3Dプリンター活用術｜用途や業界別の導入事例を紹介

3Dプリンターは、広く認知され始めてから急速に技術が発展し、活用の幅も広がっています。
特定の産業や分野のみならず、さまざまな活用方法が見出されている点に、3Dプリンターのさらなる可能性を感じる方や企業は多いでしょう。そのような中、導入や活用を始めるにはまだ情報が足りないと考える企業もあるようです。
本コラムでは、3Dプリンターの活用例や活用のメリット、積極的に活用されている業界を紹介します。


3Dプリンターの活用は、製造分野のみならずさまざまな分野に広がっています。ここでは、3Dプリンターの活用例を紹介します。


企業が製品を開発する際、試作品製作が欠かせません。
3Dプリンターは、製品の試作品製作に多々活用されています。3D CADを用いて試作品の造形データを作成し、それを出力することで試作品が完成します。一つひとつ人の手で作るよりも、圧倒的に手間をかけず必要なモデルを造形できます。試作品に問題がある場合は、データの微調整により再製作が可能です。人の手で製作する場合や金型を用いて製作する場合に比べ、3Dプリンターは手軽に試作を繰り返すことができます。特に、新製品開発の際は多くの試作品を必要としますが、3Dプリンターにより手軽に試作品を製作することができれば、比較検討がしやすくなります。短期間かつ柔軟性の高い製品製作につながるため、3Dプリンターは多くの企業で活用されています。

試作品製作と同様に、治具製作にも3Dプリンターが活用されています。製品の加工や組み立てに不可欠な治具は、使用回数が少ないケースが見られます。中には、一度しか使われないものもあるでしょう。使用回数や頻度の少ない治具であれば既存の工法に比べて3Dプリンターの方が納期を短縮でき、コストメリットが出る場合があります。製品の試作品製作のように、データを微調整して必要な治具に作り変えることが容易です。製造工程全体の効率化やコスト削減等につながり、製造現場におけるさまざまな面での改善ができます。量産塗装ラインの品質を3Dプリンター技術で改善した事例をこちらで紹介しています。

日本では急激な経済成長が終わり、維持の時代へと突入しています。まだ成長する可能性を残しつつも、今後は生き残りに焦点を当てる必要が出てきています。近年のグローバル化と多様化により、大量生産よりも移り変わりの早い社会や消費者のニーズに適切に応えるため、多品種小ロットの製品生産への対応が求められます。多品種小ロットの生産と商品展開が主流になりつつある中、3Dプリンターは非常に大きな役割を担います。3Dプリンターを適切に活用することで、型を製作することなく小ロットでの生産が可能となります。多品種展開を可能とし、製造コストや時間の大幅な削減にもつながります。国内事例をこちらで紹介しています。

3Dプリンターの活用により、型を作らずとも製品の製作が可能であると説明しました。一方で、3Dプリンターは金型の入れ子や樹脂型製作にも活用されています。中ロットの試作や、少量多品種の生産には量産型を製作することなく、3Dプリンターで製作した樹脂型を利用することで、コスト削減が可能です。また、多品種小ロットの生産には、複数の入れ子を用意し、製品バリエーションを増やすことが可能です。

3Dプリンターの活用分野は広がりつつあり、フィギュアや記念品製作における3Dプリンターの活用が増えています。特に、受注生産のフィギュアや、個別の依頼を受ける記念品などの製作には3Dプリンターの活用が適しています。大量生産ではなく、小ロット生産が大半であるためです。限定品などにも同様のことがいえます。同じようなフィギュアや記念品を製作しているものの、細部の異なる製品を必要とするケースに最適です。データを微調整して個別にカスタマイズできるので、一から作り直す必要がありません。消費者のオーダーにも細かな対応ができるでしょう。写真や画像の立体出力により、オリジナルのアイテムも作成可能です。

