3Dプリンターによる量産のコツ｜適したシーンと種類、注意点、事例

3Dプリンターでの量産が向いているシーンとは

カスタマイズ製品の量産

量産にスピードが求められるとき

金型を使った射出成型を行う場合、まず金型の製作が必要です。金型が完成しないと製造工程に入れないため、スピード感に欠けてしまいます。製品によっては、たとえば本体は射出成形、細部は切削加工など、部品ごとに異なる成形方法を採用し、量産までにさらに時間がかかるケースもあります。

3Dプリンターは設計データと材料があれば製造を開始でき、加工方法による制約も受けません。スピーディな量産には3Dプリンターが向いています。
顧客のニーズにいち早く対応したいときにも、すぐに製造ができる環境だけ整えておけば3Dプリンターなら24時間体制で量産ができるでしょう。

製品によっては、トレンド、季節などの影響を受けて需要が大きく変動することがあります。

たとえば季節商品は大量生産が必要な時期があるものの、その後は需要が減少し、生産計画の立案や対応、未使用在庫の管理に苦慮することも珍しくありません。3Dプリンターなら、設計データと材料があれば必要なタイミングで必要な数を製造できるため、急な需要の増減にもスピーディに対応できます。生産計画や在庫管理にともなうコストや人材の削減も可能です。

複雑な形状のものを量産したいとき

3Dプリンターは、設計データを元に積層方式で成形を行うのが特徴です。そのため、細部が複雑な形状で他の方法では製造が難しい製品の量産にも向いています。

さらに、複雑なパーツをひとつに統合することもできるため、組み立てが不要です。組み立てにかかる手間や材料のコストを抑えながらも複雑なパーツを量産したいときにも、3Dプリンターが向いています。

新製品や改良品など、アイディアをすぐに形にしたいときにも3Dプリンターなら量産可能です。数か月程度かかることが多い金型の製作時間より、はるかに早く量産に入れるでしょう。

もとの設計データの修正や手直しもかんたんにでき、3Dプリンターにすぐに反映して量産をスタートできるのも、3Dプリンターの強みです。

3Dプリンターの技術も進歩し、低価格で購入できる家庭用のものから、業務用のハイスペックなものまでそろっています。量産に適した3Dプリンターの種類を解説します。

メリット	デメリット	代表的な用途
低価格 多様な材料を使用可能 メンテナンスが容易	造形速度が遅い 表面が粗い 精度が低い	試作 用途が広い 開発、教育、家庭用など

FDM方式とは、熱可塑性プラスチックを使って成形する3Dプリンターです。熱で溶かしたプラスチックフィラメントをノズルから押し出し、層状に積み重ねて物体を造形します。

この方式は、家庭用から業務用まで幅広く利用され、大型モデルの造形や小さいパーツの複数個同時造形、特殊な物性の成形を得意としています。

高精度な部品の造形には限界があり、細かいディテールや複雑な形状の再現が難しいことがあります​。

メリット	デメリット	代表的な用途
高精度な造形 細部造形も得意 サポート材不要 未使用の金属粉末を再利用可能	造形速度が遅い 後処理が必要 高コスト	航空宇宙分野 自動車分野 医療分野など カスタム品 試作品

粉末床溶融結合方式（SAF方式）とは、熱可塑性粉末材料を使って造形を行う3Dプリンターです。材料が粉末のため強度の高い製品の安定的な造形を可能としています。パーツひとつあたりの材料コストも抑えられるでしょう。

パウダーベッド方式の弱点は、造形速度が遅いことです。また、焼結後は表面がザラザラしており、後処理が必要になるケースが多いです。
レーザーや電子ビームの高エネルギー装置を使用するため、装置自体のコストが高く、ランニングコストも高めになります。

メリット	デメリット	代表的な用途
優れた解像度 高精度な造形 滑らかな表面仕上げ メンテナンスが容易	コストが高い 後処理が必要 紫外線に弱い 操作が難しい	医療分野 ジュエリー業界 高精度製品の試作

