3Dプリント（3D印刷）とは：仕組み・材料・用途を初心者向けに解説

初心者向けに3Dプリントの仕組み・材料・用途をやさしく解説。家庭用から業務用、素材選びや活用事例までわかる入門ガイド。

3Dプリントは、3次元（3D）の立体物を作る方法です。3Dプリントは、物体を1層ずつ積み上げていくことで行われます。通常、3Dプリンターには、使いやすく安価なプラスチックが使用されています。3Dプリンターの中には、金属やセラミックなど他の材料で3Dプリントできるものもありますが、ほとんどの人にとってはコストがかかりすぎます。

3Dプリンターが便利なのは、新しい物体を非常に速く作ることができ、しかも非常に細かいところまで作り込むことが得意だからです。つまり、エンジニアは新しいデザインをたくさん試すことができ、誰かが作ってくれるのを待つ必要がないのです。また、プラスチック製の部品を固定したり、おもちゃやフィギュア、模型を作ったりするのにも便利です。自宅で3Dオブジェクトをプリントする人はたくさんいます。

2003年以降、以前より多くの材料用プリンターが販売されるようになりました。また、3Dプリンターの価格も下がりました。

主な3Dプリント方式（初心者向けの概要）

• FDM/FFF（熱溶解積層法）：家庭用・教育用で最も一般的。熱で溶かしたフィラメント（PLA、ABSなど）をノズルから押し出して層を積み上げます。コストが低く扱いやすいのが特徴。
• SLA／DLP（光造形）：液体の樹脂に光を当てて硬化させる方式。高精細で滑らかな表面仕上がりが得られ、細かい造形に向いています。取り扱いはやや難しく、硬化樹脂の取り扱いに注意が必要です。
• SLS／MJF（粉末焼結／粉末接合）：粉末材料にレーザーやバインダーを使って一層ずつ固める方式。サポート材が不要で複雑形状に強く、工業用途で使われます。
• 金属3Dプリント（SLM／EBMなど）：金属粉末をレーザーや電子ビームで溶融・融着して造形します。高性能だが機器・材料とも高価で、主に産業用途です。

よく使われる材料

• PLA：植物由来で扱いやすく、臭いが少ない。初心者に最適。
• ABS：強度や耐熱性が高いが、収縮で反りやすく、換気が必要。
• PETG：耐久性と加工性のバランスが良く、食品容器向けに使われることもあります。
• TPU（軟質）：ゴムのような弾性を持つ柔らかい素材。
• 樹脂（光造形用）：高精細だが、取り扱い時に保護具が必要。種類（標準、タフ、柔軟、歯科用など）が増えています。
• 金属・セラミック：特殊用途向け。造形後に焼結や熱処理が必要な場合があります。

基本的な作業の流れ

• 1. 3Dモデルの用意：CADで自作するか、3Dスキャン、あるいはオンラインで既存モデルを入手します。
• 2. スライス（スライシング）：モデルを層（レイヤー）に分割し、印刷の経路や設定（層高、充填率、サポート）を決めます。専用ソフト（Cura、PrusaSlicerなど）を使用します。
• 3. 造形：プリンターにデータを送り、実際に積層していきます。プリント中は温度やノズルの状態に注意します。
• 4. 取り外しと後処理：サポート除去、洗浄、研磨、塗装、UV硬化（光造形の場合）、熱処理（メタルの場合）などを行います。

代表的な用途

• 試作（プロトタイピング）— 設計の検証や形状確認。
• 治療用具・医療分野 — 義肢、インプラント、患者ごとのモデル作成。
• 歯科技工 — 歯列模型、矯正器具の製作。
• 教育・研究 — 理解しやすい教材や実験装置の作成。
• 産業用途 — 航空宇宙、自動車部品の軽量化や複雑形状の部品製造。
• ホビー・アート — フィギュア、模型、プロップ、小物作り。
• カスタム製品・少量生産 — 個別対応が必要な製品の少量生産に向く。

