【基礎】金属3Dプリンターの仕組みや対応素材、おすすめの使い道を紹介！

工業部品やアクセサリーなど、私たちの生活に欠かせない金属。

切削や射出成形に続く新たな選択肢として、近年では3Dプリンターでも金属製品を作れるようになりました。

さまざまな形状を必要な分だけ作れる金属3Dプリンターは、うまく使いこなせば、金属製品の製作フローを大きく変える可能性を秘めています。

この記事では、金属3Dプリンターの基礎知識として、仕組みや使える素材、実際に製作できるものや使い方などについて紹介していきます。　

金属3Dプリンターの造形方式と価格帯

金属3Dプリンターにはいくつかの造形方式があり、それぞれ仕組みと価格帯が異なります。

	パウダーベッド方式（SLS、EBM）	結合材噴射方式（BJ）	指向性エネルギー堆積方式（DED）	熱溶解積層方式（FDM、FFF）
仕組み	敷き詰めた金属粉末を熱で溶かして固める	敷き詰めた金属粉末を結合材で固める	ノズルから金属粉末をレーザーと共に噴きつける	金属を含んだ樹脂を溶かして造形した後、樹脂だけを取り除く（脱脂する）
メリット	機材の選択肢が多い	造形スピードが速い	既存物の補修や肉盛りができる	機材の価格が安い
デメリット	造形に時間がかかる	造形物の密度が低く、後処理でサイズが変わる	サポート材のつく形状は造形できない	他方式に精度が劣り、後処理でサイズが変わる
機材の価格帯目安	数千万円〜	数千万円〜	数千万円〜	数十万円〜

パウダーベッド方式は、テーブルに敷き詰めた金属の粉末にレーザー光や電子ビームを当て、熱によって溶かし固めていく方式です。

レーザー光を使うタイプはSLS（Selevtive Laser Sintering）、電子ビームを使うタイプはEBM（Electron Beam Melting）などの略称を持ち、粉末焼結方式と呼ばれることもあります。

造形の精度が高く、素材の選択肢も多いことが特徴です。金属3Dプリンターの中では最もポピュラーな方式なので、機材の選択肢が多いこともメリットと言えるでしょう。

結合材噴射方式は、テーブルに敷き詰めた金属の粉末に対し、材料を固めるための結合材（バインダ）を噴射して固めていく方式です。BJ（Binder Jetting）とも略称されます。

他の方式よりも造形スピードに優れますが、造形物の密度は低くなります。また、造形後にはバインダを除去するための脱脂や焼結、硬度を上げるための含浸などの処理が必要です。

指向性エネルギー堆積方式は、ノズルから金属粉末を噴射すると同時にレーザービームを照射し、吹き付けた部分に金属を盛り付けていく方式です。金属粉末の代わりにワイヤーを用いる場合は、アーク溶接方式と呼ばれます。

ノズルの位置に自由度があるので、すでに造形したモデルを補修したり、垂直な面に対して真横に造形する、といった加工も可能です。ただし、サポート材を後から取り外すことが難しいため、造形できる形状の制約は多いです。

熱溶解積層方式は、金属の含まれた樹脂素材（フィラメント）を溶かしながら積層していく方式です。造形後に脱脂と焼結を行うことによって、最終的に金属だけのモデルが完成します。

熱溶解積層方式の最大の特徴は、なんと言っても機材の価格が安いこと。他の方式の金属3Dプリンターは数千万円〜数億円といった価格が多いなか、熱溶解積層方式であれば数十万円から購入が可能です。

比較的手軽に利用できる方式ですが、造形精度は他に劣ります。また、脱脂と焼結の後処理によって造形物のサイズが小さくなるため、縮小率を計算に入れた上で造形しなければいけません。

金属3Dプリンターで使える素材は、造形方式や機材によって異なるため、本格的に利用する際には個別に確認しておく必要があります。ここでは、大まかな区分をお伝えします。

粉末材料として扱える3Dプリント用の金属素材には、主に以下のようなものがあります。