光造形方式の3Dプリンターは、紫外線レーザーを使用して液体樹脂を層ごとに硬化させ、精密な3Dオブジェクトを作成する技術です。高い解像度と滑らかな仕上げが特徴で、他の3Dプリンティング方式に比べて積層痕が目立ちません​。
表面の美しさを重視したい製品の量産を検討しているなら、光造形方式の3Dプリンターが向いています。

BMF Japan 株式会社の「microArch®シリーズ」は、は、独自の光造形技術「PµSL（Projection Micro-Stereolithography）」により、以下のグラフの通り他社を圧倒する超精密な光学解像度（2 µm /10 µm）と、最小加工公差±10μm/±25μmで安定的に制御可能な世界初の産業用3Dプリンターです。
光造形方式の中でも、高精度な仕上がりを求めるケースでおすすめできるプリンターです。

また、光造形方式についての詳細は以下の記事も参考にしてください。

メリット	デメリット	代表的な用途
● 造形速度が速い ● サポート材不要 ● 未使用の金属粉末の再利用可	● 表面が粗い ● 強度が低い ● 精度が低い	● 航空宇宙分野 ● 自動車分野 ● 医療分野など ● 試作品

バインダージェット方式とは、金属粉にバインダー（結合剤）を塗布して、部品形状に金属粉を固着させた上で焼結する3Dプリンターです。
造形速度が非常に速く、金属製品の造形・量産に向いています。従来の金属3Dプリンターであるレーザー粉末溶融式よりも、早いスピードでの量産も可能です。

ただし、造形された部品の表面は粗く、機械的な強度も比較的低いというデメリットがあります。完成品とするためには脱脂や焼結の追加工程が必要となり、これが手間とコストの増加につながります。また、造形精度は他の金属3Dプリンティング技術に比べてあまり高くありません​​。

3Dプリンターの種類については以下の記事で詳しく解説しています。

3Dプリンターを量産目的で導入するときの注意点を解説します。

3Dプリンターを量産に活用するには、3Dプリンターを用意するための費用が発生します。製造数によっては多くの台数が必要なこともあるでしょう。さらに材料費やオペレーティングのソフトウェアなどの購入費用も必要です。初期費用が高額になる可能性が高いため、十分な予算を確保するなど資金についても確認しておきましょう。

一方、初期費用は高額になるものの、3Dプリンターは金型を使った成形方法のように都度金型を製作する必要がありません。一度製造に必要な環境を整えれば、次からは同じ条件で安定的に製品を量産できるため、3Dプリンターの購入費用は長期的に見れば低コストと言えるかもしれません。初期費用だけでなく、費用対効果も考えて3Dプリンターを導入することが重要です。

また、精度や製作にかかる時間など、機種による違いをさまざまな3Dプリンターで比較してから購入を検討したい場合などは、まずは3D造形サービスを利用してみるのも良いでしょう。

BMF Japan株式会社の「microArch®シリーズ」は、独自開発のPµSL技術（マイクロ3次元リソグラフィ技術）に基づき、2μm/10μmの優れた光学解像度と、±10μm/±25μmの正確な公差制御を実現し、「0.01mm～100mm」の範囲で精密な3次元微細加工が可能な3Dプリンターです。

医療や研究分野でも活用されるほどの精密・精巧な製品の量産におすすめです。3D造形サービスも以下のような流れで依頼可能です。

引用：BMF Japan 株式会社 3D試作・造形サービス

3Dプリンターで量産を行う際は、量産したい製品に合う3Dプリンターを選定する必要があります。それは、プリンターによって特徴や再現性が異なるためです。
2章で紹介した通り、造形方式によって異なる特徴がある上、機種によっても使える材料に制限があったり精密さや造形可能サイズ、造形スピードに大きな差があるなど、さまざまです。どのような製品でどの程度の量産を考えているかなどを具体的に検討し、希望を実現できる3Dプリンターを選定することが重要です。

