【2024】3Dプリンターのデメリットは？メリットもあわせて方式別にも解説

3Dプリンターは近年、その高い技術力と可能性から、製造業や医療、教育現場に至るまで幅広い分野で活用されています。しかし、3Dプリンターは万能ではありません。

この記事では、3Dプリンターのデメリットとメリットについて詳しく解説します。さらに、各造形方式ごとの特徴も整理し、導入前の注意点や最適な活用方法についても紹介します。

3Dプリンターの導入を検討している方や、詳しく知りたい方はぜひ参考にしてみてください。

そもそも3Dプリンターとは？

3Dプリンターはデジタルデータをもとに、樹脂や金属、セラミックなどの素材を積層することで立体物を作り上げる装置です。

従来の「削る」「型を使う」製造方法とは異なり、積層造形による独特のアプローチが特徴です。これにより、複雑な形状や一品物の製造が可能になり、多くの業界で革新的な技術として注目されています。

3Dプリンターの特徴や機能などについて詳しく知りたい方は、以下の記事を参考にしてください。

3Dプリンターとは？よくある質問やおすすめのプリンターを紹介

3Dプリンターのデメリットとは？

3Dプリンターには多くの可能性が秘められていますが、現実的な運用にはいくつかの制約があります。ここでは、3Dプリンターの導入を検討する上で重要なデメリットについて解説します。

• 導入コストとランニングコストがかかる
• 大量生産に不向き
• 造形物の強度や耐久性に問題が生じる

導入コストとランニングコストがかかる

3Dプリンターは、初期投資が高額です。家庭用であっても数万円から数十万円、業務用の高性能機種では数百万円以上になることも珍しくありません。さらに、運用には素材費や保守費用も必要です。

たとえば、樹脂フィラメントや金属粉末などの材料費は、製造物の種類や量によってコストが増大します。また、定期的なメンテナンスや故障時の修理費用も考慮しなければなりません。

これらのランニングコストが、長期的な利用を左右する要素となるでしょう。さらに、安価な機種では造形精度が低く、用途が限られるため、必要に応じた高性能モデルの選定が求められます。これにより、コスト負担がさらに増大する可能性があります。

大量生産に不向き

3Dプリンターは、カスタマイズや試作品の製造に強みを持つ一方、大量生産には向いていません。その理由は、造形速度とコストです。一般的な3Dプリンターでは、1つの製品を作るのに数時間から数日を要することがあります。

また、大量生産においては、従来の射出成形やプレス加工と比較して、単価が高くなる傾向があります。そのため、たとえば製造業では量産には適さず、プロトタイプや小ロット生産に活用されることが一般的です。

造形物の強度や耐久性に問題が生じる

3Dプリンターで作られる造形物は、積層構造の影響を受けるため、従来の製造方法に比べて強度や耐久性が劣ることがあります。特に、層と層の間で生じる接合面の弱さは、大きな課題です。

たとえば、熱溶解積層方式（FDM）の場合、製品に外力が加わると層間で割れやすい性質があります。このため、負荷がかかる部品や耐久性が求められる用途では注意が必要です。

高強度を実現するためには、素材選びや造形条件の最適化が求められるため、最低限の知識と技術的な経験が求められます。

造形精度や仕上がりが期待通りにならない可能性がある

3Dプリンターは、設計データ通りに造形できることが特徴ですが、実際には精度や仕上がりにばらつきが生じることがあります。具体的には、微細なパーツや複雑な形状の造形では、素材が収縮したり歪んだりする可能性があります。

また、積層痕(せきそうこん)が目立つため、滑らかな表面を実現するには追加の研磨や仕上げ作業が必要です。これらのプロセスが手間となり、コストや時間がかかる場合もあります。