3Dプリンターは、メンテナンスパーツの製作にも活用可能です。機器のメンテナンスには、さまざまなパーツが使用されます。しかし、機器や取り扱い企業ごとにパーツの仕様が異なるため、大量生産には向いていません。また、メンテナンスパーツの在庫管理には、コストがかかります。場合によっては、物流コストも必要でしょう。保管スペースの確保が求められる場合もあります。メンテナンスパーツを企業に納品する側も、使用する側も、コストがかかる点が従来の課題でした。しかし、3Dプリンターの活用により、コストや保管スペースの削減が可能となります。従来に比べて保管や管理の手間がかからないので、多くの企業が3Dプリンターによるメンテナンスパーツ製作を行っています。

多くの産業や分野で3Dプリンターの活用が進む背景には、その利便性の高さがあります。
ここでは、3Dプリンター活用のおもなメリットを紹介します。

3Dプリンターの活用頻度が高い場合は、自社に3Dプリンターを導入し、試作を内製化することで、納期短縮やコスト削減が可能です。従来は、試作品製作を外部工場などに委託する企業が多く見られました。しかし外部に委託する場合、試作品のイメージなどを正確に伝える必要があり、試作に多大な費用が発生することも少なくありません。コストを抑えるため海外の工場に委託すると、コミュニケーションの問題により、一層の開発期間とコストが膨らむリスクも生じます。

3Dプリンターの活用により試作品やテストパーツを短期間で製作できるため、デザインや仕様の課題を早い段階で発見でき、手戻り削減につながります。仮にミスや課題が発生しても即座に対応できます。余計なコストを発生させず、利益の最大化を狙うことができます。

自社への3Dプリンター導入が難しい場合は、Web上でデータをアップロードするだけで発注できるオンラインサービスの利用をお勧めします。

小ロット製作が可能なためアイデアをすぐに形にしやすい点が、3Dプリンター活用のメリットの一つです。時代や消費者のニーズの移り変わりは非常に早く、企画から開発、製作までに時間がかかると、新製品が完成した段階で過去のものと化している事態もあり得ます。アイデアを形にする時間が短いほど、社会のニーズに対応しやすいでしょう。3Dプリンターの活用によりアイデアをすぐに形にすることで、競合他社との競争に負けず、新商品の開発を続けることができます。

また、3Dプリンターの活用により、数多くのアイデアから選ばれたもののみを形にするのではなく、すべてのアイデアを形にすることが可能となります。形にしてみると、意外とよいアイデアであったと認識できるケースも出てくるでしょう。アイデアをすぐに形にすることで早期確認と修正が可能になるため、さらに新しい、あるいは、よりよいアイデアにつながる可能性を広げられます。

3Dプリンターには多くの活用例やメリットがあるため、すでにさまざまな業界で導入されています。
ここでは、3Dプリンターの活用が活発化している業界をいくつか紹介します。

自動車業界では、人命に関わる製品を扱っており、部品点数が膨大であるため、非常に多くの試作が必要です。その試作に3Dプリンターは多く活用されています。近年では試作にとどまらず、海外を中心に自動車部品の製造に3Dプリンターが活用され始めていますが、国内においても2023年9月にトヨタ自動車が「LEXUS LC500」の部品に3Dプリント製品を採用しました。メーカーごとに3Dプリンターの活用方法は異なりますが、今後は徐々に活用度が上がっていくことでしょう。
また、クラシックカーの部品を3Dプリンターにより復刻させるメーカーもあります。国内では、トヨタ自動車が「A70スープラ」向けに、日産自動車が「スカイラインGT-R R32型/R33型/R34型」向けに補給部品を3Dプリンターで生産しています。古い年代の自動車には、すでに工場などでライン製造されていない部品が多数使われています。しかし、クラシックカーの人気は根強いため、古い年代の自動車部品の製造に3Dプリンターは欠かせません。3Dプリンターは、大量生産できない部品の製造に非常に適しており、軽量化も容易なので、燃費があまりよくない古い年代の自動車に適した製造方法です。

