3Dプリンターはどんな仕組みでできている？5つの造形方式を解説

3Dプリンターを使用すれば、プラスチックで様々なものを造形することができます。
ただ、具体的にどのような仕組みで、造形ができるのかを知らないという人もいるのではないでしょうか。

3Dプリンターにはいくつかの種類があり、それぞれ仕組みが異なります。その仕組みについて詳しく解説していきます。

様々な造形ができる3Dプリンター

3Dプリンターは、立体的な造形を行える機械です。大抵の3Dプリンターはプラスチック材料を使用した造形を行いますが、中には金属や食品で造形を行える特殊なものもあります。

いずれの場合も、パソコンで作成した3Dモデル（3Dデータ）を元に、忠実な形を作ってくれます。3Dモデル（3Dデータ）さえ用意できれば、手先が器用ではない人でも精度の高い造形が可能です。
また、造形は3Dプリンターが自動で行ってくれるため、ユーザーは待っているだけで済みます。

3Dプリンターの造形方式ごとの仕組みを解説

3Dプリンターは、どれも同じ造形方式とは限りません。主に5つの造形方式に分かれています。
その造形方式の特徴やメリットとデメリットを確認していきましょう。

3Dプリンターの造形方式①：熱溶解積層方式

数ある3Dプリンターの中でも定番と言えるのが、熱溶解積層方式です。細長い線状の材料であるフィラメントを、ノズルの熱で溶かして射出する仕組みになっています。
基本的にはプラスチック樹脂のフィラメントを使用しますが、カーボンや金属にも対応している3Dプリンターもあります。

熱溶解積層方式は、溶けたフィラメントを動くノズルが積み上げていくというシンプルな仕組みとなっています。そのため、扱いが容易である点がメリットです。
また、選べる製品の数が多く、予算や使用環境に適したものが見つかりやすいのもメリットと言えるでしょう。さらに、使用するフィラメントの種類次第で、性質が大きく異なるものを作れるというメリットもあります。

ただ、溶けた材料を積み重ねた層と層の間にできる、積層痕が目立つのがデメリットです。そして、強い力がかかると、層を境目にして破損してしまうリスクが高いというデメリットもあります。

3Dプリンターの造形方式②：光造形方式

液体状になっているブラスチック樹脂に、紫外線を当てて造形を行う方式です。材料のプラスチック樹脂が、紫外線で硬化する性質を持っています。
そして、広い範囲に紫外線照射をするDLP型やLCD型、レーザーを使ってピンポイントで照射を行うSLA型など、光造形方式の中でも複数の種類に分かれます。

光造形方式は、液体から造形を行うという性質上、積層痕が目立ちにくいのがメリットです。そして、紫外線を通すために、透明度の高い材料を使います。そのため、透明で美しい造形を行えるのもメリットです。

ただ、紫外線の影響を受ける材料を使用するという性質上、太陽光に含まれる紫外線で劣化や変色をしてしまうというデメリットがあります。
また、液体状のプラスチックは人体に有害であり、扱いが難しい点もデメリットと言えるでしょう。

関連記事：3Dプリンター知識「光造形方式3Dプリンター」について徹底解説！

3Dプリンターの造形方式③：インクジェット方式

紙にインクを吹き付けて印刷するプリンターと同じように、液体プラスチック樹脂を吹き付けて造形を行う方式です。
吹き付けた液体樹脂は、紫外線によって硬化させます。そのため、光造形方式の一種として扱われることも多いです。

インクジェット方式で使用できる樹脂の種類は非常に多く、複数の色を使ってカラフルな造形を行えるのがメリットです。また、性質の異なる樹脂を組み合わせた、特殊な造形も不可能ではありません。
そして、造形スピードが速いというメリットもあります。

その反面、材料が高額で、造形中に支えとなるサポート材を大量に使用しなければならず、造形コストが高くなってしまうのがデメリットです。
また、光造形方式と同様に、太陽光で劣化や変色をしてしまうというデメリットもあります。

3Dプリンターの造形方式④：粉末燃結方式

粉末状になっている材料にレーザーを当て、熱で溶かして造形を行う方式です。使用できる素材が非常に豊富で、金属などで造形を行えるというメリットがあります。
また、造形中は粉末が支えとなるため、サポート材が必要ないのもメリットです。そして、溶かして造形を行うという性質上、材料同士の結合が強い、耐久性のあるものを作れるというメリットもあります。

