つれづれデジカメ日記

どの造形方式の3Dプリンターでも、ある程度の後処理が必要になりますが、光造形方式の場合は、洗浄と、必要に応じて二次硬化やサポート部の除去、また研磨が必要になります。

まず造形が終了したら、エタノールなどを使用して洗浄し、造形物に付着した未硬化の光硬化性樹脂を除去します。

表面だけでなく、細かい隙間などに入り込んだ液体樹脂もしっかり取り除く必要があります。

造形物が溶けてしまう可能性があるため、長時間洗浄液に浸けすぎないように注意しましょう。

洗浄が終わったら、必要に応じて二次硬化を行います。

使用する光硬化性樹脂や3Dプリンターの性能などによっては、造形時の光やレーザーの照射だけでは完全に硬化されておらず、半硬化の状態になっていることがあるからです。

半硬化の状態の造形物は、本来の強度などを実現できておらず、そのまま使用すると、変形や破損の恐れがあります。


特に高性能な樹脂を使用している場合は、しっかりと二次硬化を行いましょう。

造形に際して、サポート部が一緒に造形されている場合は、この段階でサポート部の除去を行います。

光造形方式の場合、造形物とサポート部が同じ材料のため、サポート部の除去にはやや手間がかかります。

サポート部が多い方が、造形物の精度は高くなりますが、多すぎるとサポート部の除去作業が困難になるため、必要最小限にとどめておくのがポイントです。またサポート部をニッパーなどで切断できるくらい細くしておくと、除去作業が楽になります。

サポート部を自動で設定してくれる3Dプリンターもありますが、経験を重ねて、必要に応じて作成者が調整できるようになるとベストです。


サポート部の除去が完了したら、造形物の表面を研磨して見た目を美しく仕上げていきます。

光造形方式は熱溶解積層方式（FDM方式）と比べて積層面が目立ちにくく、比較的この仕上げ作業が楽に済みます。

しかし、サポート部が多かったり、洗浄をしっかりせずに、二次硬化をしてしまったりすると研磨が大変になるため、サポート部は必要最小限にとどめると共に、二次硬化の前にしっかりと洗浄を行うようにしましょう。

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変化する3Dプリンター出力の役割
3Dプリンターの普及当初は、形状確認を目的としたプロトタイプとして1～5個程度の試作に使用されることが主流でした。当時は製品として使用できるレベルの精度を出そうとすると、高価なハイスペック機を使う必要があり、コスト面で現実的ではなくなるためです。その一方で形状確認という目的に対しては十分なレベルであり、かつ他の製作方法よりも気軽に、速く製作できることから3Dプリンターの主な用途として使用されていました。


ここ数年でミドルクラスの3Dプリンターの改良が進み、高精度の造形物を他の製作方法に劣らないレベルで実現できるようになりました。そのため、試作以外にも、数十個～数百個の量産および量産試作の手段としても使用されるようになりました。


3Dプリンターで量産するメリット
ここでいう「量産」とは、数量を問わず金型を作るなどして生産することを指します。3Dプリンターで量産をする大きなメリット、それは金型を作るよりも生産スピードが圧倒的に早く、コストも低いことにあります。切削加工では加工が難しい形状である場合も3Dプリンター出力を選ぶことで上記のメリットを享受することができる場合があります。
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強度を保ちつつ軽量化が図れる
ラティス構造は格子状になっているので、強度を保ちつつ軽量化が図れるメリットがあります。そのため、金属の構造部分などに採用することで、経年劣化による強度の低下などを防ぎやすくなるでしょう。

また、外形を変えずに軽量化が図れるメリットを活かし、自動車やスマートフォンなど、軽量化が求められる製品の部品としても活用されています。

通気性や冷却効果が高く弾力性もある
造形物の中に空間を生み出す構造のため、通気性・冷却効果・弾力性などが高いこともラティス構造のメリットです。

通気性とは、空気が出たり入ったりする性質のことです。通気性が高いと風通しが良くなるだけでなく、雑菌の繁殖やカビの発生も抑えられるでしょう。


冷却効果とは、対象物から熱を奪って温度を下げる効果を指します。冷却効果が高い素材は、温度の上昇が問題点となる自動車部品などによく用いられます。

弾力性とは、外からの力による変形を元に戻そうとする性質のことです。例えば、靴のアウトソールに弾力性が高いラティス構造を採用すると、足への衝撃を吸収したり、反発力によって歩行をサポートしたりする効果が期待できるでしょう。

生体適合性が高い
生体適合性が高いことも、ラティス構造の大きなメリットです。生体適合性は、ある材料を生体内に使用した際に材料が生体になじみやすく、副作用などの有害な影響をおよぼさない性質を示します。