機械業界での試作品製作にも3Dプリンターがしばしば活用されます。クレーンやベルトコンベア、プレス機などの産業機器のパーツを3Dプリンターで製造している企業も少なくありません。小さな部品だけではなく、大きな部品の製造にも対応できるように、大型3Dプリンターの普及が始まっています。部品点数とアセンブリの工数を削減できるため、機器の重量や製造工程を減らせる点がメリットです。時間とコストを削減しつつ試作品を製作できるため、効率化を求める産業機器メーカーでは3Dプリンターは必須といえるでしょう。

建築業界では、建築模型が頻繁に使われます。3Dプリンターは、建築模型の製作にも最適です。細部まで再現でき、細かな修正も難しくありません。従来の紙で製作した模型よりもイメージしやすいため、建築業界では3Dプリンターで製作した模型が広く取り入れられています。また、実際に建物を3Dプリンターで製作するケースが増えており、すでに実用可能な住宅やオフィスビルの建築が始まっています。3Dプリンターを活用した建築物は、従来の建築方法よりも工期を短縮できる点がメリットの一つです。建築材料やエネルギー消費量を削減可能なケースも多く、環境に優しいことから注目を集めています。

小さなものでもデータどおりに再現可能な3Dプリンターは、小型化が必要な医療部品の製造にも広く活用されています。歯科分野では、総入れ歯や義歯などへの活用が可能です。また、歯列矯正用のマウスピースの製造工程で3Dプリンターが型として使われるケースが非常に増えています。人体に埋め込む人工関節の製造も可能であり、医療業界は3Dプリンターの活用の幅が非常に広い業界の一つです。実際に人体に使用する造形物だけではなく、臓器などの模型が3Dプリンターで製作されるケースもあります。映像のみではなかなか伝えられないことを、立体物により詳細に伝えられる点がメリットです。将来的には、実際に体内に埋め込む臓器を3Dプリンターで製作することも可能となるでしょう。また、義手や義足など、患者の身体に合わせたオーダーメイドの義肢の製作にも適しており、事例をこちらで紹介しています。

航空・宇宙業界では、軽量化やコスト削減が重要な意味を持ちます。航空機やロケットの打ち上げには多大なコストがかかり、さらに重量も関わるためです。航空・宇宙業界では部品のロット数が少ないため、小ロット生産時に対応できる製造方法として3Dプリンターが有効です。また、3Dプリンターで比較的手軽に試作できれば、安価で効率よく試作を繰り返すことができます。3Dプリンターを用いることで、試作品製作のリードタイムを1ヶ月から1週間に短縮できた事例をこちらで紹介しています。

複雑な形状の部品を多々必要とする点も、航空・宇宙業界の特徴です。このような部品の製作には3Dプリンターが適しており、非常に相性のよい製造方法といえます。これまで複数にわかれていた部品を一つの部品として製作できる点も、3Dプリンターのメリットの一つです。軽量化やコスト削減に直結するため、航空・宇宙業界において3Dプリンターの活用は欠かせません。

3Dプリンターは、食料品の立体加工も可能です。3Dプリンターは製造個数を調整しやすいため、必要な分だけ加工することで食品ロスを減らすことができます。また最近では、食の多様化に対応するため、豆と米由来のたんぱく質を主原料とした3Dプリンター肉が生産されています。本物の豚肉に近いといわれており、今後はさらに3Dプリンターにより作られた食品が流通するでしょう。

3Dプリンターは、産業や分野によらず導入が進んでおり、需要はさらに増え続けるでしょう。
大量生産が難しいといった課題を解決できる可能性が高いので、今後も活用が広まると予想されます。国内のみならず世界市場の成長も加速していくことは、ほぼ確実です。コスト削減や効率化を重視する企業や産業は、より積極的に取り入れるようになりそうです。必要な場所で適時・適量生産ができることからサプライチェーンの課題への解決策、材料再利用によるプロダクトライフサイクルの観点でも3Dプリンターは注目されており、現代のさまざまな課題を解消するツールとして日々進化しています。

3Dプリント技術は、試作品やオーダーメイド製品などの製作に適しています。
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