3Dプリンターのメリットとは？

デメリットがある一方で、3Dプリンターには大きなメリットも存在します。ここでは、3Dプリンターの主なメリットについて詳しく見ていきましょう。

• 試作や開発期間を短縮できる
• 開発コストの削減が期待できる
• 在庫管理の効率化とロスの削減につながる
• 新しいアイデアをすぐに形にできる

試作や開発期間を短縮できる

3Dプリンターの最大のメリットの一つは、試作品を迅速に作成できる点です。従来の試作プロセスでは、型を作る必要があり、完成までに数週間から数カ月を要することが一般的でした。

しかし、3Dプリンターを使えば、デジタルデータから直接造形が可能です。たとえば、製造業では、3Dプリンターを活用して開発初期段階の試作品をすばやく用意することで、設計ミスや仕様変更への対応が容易になります。

これにより、デザインの修正や改良を迅速に行うことができ、製品開発のスピードが飛躍的に向上するでしょう。

開発コストの削減が期待できる

3Dプリンターの導入は、長期的に見ればコスト削減につながる可能性があります。従来の製造方法では、高価な型を作る必要があり、特に少量生産の場合はコスト負担が大きくなります。

しかし、3Dプリンターを活用することで、型を用いずに直接製造が可能になるのです。

これにより、少量生産やカスタム製品のコストが大幅に削減されます。また、試作品を作成する際の材料ロスが少ないことも、コスト削減のポイントです。さらに、設計ミスが早期に発見できるため、後工程での修正コストも軽減されます。

在庫管理の効率化とロスの削減につながる

3Dプリンターは「オンデマンド生産」を可能にします。必要な時に必要な量だけ生産できるため、在庫を持つ必要がなくなるのです。特に、多品種少量生産を行う業界で大きなメリットとなるでしょう。

従来の製造プロセスでは、大量の在庫を抱えるリスクや、売れ残りによる廃棄ロスが問題となっていました。3Dプリンターを活用すれば、このような課題を解消でき、効率的なサプライチェーンを構築することが可能です。

新しいアイデアをすぐに形にできる

アイデアを即座に形にできるのも3Dプリンターの大きな魅力です。デザイナーやエンジニアは、3Dプリンターを活用することで、クリエイティブな発想をすぐに具現化できます。試行錯誤を繰り返すプロセスが簡単になり、製品開発からローンチまでのスピードが加速するでしょう。

たとえば、プロダクトデザインの分野では、思いついたコンセプトをその日のうちにプロトタイプとして確認することが可能です。これにより、新製品の開発や市場投入のスピードを大きく引き上げてくれるはずです。

3Dプリンターの造形方式別デメリット

3Dプリンターにはさまざまな造形方式が存在し、それぞれに特有の課題があります。以下では代表的な方式ごとにデメリットを見ていきましょう。

熱溶解積層方式（FDM）のデメリット

FDM方式は、フィラメント状の素材を熱で溶かし、層を重ねることで造形する方式です。この方式は比較的低コストで利用できるため、家庭用から業務用まで広く普及しています。

しかし、造形物の精度が他の方式に比べて低いという点がデメリットです。特に小型部品や複雑な形状を作る際には、仕上がりが粗くなることがあります。

また、積層痕が目立ちやすいため、滑らかな表面仕上げを求める場合は追加の研磨作業が必要です。さらに、材料の選択肢が限られる点もデメリットです。耐熱性や耐久性が必要な製品には不向きな場合があります。

光造形方式（SLA）のデメリット

SLA方式は、液体の光硬化性樹脂にレーザー光を照射し、選択的に硬化させて積層する手法です。高い造形精度と滑らかな表面仕上げが特徴ですが、いくつかのデメリットがあります。

まず、使用する樹脂が紫外線に弱く、直射日光に長時間さらされると変形やひび割れが生じる可能性があります。また、造形後には未硬化の樹脂を洗浄する必要があり、洗浄液の廃棄処理など取り扱いに注意が必要です。