生体適合性が高いと生体へのダメージが少ないだけでなく、材料も生体からの影響を受けにくいため、生体内で機能を発揮しやすくなるでしょう。


ラティス構造は生体適合性が高く、医療品との相性が良いので、生体の骨として代用するなどの活用法が考えられています。

3Dプリンターならではの形状として有名なものにラティス（格子）構造というのがあります。更に最近ではポーラス体（多孔質体）といった、従来工法では実際のモノづくりへの活用が難しかった形状や素形材についても、当社のお客様からお問い合わせを頂くことがあります。

今回は、そういった金属3Dプリンターならではのカタチである、ラティス構造やポーラス体の作製方法と課題について解説します。

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精度の高さや安定性
歯科用3Dプリンターは、造形物で治療計画やインプラント治療のチェックなどを行うため、造形物に高い精度が求められます。光造形法の4K LCDパネルを用いた3Dプリンターなら、わずか数十ミクロンの単位で、精密な造形が可能です。また、安定性の高い機器であれば、積層痕の目立ちにくい造形を実現します。

造形スピード
自社で3Dプリンターを導入することで、外注の手間や運送にかかる時間を削減できますが、より早く造形物を得るには、3Dプリンターの造形スピードが重要になります。


歯科用3Dプリンターの多くは、光造形法が採用されています。なかでもDLPやLCDのタイプは、プラットフォームに対して面で光を照射し、材料を硬化させるため、複数の模型でもスピーディーに印刷できます。ただし、DLPやLCDの3Dプリンターは、造形スペースが広いと解像度が低く設計されている場合があります。機器の解像度の高さをよく見た上で、造形スピードも確認するようにしましょう。

使える材料
3Dプリンターは、機器によって使える材料が異なります。一般的な3Dプリンターは、診断用の模型のみになりますが、一部の高機能モデルは、矯正アライナー用、サージカルガイド用、プレス・鋳造用などの模型を造形することができます。歯科用3Dプリンターの導入を検討する際は、どのような模型を造形するか判断した上で選ぶようにしましょう。


コスト
歯科用3Dプリンターを運用すると、機械の導入コストだけでなく、ソフトウェアなどの初期コスト、材料などのランニングコスト、メンテナンスなどの維持コストがかかります。これらを考慮して、自社で3Dプリンターの導入を検討した際に、どれだけのコストメリットが得られるかをよく見ておきましょう。

しっかりと検討ができていれば、歯科用3Dプリンターの導入後に、外注で模型を製作した場合と比べて大きくコストを削減できます。

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産業用ロボットとは、主に製造現場の生産ラインにおいて、自動化や効率化を目的として導入されるロボットです。自立歩行をする人型ロボットや、家庭用のお掃除ロボットなど多岐にわたりますが、なかでも最も多く利用されているのが産業用ロボットです。

ロボットには多くの種類がありますが、従来は明確な定義がありませんでした。2006年、経済産業省は「ロボット政策研究会報告書」で、ロボットについて「センサー、知能・制御系、駆動系の3つの要素技術を有する、知能化した機械システム」と広く定義することにしています。


産業用ロボットは、関節といえる可動軸、アームを備えたロボット本体と可動ボックス、プログラムなどの操作に使われるティーチングペンダントの3つが1セットになっています。これが産業ロボットの基本構成です。

サービスロボットとの違い
ロボットの種類としては、前述の産業ロボットのほかに「サービスロボット」があります。サービスロボットは、人々の日常生活でさまざまなサービスを提供するロボットです。

産業用ロボットとサービスロボットの違いは、人間との距離です。

産業用ロボットは工場などで、主に柵で区切られた空間で人間と離れて動作します。そのため、大きなエネルギーやパワーを発揮できて、素早く動けます。

一方のサービスロボットは、家庭や公共空間など人間と同じ空間で動作することから、安全性が重要視されます。

サービスロボットの本体には数多くのセンサーが搭載されており、状況を判断して人間と衝突しないように避けて動きます。仮に人間と衝突しても、人間に大きな被害が出ないような制御機能や、衝撃を抑えるために機体の柔らかさが求められます。


また、産業用ロボットは、自動車や建設機械の溶接・塗装、電気製品の組み立てなど、文字どおり産業面で使われています。サービスロボットの仕事は、掃除やお留守番、警備、受付などです。

ちなみに、工場などにおいて人間と同じ空間で一緒に働くように設計された「協業ロボット」という分類も存在します。人間との距離はサービスロボットと同様に近いですが、協業ロボットは工場などで人間の作業を支援するものであり、サービスロボットとは用途が異なります。
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