メリットと注意点（デメリット）

• メリット：複雑形状の自由度、金型不要の少量多品種生産、短い試作サイクル、個別最適化（カスタマイズ）が可能。
• 注意点：材料特性（引張強度や耐熱性）が既存の工法と異なる、方向依存の強度（積層方向で割れやすい）、表面仕上げが要改善、造形サイズや材料コストの制約、安全（高温部や樹脂の揮発性）など。

初心者向けの始め方と選び方のポイント

• まずはFDMプリンター（デスクトップ）を選ぶ：安価でコミュニティ情報が豊富。国産・海外問わずメーカーの評判やサポートを確認。
• 最初の材料はPLAを推奨：取り扱いが簡単で失敗しても後処理が楽です。
• 必須アクセサリ：スペアノズル、テフロンチューブ、ヘラ、ピンセット、耐熱手袋、アルコール（樹脂洗浄時）など。
• 基本設定の目安：ノズル径0.4mm、レイヤー高さ0.1〜0.2mm、印刷速度40〜60mm/s、インフィル20%（用途により調整）。
• 最初の練習：キャリブレーションキューブやベンチマークモデルでベッドレベリング、エクストルーダーの押出量、リトラクション（糸引き防止）を調整。
• 学習リソース：コミュニティフォーラム、YouTubeやオンライン講座、メーカーのチュートリアルが役立ちます。

安全対策とメンテナンス

• 光造形樹脂は皮膚接触や吸入を避け、手袋と換気を必ず行う。
• PLAでも高温部には注意。加熱ベッド・ノズルに触れない。
• フィラメントは湿気で品質劣化するため乾燥保管を推奨。
• ノズル詰まり、ベッドの反り、接着不良などは定期的なメンテナンスで軽減できる。

法規・倫理・著作権についての注意

• 著作権や商標がある形状を無断で複製することは法的問題になる可能性があります。
• 安全性や規格が求められる部品（例えば航空・医療用）を資格や許可なしに使用すると危険です。用途に応じて専門家や法規制を確認してください。

最後に：始めるためのチェックリスト（簡易）

• 用途に合ったプリンター方式を決める（FDMは入門向け）
• まずはPLAフィラメントで練習
• スライサーソフト（Cura等）をインストールして設定を学ぶ
• キャリブレーションモデルで初期調整をする
• 安全対策（換気、保護具）と保守計画を立てる

この説明で3Dプリントの基本的な仕組み、材料、主な用途、始め方のイメージがつかめるはずです。興味があれば、まずは小さなプロジェクトから始めて、少しずつ材料や設定を試してみてください。

仕組み

モデリング

3Dプリントの第一歩は、コンピュータ上で何かを作ることです。CAD（Computer Aided Design）ソフトウェアや3Dスキャナーを使って行います。CADでは、まず基本的な形状を設計し、それをもとにモデルを作っていきます。3Dスキャナーは、対象物の寸法をたくさん測って、コンピューター上で自動的にモデルを作ってくれる機械です。非常に高速に処理できますが、その分コストもかかります。

CADモデルは通常、STLファイルとしてコンピューターに保存されます。三角形の塊として保存されるため、コンピュータの容量を節約することができる。

印刷

3Dプリンターには、さまざまな仕組みがあります。また、使用できる材料もさまざまです。どの方法にも、どの素材にも、メリットとデメリットがあります。

マシンを選ぶ際に考えるべきことは、通常、スピード、コスト、そしてカラーです。金属を直接扱うプリンターは一般的に高価です。しかし、より安価なプリンタは、金型を作るために使用することができ、その金型を使って金属部品を作ることができます。