さらに、材料費や装置の導入コストが高く、ランニングコストも高くなる傾向があります。これらの点から、SLA方式は取り扱いに細心の注意が求められます。

粉末焼結方式（SLS）のデメリット

SLS方式は、粉末状の材料にレーザーを照射して焼結し、層ごとに積み重ねて造形する手法です。サポート材が不要で複雑な形状の造形が可能ですが、造形物の表面がザラザラとした質感になりやすく、滑らかな仕上がりを得るには後処理が必要です。

また、装置や材料のコストが高く、導入や運用に高額な費用がかかることがあります。さらに、粉末材料の取り扱いには専門的な知識と設備が必要で、作業環境の管理にも注意しなければなりません。

これらの点から、SLS方式は高精度や高品質な仕上がりを求める場合には追加の工程が必要となるケースがあります。

粉末固着方式（Binder Jetting）のデメリット

Binder Jetting方式は、粉末材料に結合剤を噴射して層を形成し、積層して造形する手法です。デメリットとして、造形物の強度が他の方式に比べて低く、機械的な負荷がかかる用途には適さない場合があります。

また、造形後に焼結や含浸処理などの後処理が必要となることがあり、これらの工程に手間とコストがかかることがあります。さらに、使用できる材料が限られており、特定の素材や特性を求める場合には対応できないケースがあるため注意しましょう。

インクジェット方式のデメリット

インクジェット方式は、液体樹脂や結合剤を噴射し、紫外線で硬化させながら積層して造形する手法です。高精度で滑らかな表面仕上げが可能ですが、使用する材料が紫外線に弱く、直射日光に長時間さらされると劣化する可能性があります。

また、造形中に特有の臭気が発生することがあり、作業環境の換気や管理に注意が必要です。さらに、サポート材の除去や後処理に手間がかかることがあり、これらの工程が全体の作業効率に影響を及ぼすことがあります。

3Dプリンターの造形方式別メリット

次に、各造形方式のメリットについて解説します。それぞれの方式が持つ特性を理解して、最適な3Dプリンターを導入しましょう。

熱溶解積層方式（FDM）のメリット

FDM（Fused Deposition Modeling）方式の最大の利点は、装置の価格が比較的安価で、操作が簡単であることです。そのため、初心者でも扱いやすく、家庭用から業務用まで幅広く普及しています。

また、使用可能な材料の種類が豊富で、ABSやPLAなどの一般的なプラスチックから、木材や金属を混ぜた特殊なフィラメントまで、多様な選択肢があります。これにより、試作や趣味の製作、教育現場での利用など、さまざまな用途に対応可能です。

さらに、FDM方式は造形速度が速く、短時間でモデルを作成できるため、迅速なプロトタイピングに適しています。

光造形方式（SLA）のメリット

SLA（Stereolithography Apparatus）方式は、高い造形精度を誇り、滑らかな表面仕上げが可能です。微細なパーツや複雑なデザインのモデルを高精度に再現できるため、医療用モデルやジュエリーの試作など、細部の再現性が求められる分野で活躍します。

また、SLA方式は層の厚さを非常に薄く設定できるため、細部まで精密に造形できます。さらに、使用する樹脂の種類によっては、透明性や特殊な物性を持つものもあり、特定の用途に合わせた材料選択が可能です。

粉末焼結方式（SLS）のメリット

SLS（Selective Laser Sintering）方式は、強度や靭性・剛性のある製品づくりに適しています。焼結によって素材が一体化するため、層間剥離のリスクが少なく、機械部品や負荷のかかるパーツの製造におすすめの3Dプリンターです。

また、粉末自体がサポート材の役割を果たすため、複雑な形状や入り組んだデザインの造形も可能です。さらに、ナイロンやポリアミドなどの材料を使用できるため、多様な用途に対応できます。

粉末固着方式（Binder Jetting）のメリット

Binder Jetting方式では、フルカラー造形が可能です。結合剤に色を付けることで、デザインの確認やフィギュア・建築モデルの製作など、色の表現が重要な造形物をプリントできます。

