金属3Dプリンターは高性能だけど価格が高い？今後改善すべき課題

3Dプリンターの中でも従来の造形方法では再現が不可能であった複雑な形状を造形できることから、金属3Dプリンターへの関心が集まっています。金属3Dプリンターは機械設計の自由度が高いことから、航空機など性能向上や軽量化が求められる造形物のプロトタイプの制作にも利用されるなど、幅広いシーンで活用されています。

しかしメリットが多い一方で、今後改善していかなければいけない課題も多く抱えています。金属3Dプリンターの特長を通して、今後改善していくべき課題について詳しく見ていきましょう。

金属3Dプリンターには、代表的には「パウダーベッド方式」「メタルデポジッション方式」「熱溶解（FDM）方式」の3つの種類があります。

「パウダーベッド方式」は金属粉末を敷き詰め、熱を照射して金属を溶融し、凝固させる工程を繰り返す造形方法で、再現性が高いのが特徴です。

「メタルデポジッション方式」は溶融した金属粉末材料を積層し、凝固させて付加造形する方法です。金型などの既存の金属材料へ付加造形ができるなど、幅広い造形が行えます。ただしパウダーベッド方式に比べて、金属粉末粒度が大きいのと、高速造形が可能な分、形状精度は低いと言われています。

最後に「熱溶解（FDM）方式」は一般的な熱溶解式3Dプリンターと同様の積層方法ですが、金属粉末材料に接着樹脂（バインダー）をいれて使用します。設備価格が比較的安いのが大きな魅力ですが、脱脂工程と焼結工程を行うための設備が必要なのと、金属密度と収縮率が若干高いことが懸念されます。

金属3Dプリンターの最大の特長と言えば、機械設計の自由度が高く、それを金属で造形できることです。従来の造形方法では再現できなかった複雑な形状も細部まで再現できるだけでなく、設計データを変更するだけで、簡単に形状を変化することが可能です。

生産個数や設計データに合わせて調整すれば、必要な分の金属材料と作業工程を行うことができるため、数個から何十個もの部品を一体化することができるのはもちろん、少量生産もできるなど、求める造形物に対して臨機応変に対応することができます。

さらにダイカスト部品は試作金型が不要であったり、加工に必要な金属部品も金属3Dプリンターで生産できたりと、開発にかかるリードタイムを短縮することができるのも大きな特長です。

Expert Material Laboratories株式会社では、高精度、高品質出力が可能なアメリカ製金属3Dプリンター「ACCUMETAL2.0」を取り扱っています。金属3Dプリンター本来の機能をブラッシュアップする他、遠隔監視機能やAR（拡張現実）機能といった付属機能にも充実しており、高性能な金属3Dプリンターを代表する1台です。

高精度な造形物の制作を得意とし、作業時間の短縮、生産効率アップに効果的なイメージの強い金属3Dプリンターですが、これから改善していかなければいけない課題もあります。

1つ目は価格の値下げやランニングコストの削減です。金属3Dプリンターには本体価格に加え、付帯設備の費用やメンテナンス費用と、様々な費用が必要となります。さらに、金属3Dプリンターで高品位、高精度で造形するためには、使用する金属粉末は細かいものでなければいけません。

金属粉末は球形状にするためにプラズマアトマイズ法で生産されますが、大小様々な金属粉末のうち細かなもののみを抽出して使用するため、量に比べてコストがかかりやすいのが現状です。今後は金属3Dプリンター本体や付帯設備だけでなく、材料となる金属粉末の価格も低コスト化していくことが必要でしょう。また、精度の高さを追求することも重要な課題です。

現在の金属3Dプリンターでは造形精度や速度はモデルによって差が大きく異なり、金属を熱する上で、残留熱応力によるひずみ、反りが生じることも多いため、さらなる精度の高さを求め、改善していかなければいけないでしょう。造形の際にサポート材を用いて形状を整えていますが、造形後はサポート材を取り外すひと手間が必要です。

今後は造形物の精度を高めるとともに、サポート材を除去するための工程の削減や、サポート材がなくても造形が可能となるよう改良していくことも課題の1つです。

金属3Dプリンターが抱える課題にいち早く着眼したのが、TYTUS3D社の金属3Dプリンター「ACCUMETAL2.0」です。

この「ACCUMETAL2.0」は今までの金属3Dプリンターの課題として、1個目と2個目の造形物の品質に違いありましたが、カメラを取り付けモニタリングし、その情報を積層毎に制御装置へフィードバックすることによって、2個目の造形品でも、1個目と同様の品質で造形されるよう自動調整を行い、その課題を改善しています。

特許も取得した機能で、従来の製品とは違い、高精度、高品質出力を実現する他、従来の金属3Dプリンターよりもランニングコストが最大半減と、コスパの良さを追求した機種となります。価格やコストを抑えたい、より効果的に使用できる金属3Dプリンターをお求めの方はぜひ一度ご相談ください。