BMF Japan株式会社の「microArch®シリーズ」なら、精密・精細加工でありながらも90％以上のケースで3～48時間以内に造形可能です。
また、新開発の「可溶性犠牲樹脂」で作成した型（モールド）をPDMSキャスティングまたは射出成形に使用すれば、一般的なエンジニアリングプラスチック（例：POM）やPDMSなど使用できる素材の選択肢が広がります。可用性犠牲樹脂で作った型はアルカリ液でかんたんに溶解するため、微細な製品も精密に仕上がります。

引用：犠牲樹脂と射出成形のプロセス

3Dプリンターを量産へ活用した事例を紹介します。

BMF Japan 株式会社では、超精密3Dプリント技術により従来の最小厚さ400μm以上のセラミックデンタルベニアのよりもはるかに薄い、最小厚さ40μmのラミネートべニアの造形に成功しました。

最小厚さ40μmのラミネートべニアにより、患者は歯を削ることなく、またはごく少量の削りで歯の表面をスピーディに美しくでき、歯の形、歯の色、歯並びの改善や、歯の表面の耐摩耗性、耐齲蝕性、天然エナメル質の保護の改善が実現します。治療過程における健康な歯列への損傷を回避し、歯の表面の審美的再建と強化を実現するラミネートべニアは、多くの人に使用するためBMFの3Dプリンターによって量産されています。

左：新型緑内障ドレナージ装置（サイズ：3.3*1.7*0.25mm） / 右：新型緑内障ドレナージ装置を緑内障患者の眼球に留置

BMF Japan 株式会社は北京同仁病院（中国）と提携し、3Dプリンターを活用した経角膜経路一方向性房水ドレナージ装置の共同開発に成功しました。

BMFの超高解像度3Dプリンタによってミクロンオーダーによるドレナージを造形することで、房水の逆流を防止するテスラバルブ構造を備えたドレナージ装置を実現。手術期の眼圧制御に優れており、緑内障の治療に成果を上げています。

左：ヒト血液の栄養と代謝物質の輸送機能を模倣できるBMF製毛細血管オルガノイドチップを搭載した培養システム
右：毛細血管オルガノイドチップ（全体：18 mm（L）x 10 mm（W）x 5 mm（H）、細胞培養チャンバー：10 mm（L）x 6 mm（W）x 2 mm（H））

PμSLマイクロスケールを搭載し製品化された世界初の3DプリンターであるBMFのmicroArch シリーズでは、臓器チップと融合した毛細血管オルガノイドチップの造形と量産に成功しています。

毛細血管オルガノイドチップは、人間の臓器の機能に近い生体外培養が可能で、従来の培養限界を突破したレベルまで細胞を成長させることができる新技術が搭載されたツールです。
内部には擬似毛細血管構造と、70本以上の壁厚20 µmのチャンネルが含まれており、チャンネルの表面には、直径7〜10µmの微細孔が均等に多数配置されています。これにより、代謝栄養供給や代謝物質の輸送機能を模倣しています。
高い細胞培養密度による数週間の長期培養や、多様なオルガノイドを実現可能です。

3Dプリンターでの量産が向いているシーンや量産に活用できる3Dプリンターの種類や導入時の注意点とともに、BMFの3Dプリンターを量産に活用した事例を紹介しました。3Dプリンターを導入すれば、複雑な形状を持つ製品や需要の変動が激しい製品といった、金型による造形が難しい製品の量産にも活用できます。製品の特徴や重視したいポイントに合わせた3Dプリンターを導入し、量産体制を実現させましょう。

BMF Japan株式会社の「microArch®シリーズ」は、独自開発のPµSL技術（マイクロ3次元リソグラフィ技術）に基づき、2μm/10μmの優れた光学解像度と、±10μm/±25μmの正確な公差制御を実現し、「0.01mm～100mm」の範囲で精密な3次元微細加工が可能な3Dプリンターです。
従来の切削加工や金型では難しい複雑で微細な試作を実現でき、医療分野をはじめ、マイクロ流体、マイクロメカニクス、MEMS、科学研究など様々な分野で、精度や予算等、重視したいポイントに合わせた製品のご提案を行っております。精密・微細加工の量産をご検討の際は、ぜひお気軽にご相談ください。