また、造形スピードが他の方式の3～5倍と速く、サイズの大きい造形物でも短納期で製作できます。さらに、サポート材が不要のため後処理も容易で、ランニングコストが安価である点も魅力です。

インクジェット方式のメリット

インクジェット方式のメリットは、複数の材料を同時に扱える点です。硬質の材料と軟質な材料を混ぜ合わせて、造形物の部分部分で色や硬さを変えるといったことも可能で、多様な立体造形物を製造できます。

また、面単位で積層するため、複数個の造形物を同時に製造する際、造形にかかる時間が他の方式に比べて短くて済むというメリットがあります。さらに、積層ピッチが細かく、より精緻で表面の滑らかな造形が可能である点も特徴です。

3Dプリンター導入前の注意点と対策

3Dプリンターを導入する前には、目的に応じた選択や計画が重要です。ここでは、導入時に押さえておくべきポイントを解説します。

• 目的に合った造形方式と材料を選ぶ
• コストとパフォーマンスをチェックする
• 技術習得と人材育成を進める

目的に合った造形方式と材料を選ぶ

3Dプリンターには、FDM（熱溶解積層方式）、SLA（光造形方式）、SLS（選択的レーザー焼結方式）など、複数の造形方式が存在し、それぞれ特性が異なります。たとえば、試作や小ロット生産を目的とする場合、コストが低く手軽に利用できるFDM方式が適しています。

また、材料選びも重要な要素です。耐熱性を求める場合にはABS樹脂や金属粉末、柔軟性を求める場合にはTPU（熱可塑性ポリウレタン）など、用途に応じた素材を選択する必要があります。

このように、目的に合わせて適切な方式と材料を選ぶことで、3Dプリンターの最大限のパフォーマンスを引き出せるのです

3Dポインターを購入する際のポイントを詳しく知りたい方は、ぜひ以下の記事を参考にしてください。

【2024】3Dプリンターの購入ポイントは？おすすめ3Dプリンターも紹介

コストとパフォーマンスをチェックする

3Dプリンター導入時には、初期投資と運用コストの両面から検討する必要があります。初期投資には、プリンター本体の価格だけでなく、関連するソフトウェアや周辺機器の費用も含まれます。

さらに、運用に必要な素材費や保守費用、消耗品のコストを加えたトータルコストを検討することが必要です。特に、後処理の手間や加工にかかる時間も考慮するべきポイントです。

プリンターの性能が自社の製造ニーズを満たしているかどうかを確認し、費用対効果を最大化できるよう慎重に選択しましょう。

技術習得と人材育成を進める

3Dプリンターを導入する際、3Dプリンターの操作だけでなく、造形データの設計や後処理に関する知識が必要です。3DモデリングやCADソフトの活用方法を習得することで、思い描いた製品を正確に造形するスキルが求められます。

また、造形方式によって必要な工程やメンテナンスの手順が異なるため、それぞれの特性を理解した専門性の高い人材を育成することが重要です。

3Dプリンターを適切に扱うための技術習得と人材育成を進めることで、導入後の生産性向上やトラブル対応力の向上が期待できます。

3Dプリンターのデメリットまとめ

3Dプリンターは画期的な技術ですが、いくつかのデメリットがあります。初期投資が高額であり、さらに運用には材料費や保守費用などのランニングコストがかかります。

また、造形方式によっては、造形精度や表面仕上げに限界があるため、追加の後処理が必要です。特定の用途では、強度や耐久性に課題を抱えることが多く、期待通りの性能を発揮できない場合もあるでしょう。

一方で、適切に導入・運用することで、試作スピードの向上、製造コストの削減、在庫管理の効率化など、多くのメリットを享受できます。3Dプリンターを導入する際には、デメリットを理解した上で、目的やニーズに合ったものを選びましょう。

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