進化するモノづくり！ラピッドプロトタイプモデルとは？
車を知りたい
先生、「ラピッドプロトタイプモデル」って、どんなものですか？
自動車研究家
自動車の開発でよく使われる模型作成方法の一つだね。3次元CADデータをもとに、レーザーで樹脂などを固めていくことで、短い時間で実物に近い模型を作ることができるんだよ。
車を知りたい
へえー。でも、模型をそんなに急いで作る必要があるんですか？
自動車研究家
いい質問だね！ 例えば、新しい車のデザインを検討するとき、実際に模型があると、見た目の印象や使い勝手を確かめやすいよね？ ラピッドプロトタイプモデルは、そうした確認作業を素早く行うために役立つんだ。時間短縮は、開発コストを抑えることにも繋がるんだよ。
ラピッドプロトタイプモデルとは。
自動車業界で使われる「ラピッドプロトタイプモデル」とは、3次元CADデータとレーザーを用いて、モデルを自動的に造形する技術のことです。モデルデータは層状に積み重ねるように形作られ、短時間で実体モデルを作成できます。装置がコンパクトなので、小物デザインなどに向いています。金型製作や試作品など、幅広い用途で活用されています。使用する素材によって、光造形、紙積層造形、樹脂溶融造形などの種類があります。「RP」と略したり、「ラピッドプロダクト」とも呼ばれます。
ラピッドプロトタイプモデル(RP)の概要
ラピッドプロトタイプモデル(RP)とは、コンピュータ上で設計した3Dデータをもとに、短時間で実際に触れる試作品を作り出す技術です。従来の製造方法では、試作品を作るにも時間とコストがかかっていましたが、RPの登場によって、開発期間の短縮やコスト削減が可能になりました。
RPは、3Dプリンターを用いることで実現されます。3Dプリンターは、樹脂や金属などの材料を層状に積み重ねていくことで、立体物を造形する装置です。従来の切削加工とは異なり、複雑な形状の試作品でも容易に作製できることが特徴です。
RPは、自動車、航空宇宙、医療など、様々な分野で活用されています。製品開発の初期段階で試作品を製作することで、設計の検証や改善をスピーディーに行うことが可能となり、開発期間の短縮や品質向上に貢献しています。
RPでできること・メリット
ラピッドプロトタイプ（RP）は、従来の製造プロセスに革新をもたらす技術です。 3D CADデータから直接、樹脂や金属などの素材を用いて試作品を短時間で造形できます。従来の加工方法に比べて、以下の様なメリットがあります。
まず、開発期間の短縮が挙げられます。従来の試作品製作では、図面から木型を起こし、それから成形を行うなど、多くの工程と時間を要していました。RPを用いることで、これらの工程を大幅に削減し、開発期間を大幅に短縮できます。
次に、コスト削減も大きなメリットです。従来の試作品製作は、高度な技術を持つ職人による手作業が必要となる場合が多く、高コストになりがちでした。RPでは、3Dデータさえあれば誰でも簡単に試作品を作製できるため、人件費や材料費などのコストを大幅に削減できます。
さらに、デザインの自由度が高いことも魅力です。従来の加工方法では困難だった複雑な形状でも、RPであれば容易に作製できます。そのため、より自由な発想でデザインを試行錯誤し、革新的な製品を生み出すことが可能になります。
このように、RPは従来のモノづくりに比べて多くのメリットがあり、製造業に革新をもたらす可能性を秘めていると言えるでしょう。
光造形方式の特徴とメリット・デメリット
– 光造形方式の特徴とメリット・デメリット
光造形方式は、液体状の光硬化性樹脂に紫外線を照射し、硬化させていくことで立体造形を行う技術です。
精度の高い造形が可能であり、デザイン性の高い試作品や複雑な形状の製品を製作する際に適しています。
-# メリット
* 高い造形精度積層痕が目立ちにくく、滑らかな表面に仕上がります。
* 複雑な形状に対応可能中空構造やアンダーカット形状など、他の方式では難しい形状でも造形できます。
* 造形スピードが速い短時間で試作品を製作できるため、開発期間の短縮に繋がります。
-# デメリット
* 材料費が高い他の方式と比べて、材料となる光硬化性樹脂が高価です。
* 造形サイズに制限がある造形できるサイズが装置の大きさによって制限されます。
* 後処理が必要造形後に、支持材の除去や表面処理などの後処理が必要です。
光造形方式は、高精度な試作品を短期間で製作したい場合に最適な技術と言えるでしょう。
紙積層造形方式の特徴とメリット・デメリット
– 紙積層造形方式の特徴とメリット・デメリット
紙積層造形方式は、その名の通り紙を素材に積層して立体物を作る3Dプリンターの一種です。薄い紙を糊で貼り合わせていくことで、比較的低コストで模型や試作品を製作できるのが特徴です。
-メリット-
* 低コスト他の3Dプリンターと比べて材料費やランニングコストが抑えられます。
* 環境負荷の低さ素材が紙なので、環境に優しくリサイクルも可能です。
* 精密な造形薄い紙を積層することで、曲面も滑らかに表現できます。
-デメリット-
* 強度の低さ紙が素材のため、強度や耐久性は高くありません。
* 防水性の低さ水に弱いため、屋外や水場での使用には不向きです。
* 表面処理の難しさ塗装やコーティングなどの表面処理が難しい場合があります。
紙積層造形方式は、コストを抑えつつ、デザイン性を重視した試作品製作や、模型製作などに適しています。強度や耐久性が求められる製品には不向きですが、手軽に3Dプリントを試したいという方にはおすすめの方式です。
樹脂溶融造形方式の特徴とメリット・デメリット
– 樹脂溶融造形方式の特徴
樹脂溶融造形方式（FDM方式）は、熱で溶かした樹脂を積層し、立体物を造形する3Dプリンターの中でも代表的な方式です。
フィラメントと呼ばれる樹脂を熱で溶かし、ノズルから吐出することで、設計データ通りの形状を積層して造形していきます。
– メリット
* -1. 低コスト- 他の3Dプリンターと比較して、装置価格やランニングコストが抑えられるため、導入しやすい点が特徴です。
* -2. 材料の豊富さ- ABS樹脂やPLA樹脂など、さまざまな種類のフィラメントが利用可能です。用途や求める強度、質感などに合わせて最適な材料を選択できます。
* -3. 操作の簡便さ- 比較的操作が容易なため、専門知識がなくても扱いやすいというメリットがあります。
– デメリット
* -1. 表面の粗さ- 積層痕が目立ちやすく、滑らかな曲面を表現するのが難しいというデメリットがあります。そのため、造形後に研磨などの後加工が必要となる場合があります。
* -2. 精度の低さ- 他の方式と比較すると、造形物の精度が低くなる傾向があります。微細な造形や高い精度が求められる場合は、他の方式を検討する必要があるでしょう。
* -3. 造形速度- 積層式の特性上、造形に時間がかかるという側面があります。特に、複雑な形状や大きな造形物の場合は、造形時間が長くなることがあります。
– まとめ
樹脂溶融造形方式は、低コストで手軽に3Dプリントを始められるという大きなメリットがあります。一方で、表面の粗さや精度の低さなど、いくつかのデメリットも存在します。
そのため、樹脂溶融造形方式を採用する際は、メリット・デメリットを比較検討し、用途に合致しているかどうかの判断が重要となります。