デメリットは、金属を溶かせる高出力レーザーを搭載するため、本体価格が高い点です。また、機械のサイズが大きく、設置する場所が限られるというデメリットもあります。

3Dプリンターの造形方式⑤：粉末固着方式

粉末状の材料を、専用の接着剤で固めて造形を行う方式です。多くの3Dプリンターは、プラスチック樹脂が基本材料ですが、粉末固着方式の基本材料は石膏となっています。
ただ、プラスチック樹脂を使用できる粉末固着方式3Dプリンターも多いです。
また、他の造形方式とは違い、砂糖を固めて、細工を施した菓子を作れるという特徴もあります。

粉末固着方式の大きなメリットは、着色された材料を使って、カラフルな造形が行えることです。材料の配置次第で、造形後の塗装作業を省けます。
そして、造形スピードが速いというのもメリットです。

ただ、主に使用するのは脆い石膏なので、造形したものの耐久性が低いというデメリットがあります。
また、粉末を固めているという性質上、造形したものの表面が粉っぽくなってしまうのもデメリットです。細かな凹凸ができてしまうため、研磨など、塗装以外の仕上げ作業が必要になるかもしれません。

3Dプリンターを使用する基本的な手順

3Dプリンターを使用する大まかな手順は、どの造形方式でも共通しています。その手順について簡単に解説していきます。
関連記事：誰でも簡単にできる！3Dプリンターの使い方について解説

3Dソフトでモデルを作成

3Dプリンターを使用するためには、まずパソコンの3Dソフトを使用して3Dモデル（3Dデータ）を作成しなければなりません。
基本は3DCADソフトを使用しますが、3DCGソフトでも3Dプリンター用のモデルを作ることができます。

関連記事：3Dプリンターのデータを作成するには？ 5つの方法を徹底解説

スライサーソフトで3Dプリンターに対応したデータ形式にする

3Dソフトで作成したデータは、そのままでは3Dプリンターで使用することができません。
3Dプリンターは、輪切りにしたモデルを積み重ねていくという仕組みなので、輪切りデータが必要です。そのため、スライサーソフトを使用して輪切りデータへと変換させます。

3Dプリンターで造形を行う

輪切りデータが完成したら、それを3Dプリンター側に送り、造形を始められます。
造形方式に応じた材料の補充や調整を行い、造形を開始したら、後は待っているだけです。
造形が完了するまでに、数時間かかることは珍しくありません。造形方式やモデルのサイズ次第で、10時間以上になることもよくあります。

造形完了後は後処理が必要

3Dプリンターを使用した造形が完了したら、後処理が必要になることが多いです。
後処理の内容は、造形方式ごとに異なります。光造形方式の場合は、造形後も表面に液体プラスチックが付着したままなので、洗い流さなければなりません。
熱溶解積層方式と光造形方式、インクジェット方式は、サポート材の除去が必要になる場合があります。
粉末燃結方式や粉末固着方式では、表面の粉末を取り除かなければなりません。
また、造形が荒い場合は研磨する仕上げ作業も必要です。

初心者向けの3Dプリンターの造形方式とは？

主に5つある3Dプリンターの造形方式の中で、初心者には熱溶解積層方式が向いています。
3Dプリンターの中でも定番であるため、低価格のエントリーモデルが豊富で、初心者でも入手しやすいからです。
そして、構造がシンプルで、トラブルが起きにくいという点も初心者向けと言えるでしょう。

また、熱溶解積層方式ほどではないものの、光造形方式も定番の3Dプリンターです。初心者向けの光造形3Dプリンターも数多く市販されています。
したがって、液体プラスチックの扱いに注意できるのであれば、光造形方式を選んでも良いでしょう。

初心者向けではない造形方式

インクジェット方式と粉末燃結方式、粉末固着方式の3Dプリンターは、熱溶解積層方式や光造形方式ほど定番ではありません。製品の数も少なく、主に業務用なので価格が高いです。工場などに設置する大型モデルも少なくありません。
さらに、3Dプリンターの中でも特殊な方式なので扱いが難しいです。よって、初心者向けとは言えません。