ラピッドプロトタイピングは、3Dコンピュータ支援設計（CAD）を使用して物理的な部品、モデル、または建物のアイデア、プロトタイプ、およびテストを含む高速設計プロセスである。 部品、モデル、またはアセンブリの構築は、通常、3Dプリントとしても知られるアディティブ・マニュファクチャリングによって達成されます。 アディティブ・マニュファクチャリングは、材料の層を重ねることによって3Dオブジェクトを構築するために使用される技術を指します。
製品を表現するためのプロトタイプには、2つのタイプがあります。 高忠実度のプロトタイプは、デザインが予測される最終製品に一致する場合です。 一方、低忠実度タイプは、プロトタイプと最終製品の間に明確な区別がある場合です。
How Does Rapid Prototyping Work?
Rapid Prototyping (RP) は、多くの異なる製造技術について説明しています。 最もよく使われているRPは、積層造形法です。 しかし、一般的にRPに使用される他の技術は、鋳造、成形、押出し、および高速機械加工です。
ラピッドプロトタイピングプロセスにアディティブマニュファクチャリングを使用する場合、様々な確立したプロセスを使用してプロトタイプを構築することができます。
これらのプロセスは、
- Subtractive（減法）です。 材料の塊をスライスして、研削、旋盤、またはフライス加工を使用して好ましい形状を作成します。
- 圧縮。 半固体または液体の材料を、鋳造、成形、圧縮焼結のように、硬化する前に好みの形状に変化させる方法。
ラピッド プロトタイピングのさまざまな種類とは？
Stereolithography (SLA) または Vat Photopolymerization
これは、迅速かつ安価な付加製造プロセスです。 この技術は、3Dプリントの方法として、まさに最初に実用化されたものです。 感光性液体の入ったタンクを使用することで機能します。 この液体は、コンピュータ制御の紫外線（UV）ライトを使って、層ごとに固体に変化します。
Selective Laser Sintering (SLS)
SLS は、金属やプラスチックのプロトタイピングに使用される積層造形技術です。 粉末の層を使って、高出力レーザーを使って粉末材料を加熱し、焼結することでプロトタイプを作成します。 SLSの部品はSLAより弱い。 しかし、SLSは低コストで、時間と労力を最小限に抑えられ、高い生産性を発揮します。
Fused Deposition Modelling (FDM) or Material Jetting
FDM は付加製造プロセスで、手頃な価格で、速く、安価で、使いやすいプロセスです。 そのため、製品開発には理想的です。 FDM は、産業用ではないデスクトップ 3D プリンターの多くに配置することができます。 これは、印刷ノズルバレル内で溶かされる熱可塑性フィラメントを使用して、下から上に物理的なオブジェクトを作成します。 プリンターノズルが前後に動き、コンピュータの成膜プログラムを使って液体プラスチックを層ごとに置いていきます。
Selective Laser Melting (SLM) or Powder Bed Fusion (PBF)
このプロセスは比較的安価で、高強度、多面的な部品を作るので、ファンお気に入りの付加製造技術です。 SLMは、自動車、航空宇宙、医療、防衛などの企業で一般的に使用されている。 PBF法では、電子ビームまたは高出力レーザーを使用して、材料の粉末を層ごとに溶かし、融合させて、試作品または量産品を作成する。 PBFではあらゆる粉末材料を使用しますが、RPで最も頻繁に使用される材料は、コバルトクロム合金、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、チタンなどです。
Laminated Object Manufacturing (LOM) または Sheet Lamination
これは比較的低コストのプロセスで、SLM や SLS ほど複雑ではありません。 LOMの利点は、特別な制御条件を必要としないことです。 LOM は、CAD デザインを作成するためにレーザー光線または別の切断機構ですでに切断されているプラスチック、金属、セラミック材料を層ごとに組み立てることで機能します。 各層の材料は、部品が完成するまで、前の層の上に接着剤で結合される。
