ラピッドプロトタイピング【キーワード学習】

ラピッドプロトタイピングとは？【技術士二次試験】

ラピッドプロトタイピングは「 Rapid Prototyping：RP」の片仮名読みです。
プロトタイピングを高速に行う課程およびその手法のことを示します。
出力物は「プロトタイプ（モデル）」と呼ばれます。

狭い意味で言うと「RP＝3Dプリンティング」です。
その一方で、下記のような機器の利用を含める広義な場合もあります。
3DプリンターはあくまでRPを行うための手段に過ぎません。

3Dプリンター
3Dスキャナー
レーザーカッター

「RP」長所と短所

長所
早く実物を確認できることで大きさや形状のイメージを共有できる。
組立性や部品の動作を確認することができる。
社内だけでなく顧客に対してのヒアリングで効果的である。
短所
プロトタイプのイメージに縛られて製品が発展しない場合がある。
プロトタイプが独り歩きして製品がかけ離れたものになる。

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リンク

3Dプリンターの概要と特徴（AM）

3Dプリンターは扱える材質によって選択できる方式が異なります。主に「樹脂と金属」のどちらを使用するかで選択します。RPといっても踏むべき手順がありますので簡単に記載します。

3Dプリンタは旋盤やフライス盤での「除去加工」と対比して「付加製造：AM（Additive Manufacturing）」とも呼ばれます。

準備（3Dモデルの準備、サポートの検討、データ変換など）
造形（造形中は待っているだけでOK）
後処理（サポート除去、硬化、焼結、追加工、洗浄など）

光造形方式

主に紫外線で硬化する紫外線硬化樹脂を１層毎に積層することにより立体形状を得る方式。

長所
光を使用するため高精度な造形品質（寸法精度）になる。
短所
紫外線硬化樹脂は皮膚に触れると有毒であるため扱いに注意が必要である。
モデルから未硬化の樹脂を除去したり追加硬化したりなど後処理が必要である。

熱溶融積層方式（FDM方式）

熱可塑性樹脂を高温のノズルから押し出し１層毎に積層することにより立体形状を得る方式。

長所
装置の構成が簡易であるため安価である。家庭用にも最も普及している方式である。
短所
ノズルから樹脂を造形ベッドやモデルに押し付けるため寸法精度が低い。
高温に樹脂を加熱するため火災などの安全性の懸念がある。

パウダーベッド方式

粉体を敷き詰めた容器に電子ビームやレーザーを照射することで１層毎に積層することにより立体形状を得る方法。

長所
使用材料として金属を選択することができる。
粉体がサポートになるためサポート除去が不要である。
短所
造形後に焼結させるため加熱の後処理が必要である。
金属材料であるため材料費が高くまた材料の再利用が難しい。

3Dプリンター共通の「メリットとデメリット」

メリット
- 自由形状が得られる
- 金型が必要ない、
- 少量から作成できため、多品種の生産に向いている、
- 装置稼働中は無人で動作する、
デメリット
- 大量生産には向かない。
- 造形部品ごとにばらつきが大きい。
- 材料に異方性がある
- 造形時間が長い
- 造形物の表面に積層あとがある
- 寸法精度が低い
- 部品サイズが装置サイズに依存する

金属３Ｄプリンターの概要と特徴

現在では樹脂材料を利用した３Ｄプリンターだけでなく金属材料も扱えるようになってきた。
そこで代表的な金属３Ｄプリンターの製造方式を３つご紹介します。

パウダーベッド方式
メタルデポジィション方式
バインダージェット方式

パウダーベッド方式

金属パウダーベッド方式は最も一般的な金属の造形方式です。
金属を敷き詰めたベッドにレーザーや電子ビームを照射し、選択的に溶融させ１層ずつ立体造形する方式です。
パウダー自体がサポート材になるためサポート材の除去が不要です。
それでも金属パウダーの除去は必要です。
また選択材料も金属造形の中では最も豊富です。

メタルデポジィション方式

メタルデポジション方式は造形ノズルの先端から金属粉末を指向性を付けて噴射し同時にレーザーを照射することで、ベッドに立体造形する方式です。
光源としてレーザーや電子ビームなどが使用されます。パウダーベッド方式ほどの精度は出せませんが既存のベース形状があればその上から造形できるので欠損部分の補修や機能の付加などに利用できます。