フィラメント溶融積層法と選択的レーザー焼結の違い

はじめに

3Dプリンタ技術は、生産現場や研究開発の分野で急速に普及しています。
中でも、フィラメント溶融積層法（FDM）と選択的レーザー焼結（SLS）は、主に使用される技術の二つです。
これらの技術は、それぞれ異なる動作原理と特性を持ち、用途による適合性も異なります。
本記事では、FDMとSLSの基本的な違いから、それぞれの特徴や応用範囲について詳しく解説します。

フィラメント溶融積層法（FDM）の特徴

基本原理

FDMは、熱可塑性プラスチックフィラメントをノズルで加熱し、溶融させて積層することで立体を造形する技術です。
このプロセスでは、フィラメントが順次溶かされ、ステージ上に少しずつ積み重ねられていきます。
積層する度にノズルの位置を微調整することで、正確な形状を造り出します。

材料の特性

FDMで使用される材料は、主にABSやPLAといったプラスチックです。
これらの材料は安価で入手が容易なため、プロトタイプの制作や教育現場での利用が広がっています。
また、一部のFDMマシンでは、カーボンファイバーや木材粒子を含むフィラメントなど、特殊素材を使用することも可能です。

利点

FDMの大きな利点は、低コストで高い柔軟性を持つことです。
設計変更に迅速に対応でき、プロトタイプの試作を繰り返すことが可能です。
また、機器の維持管理が比較的容易なため、小規模な製造現場でも導入しやすいです。

欠点

一方で、FDMの欠点は、造形精度が他の技術に比べて劣ることです。
特に細部の再現性や表面の滑らかさには限界があります。
また、造形速度が遅く、大量生産には向かないとされています。

選択的レーザー焼結（SLS）の特徴

基本原理

SLSは、粉末材料を使用してレーザーで選択的に焼結しながら立体を造形する技術です。
造形プロセスでは、粉末の層をステージに敷き詰め、レーザーで指定された部分のみを焼結して積み上げていきます。
これを繰り返すことで、高精度な構造物を形成します。

材料の特性

SLSで使用される材料は、主にナイロンやポリアセタールなどの合成樹脂です。
また、金属やセラミックスの粉末も焼結することが可能で、用途に応じた幅広い材料選択が可能です。

利点

SLSの最大の強みは、造形精度と材料特性の自由度にあります。
焼結による高い密度と強度を持つ造形が可能であり、機能部品や試作品の製作に適しています。
サポート材が不要で複雑な形状でも精度の高い仕上げが実現できます。

欠点

SLSの欠点としては、設備と運用コストが高く、運用には専門知識が必要です。
また、操作には粉末材料の取り扱いに関する安全基準を遵守する必要があります。

FDMとSLSの適用分野

FDMの活用事例

FDMは、特にプロトタイピングにおいて幅広く利用されています。
デザインの初期段階での試作や、教育機関での学習ツールなど、低コストで迅速にモデルを作成できる場面に最適です。
さらに、個人から小規模企業に至るまで、多様な3Dプリンタ市場にも適合しています。

SLSの活用事例

一方のSLSは、航空宇宙や自動車部品の製造、大量生産ではないが高精度を求められる医療用デバイスなどの製造で利用されています。
また、金属材料を用いた部品製造が可能なため、様々な産業での用途が拡大しています。

両技術の選択基準

FDMとSLSはそれぞれ特徴が異なるため、導入する際の選択基準も異なります。
まず、コスト重視でプロトタイピングを中心に活動する場合はFDMが適しています。
一方で、高精度と材料性能を重視する場合、コストは上がるもののSLSが適しています。
また、複雑な形状を必要とし、サポート材除去を避けたい場合もSLSがその性能を発揮します。

まとめ

FDMとSLSは、それぞれ異なる利点と欠点を持ち、それらを踏まえた上で適切な選択が求められます。
製品の特性や製造プロセスへの影響を考慮し、それぞれの実践的な利用シーンに応じて選択することが重要です。
3Dプリンティング技術の発展は日進月歩であり、これらの技術を効果的に活用することで、製造業のさらなる飛躍が期待されます。