金属3Dプリンターとは？種類など基礎知識を解説

金属3Dプリンターとは、その名の通り金属材料が使える3Dプリンターです。使える材料はメーカーや方式によって様々ですが、ステンレス鋼や工具鋼、銅やチタン合金などが使える機種があります。従来工法の材料とは機械特性が異なるものの、樹脂とは違う金属材料ならではの強度や耐熱性の高い部品を3Dプリンターで造形することができます。

金属3Dプリンターのメリットを理解するには、樹脂材料での造形も含めた一般的な3Dプリンターでできることと、樹脂の3Dプリンターではできない、金属3Dプリンターならではの特徴を分けて考えることが重要です。

外注していた試作や治具製造を内製化できるというのが3Dプリンターの大きなメリットです。機械加工設備を自前で持っていなかったり、稼働率が高く使いたい時に使えないという場合には外注となってしまい、コスト納期やかさんでしまいます。内製化することによりこれらを圧縮することができます。

従来の加工方法を前提とした設計に慣れていらっしゃる方も多いと思いますが、3Dプリンターでの造形であれば、設計の自由度が高くなります。体積のある対象物の中身を空洞にして軽量化を実現する、複雑な形状を再現して、気流などを最適化する、などといったことが可能になるケースがあります。

当然ながら、樹脂材料では実現できなかった機械特性を実現できるのが金属3Dプリンターのメリットです。古い部品で型がなく3Dプリンターで造形したいが高い強度が必要、あるいは求める成果を最大化するためにソフトウェアで複雑な形状を設計したため3Dプリンターで造形したいが、高い耐熱性が必要、といった場合に、金属3Dプリンターが大きく貢献することになります。

樹脂3Dプリンターで試作の効率化を行うものの、最終部品としてのスペックを満たすことができず、製造は金属加工で実施というケースは多いと思います。金属3Dプリンターであれば高い機械特性を持った造形物ができますので、求められる生産性によっては製造装置として使うことができます。ニアネットシェイプとして造形し、後加工で仕上げることで精度の高い部品を効率よく生産することもできます。

前述のように価格面でも設置環境面でも導入のハードルが下がってきてはいますが、それでも樹脂3Dプリンターと同じような感覚で金属3Dプリンターを導入することはできません。留意すべきポイントを解説いたします。

一般的な金属加工で調達されている部品を金属3Dプリンターで作りたいというのは自然な発想かと思いますが、なかなかうまくいかないケースが多いです。金属3Dプリンターでは機種によりますが高い精度を実現することはできません。また方式によりますが生産性の問題で大量生産には向きません。またある程度の体積のものは中空構造と呼ばれる、中身を空洞にして造形をするため、強度についても高くありません。

金属3Dプリンターのメリットが出せるのは、小ロットだったり生産頻度の低い部品、あるいは一点ものの部品生産、型がない部品の生産、治具の内製化等となります。造形物に求める機械特性がマッチすることが前提となります。精度の問題についてはニアネットシェイプで出力して後加工で対応するなどの処理もできます。また従来工法では再現できない形状についても造形ができるため、強度や耐熱性を維持しながら軽量化を実現できるケースもございます。

また別のメリットとしては、切削加工が難しい難削材といわれる材料で造形できることがあげられます。従来工法で時間を要した加工条件の整備や高価な難削材専用工具が不要になります。留意点として、ニアネットシェイプという考えに当てはめると難削材の荒加工条件の整備などは不要になりますが、仕上げ加工技術は必要になります。

金属3Dプリンターの導入に際しては、機種や方式により様々な設置環境の整備が必要です。まずほとんどの機種で必要になるのが、造形時に金属の酸化を防止するための不活性ガスの供給、及びその排出設備です。供給についてはガスボンベでも結構ですが、排出についてはダクトで屋外に排出できるようにするなどの整備が必要です。
また金属粉末を取り扱う機種に関しては、防塵防爆の対策が必要だったり、焼結炉が必要な機種については耐火扉が必要だったりと、専用のスペースが必要となるイメージとなります。

金属3Dプリンターの価格はどれぐらいになるのでしょう。付帯設備を含めた本体価格だけでも3,000万円以上からとなりますが、上記の設置環境の整備のために工事が必要になるケースがあります。また、材料やガスのコストと、保守費用を含めたランニングコストについても考慮する必要があるため、本体価格だけでは判断できません。