一般的なレイヤーの厚さは100μm前後で、髪の毛の10分の1程度の厚さです。プリントには、複雑さや大きさによって、1時間弱から何日もかかることがあります。

フィニッシング

機械が印刷を終えた後、人が模型を仕上げることもあります。これは、見栄えをよくするために小さな修正を加えることを意味します。仕上げには、プリンターがモデルを支えるために置いた部材を外す作業も含まれます。これが結構時間がかかるんです。手早く済ませる方法もありますが、手で剥がすのが一番簡単な場合が多いです。

 

印刷前のコンピューターモデル


再生メディア 3Dプリンターでプロペラを印刷する様子。実機の4倍の速さの映像です。


大砲の3Dプリントの完成品

用途

DIY

多くの人が、家庭で使える安価な3Dプリンターを開発しようとしています。図書館も小型の3Dプリンターを購入するようになり、人々が購入しなくても3Dプリンターについて学べるようになりました。DIYコミュニティだけでなく、学校やハッカーコミュニティでも、多くの取り組みが行われています。2017年には、歯車や小さな装飾品などの小物に、自分の家で3Dプリントを使い始める人が増えていました。

メディカル

3Dプリンターは、医療用品を安く作るために使われています。補聴器と差し歯を作るのが2大用途になると考えられている

2014年3月、スウォンジーの外科医は、交通事故で重傷を負ったオートバイ運転者の顔を、3Dプリントされた部品を使って作り直しました。^[]

製造

2014年、スウェーデンの企業によって、3Dプリント部品を多く活用したスーパーカーがつくられた。Urbeeは、世界で初めて車体や窓を3Dプリントしたクルマです。

2015年には、英国空軍のユーロファイター・タイフーン戦闘機が3Dプリントされた部品で飛行しました。アメリカ空軍も3Dプリンターとの連携を始めており、イスラエル空軍もスペアパーツをプリントするために3Dプリンターを購入しました。

食品

食品は3Dプリントできる。チョコレートやキャンディーはもちろん、クラッカーやパスタ、ピザなどの平らな食品など、たくさんの種類の食品をプリントできます。NASAでは、廃棄物を少なくするため、また宇宙飛行士に必要な栄養素をすべて含んだ食品を作るために、食品をプリントしています。2018年、ジュゼッペ・スキオンティは肉に近い食品をプリントした。

銃

2012年、Defense Distributed社は、「3Dプリンターがあれば誰でもダウンロードして再現できる」3Dプリント銃のファイルをインターネットにアップロードしました。Defense Distributed社が計画を公開した後、銃規制の問題を引き起こすのではないかと心配された^[] 1年後の2013年5月、米国務省がDefense Distributed社に計画を取り下げるよう要請し、同社はそれを実行した。

教育

3Dプリントは、教室でのイノベーションと問題解決を高めています。デザイン学科の学生は、エンジニアリングの3Dプリントなどの科目でプロトタイプのプリントに使用できます。このデモは、すでに世界中のいくつかの教育機関で展開されています。

ヒストリカル

ここ数年、3Dプリンターは、歴史上の重要なものを安全に保管するために使われています。多くの博物館が3Dプリンターを購入し、遺物を固定するための部品を作っています。メトロポリタン美術館と大英博物館は、3Dプリンターを使ってレプリカを作り、ギフトショップで販売するようになりました。国立軍事史博物館とヴァルナ歴史博物館は、オンラインでデジタル版の遺品を販売しており、誰もが自宅で3Dプリントできるようになっています。

3Dプリンターでつくられた脊髄円盤


3Dプリンターで作られたエンジン


3Dプリンターで作られた角砂糖


3DプリントされたエジプトのファラオがThreedingで販売されました。

質問と回答

Q:3Dプリンターとは何ですか?

Q: 3Dプリントには、通常どのような材料が使用されますか?

Q:3Dプリンターの利点は何ですか?

Q:どんな人が3Dプリンターを使っているのですか?

Q: 技術はいつからあるのですか?

Q: ほとんどの3Dプリンターはいくらかかりますか?

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