Digital Light Processing (DLP)
DLP は、光源で硬化させる樹脂の重合を用いる点で SLA 技術とよく似ている。 DLPの光源はプロジェクターからのUV光ですが、SLAの光源はUVレーザー光です。 DLPはSLAより早く、安価ですが、DLPは一般的にサポート構造と構築後のキュアリングが必要です。
DLPの別の形態は、CLIP（Continuous Liquid Interface Production）です。 CLIPは、デジタル・ライト・プロジェクションを使用して、桶から連続的に引き出される部品を形成し、レイヤーを使用しません。 材料がタンクから引き出されると、その形状を変化させるために一連のUV画像が投影されます。
Binder Jetting
この積層造形技術は、1つまたは複数のパーツを同時にプリントすることができます。 SLSと比較すると、作成されたパーツの強度はそれほど高くはありません。 このプロセスは、ノズルを使用して液体の結合剤を噴霧し、パウダー粒子を結合してパーツの1つの層を形成することで機能します。 層ごとに粉体を加え、ローラーで圧縮して広げ、バインダーを加える。 最終的には、粉体とバインダーを重ね合わせることで部品ができあがる。
Applications
これらのプロセスは、製品デザイナー、エンジニア、開発チームによって、試作品の迅速な製造に使用されます。 プロトタイプは、大量生産する前に製造プロセスの視覚化、設計、および開発を支援するため、製品設計者にとって非常に有益です。
ラピッド プロトタイピングは 1980 年代後半から始まり、当初は自動車産業用の部品やスケール モデルの作成に使用されていました。 その後、医療や航空宇宙など、幅広い産業に応用されています。 歯科業界での応用例としては、クラウンなどさまざまな歯科用成形品を作るためにRPが使われています。
最後に、ラピッドツーリングは、製品をすばやく安く生産できるようにするRPのもう一つの応用例です。 これは、短時間で金型を作成することである。
どのような利点がありますか？
ラピッド プロトタイピングの利点は数え切れません。 ラピッド プロトタイピングにより、製品デザイナー、エンジニア、および製品開発チームは、設計および製造プロセスの初期段階において、製品がどのように見えるか、または機能するかについて、より完全なビューを確認することができます。 これにより、設計の初期段階から変更や改良を加えることができ、設計者の時間とコストを節約することができます。 RPにかかる時間は、数日から数カ月に及ぶこともあり、使用する積層造形技術に大きく依存する。
RPの他の2つの大きな利点は、費用対効果と精度です。 RPは、操作に多くの人を必要としない自動化されたプロセスであるため、製品をプロトタイプ化するための非常に手頃な方法である。 また、RPは迅速な対応が可能であり、製造段階でのコスト・エラーのリスクを軽減するために、あらゆる問題を解決できるため、費用対効果に優れています。 RPは、コンピュータ支援設計（CAD）と併用することができるため、非常に精密な技術です。 そのため、材料の無駄を省くことができ、特定の製品を試作するための特別なツールも必要ありません。
RP は、デザイナーが自分のユニークなアイデアを役員やクライアント、投資家に見せ、理解させ、承認させることを可能にします。 顧客やクライアントは、2Dの図面で想像したり視覚的に観察したりするのではなく、実際に見たり触れたりできる物理的な製品に基づいて、製品がどのように見えるかを確認できるため、デザイナーに対してより正確なフィードバックを提供することができるのです。
最後に、RPプロセスは、カスタマイズされた製品をゼロから作る必要性から解放されます。 これは、顧客のニーズを手頃な価格でデザインに取り入れることができるインタラクティブなプロセスである。
費用はどのくらいかかるのですか？
費用は、さまざまな要因によって大きく異なります。 これらの要因には、部品の物理的なサイズ、加工方法、数量、表面仕上げ、部品の作成に使用する材料の量、人件費、および生産後の処理がどれくらい必要かが含まれます。