、操作が簡単であるため、教育、プロトタイピング、消費者向け製造業で広く使用されています。
2. 光重合
光重合では、UV 光またはその他の光源を使用して液体の感光性樹脂を硬化します。主に光造形法（SLA）とデジタル光処理（DLP）が使用されます。 SLA はレーザー スキャンを使用して樹脂を点ごとに硬化させますが、DLP はプロジェクターを使用して表面全体を露光し、印刷速度を向上させます。これらの技術は、宝飾品、歯科模型、微細構造デバイスなど、高精度と表面品質が要求される部品の製造に適しています。
3. 粉末床溶融（PBF）
粉体層溶融では、レーザーまたは電子ビームを使用して金属またはプラスチックの粉末を選択的に溶融し、層ごとに焼結して固体の物体を形成します。選択的レーザー焼結 (SLS) はナイロンなどの熱可塑性材料に適していますが、選択的レーザー溶解 (SLM) と電子ビーム溶解 (EBM) は主にチタン合金やステンレス鋼などの金属部品の製造に使用されます。 PBF テクノロジーは、航空宇宙や医療インプラントなどの要求の厳しい用途で広く使用されています。
4. 材料の噴射
マテリアル ジェッティングは従来のインクジェット プリントに似ていますが、液体の感光性樹脂またはワックス ベースの材料を使用し、UV 光を使用して層ごとに硬化させます。{0}}この技術により、複数の素材と複数のカラーの印刷が可能になり、医療モデルやマイクロ機械部品などの高精度のプロトタイプや小ロット生産に適しています。{{4}
5. バインダーの噴射
バインダージェットでは、ノズルを通してバインダーを選択的にスプレーし、金属、セラミック、砂などの粉末材料を結合します。その後、材料は焼結や溶浸などの後処理によって強化されます。-この技術は、迅速な鋳造、砂型の作成、金属部品の大規模生産に適しています。-
6. 指向性エネルギー堆積 (DED)
指向性エネルギー堆積 (DED) は、レーザーまたはアークを使用して金属粉末またはワイヤを溶かし、層ごとに堆積します。これは、部品の修理や、アディティブ プロセスとサブトラクティブ プロセスを組み合わせたハイブリッド製造 (ハイブリッド処理など) に一般的に使用されます。この技術は大型金属部品の修理や強化に適しており、エネルギーおよび航空宇宙分野で重要な用途があります。
7. シートの積層
シート積層では、材料の薄いシート (紙、金属箔、ポリマーなど) を接着または溶接し、切断またはフライス加工によって最終形状を形成します。この技術は比較的低コストですが、精度と表面品質が限られているため、パッケージングや建築モデルなどの特定の用途に適しています。-
II.材料の種類による分類
3D プリント材料の多様性により、その応用範囲はさらに広がりました。それらは主に次のように分類できます。
1. 熱可塑性プラスチック
PLA、ABS、PETG などのこれらの材料は FDM テクノロジーに適しており、プロトタイピング、教育、消費者製品の製造で広く使用されています。
2. 感光性樹脂
SLA/DLP テクノロジーで使用されるため、高精度で滑らかな表面が得られるため、宝飾品、歯科、マイクロ機械に適しています。{0}
3. 金属材料
これらには、チタン合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼、高温合金などが含まれます。-これらは主に PBF および DED テクノロジーで使用され、航空宇宙、自動車、医療用インプラントでも使用されます。
4. セラミックス材料
バインダー ジェッティングまたは SLA 技術を使用して印刷されるため、電子機器、生物医学機器、および高温環境で使用されるコンポーネントに適しています。{0}}
5. 複合材料
炭素繊維強化プラスチックや金属マトリックス複合材などのこれらの材料は、複数の材料の利点を組み合わせており、高性能構造部品の製造に使用されます。-
Ⅲ．産業用途による分類
3D プリンティング テクノロジーは、業界のアプリケーション シナリオに基づいて分類することもできます。
1. ラピッドプロトタイピング
FDM や SLA などのテクノロジーは、設計の実現可能性を迅速に検証し、研究開発サイクルを短縮するために、製品開発の初期段階で広く使用されています。
2. ダイレクトデジタルマニュファクチャリング (DDM)
金属 PBF および DED 技術は、航空機エンジンのブレード、金型、複雑な機械部品などの機能部品を直接製造するために使用されます。
3. ヘルスケア (生物医学応用)
光硬化性樹脂と金属の 3D プリントは、カスタマイズされた補綴物、歯科修復物、組織工学用足場に使用されています。
4. 建築と芸術
大規模な FDM とバインダー ジェッティング技術は、建築模型、彫刻、文化的および創造的な製品の作成に使用されます。{0}
3D プリンティング技術はさまざまな方法で分類でき、成形原理、材料の種類、産業用途に至るまで豊富な多様性を示します。材料科学、ソフトウェア アルゴリズム、ハードウェア機器の継続的な進歩により、3D プリンティングはプロトタイピングから大規模な工業生産へと徐々に移行しており、医療、航空宇宙、自動車などの分野で重要な役割を果たしています。{3}}将来的には、マルチ-およびマルチ-統合技術の開発により、3D プリンティングはインテリジェントでパーソナライズされた製造に向けた製造業界の変革をさらに促進するでしょう。
