金属・樹脂・その他：3Dプリント材料の自由度
はじめに：現代3Dプリンティングが実現する“本当の材料自由度”
Newayのエンジニアとして、軽量な航空宇宙用ブラケットから意匠性の高いコンシューマーエレクトロニクス筐体まで、幅広いプロジェクトに携わっています。積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）の最大の利点の一つは「材料自由度」です。用途の性能要件に応じて、金属、樹脂、複合材、特殊ポリマーなど多様な材料から選べます。従来工法と異なり、積層造形は形状制約、治具・金型、材料の組み合わせ制約の多くを取り除きます。現在、当社の3Dプリンティングサービスが対応する先進プロセスにより、機能試作、量産レベル部品、ハイブリッド組立品まで、軽量性・強度・環境耐性のバランスを取ったソリューションを提供できます。
本記事では、3Dプリンティングで利用可能な材料ファミリーを整理し、構造・熱・意匠・産業用途など、目的別に材料を選定する考え方を解説します。
3Dプリンティング材料のカテゴリ
金属
金属3Dプリンティングは、高強度の機能部品に対応します。アルミニウム、ステンレス鋼、工具鋼、銅合金などが航空宇宙、自動車、エネルギー分野で広く使用されています。技術の進化により、機械特性の向上と、より安定した微細組織が得られるようになっています。
樹脂（プラスチック）
樹脂は、試作からエンドユース部品まで最も汎用性の高い材料群です。柔軟ポリマー、剛性熱可塑、耐熱樹脂などが揃い、スナップフィット筐体から耐流体ハウジングまで、幅広い設計選択肢を提供します。
複合材
複合材プリントは、ポリマーに繊維やフィラーを加え、剛性向上、高い比強度、熱特性の改善を実現します。治具、工具、ジグ、フィクスチャ、運用荷重に耐える産業部品などで活用されます。
高温対応エンジニアリング材料
過酷環境向けには、PEIやPEEKなどの耐熱ポリマーが有効です。高温でも構造安定性を保ち、耐薬品性と電気絶縁性にも優れます。
エラストマー／ゴムライク材料
柔軟材料は、ガスケット、シール、ウェアラブル製品、衝撃吸収部品に不可欠です。ゴムに近い特性を再現できるため、消費者向け・産業用途の両方で活躍します。
金属3Dプリンティング：材料選択肢と工学特性
軽量構造向けアルミニウム材料
アルミは、軽量化と機械性能のバランスが非常に優れています。ドローン、自動車用ハウジング、熱マネジメント構造、迅速な反復が必要な機能試作に広く用いられます。また、アルミ合金はダイカスト工程との連携や、当社のCNC加工によるハイブリッド仕上げと組み合わせることで、高精度公差にも対応できます。
強度重視のステンレス鋼／工具鋼
ステンレス鋼は、耐久性、耐食性、機械強度に優れます。工具鋼は金型、インサート、治具、機能工具に適しており、荷重下での信頼性が求められる業界で特に重要です。
導電・放熱用途の銅系合金
銅合金は優れた電気・熱伝導性を持ち、熱交換器、電気コネクタ、RF部品に多用されます。溶融・冷却の精密制御により、密集環境での放熱最適化に貢献します。
航空宇宙・エネルギー向け耐熱合金
超合金（スーパーアロイ）は、卓越した耐熱安定性と耐酸化性を提供し、航空宇宙ブラケット、耐熱ハウジング、発電関連部品に用いられます。これらは、ハイブリッド組立を検討する際に、銅・黄銅合金などの高性能金属材料と組み合わせて最適化できます。
耐食・耐摩耗材料
金属プリントでは、流体システム、海洋部品、産業機器向けに、耐食性を確保しつつ形状を最適化した設計が可能です。
樹脂・ポリマー材料の選択肢
試作用の汎用熱可塑（標準樹脂）
ABSやPLAなどは低コストで短納期の試作に適します。人間工学、外形、コンセプト検証に最適です。
機能部品向けエンジニアリングプラスチック
エンジニアリングポリマーは寸法安定性と耐衝撃性に優れ、金属へ切り替える前に構造部材の性能検証を行えます。
耐熱樹脂
PEIやPEEKは高い熱安定性を持ち、航空宇宙、医療の滅菌環境、産業機械用途に適します。
柔軟／耐衝撃ポリマー
エラストマーは衝撃吸収、振動減衰、耐久性のある消費者向け製品インターフェースに有効で、ウェアラブル分野でも採用が増えています。
透明・意匠グレードレジン
外観や光透過が重要な製品では、透明レジンにより光学特性評価や透明筐体の試作が可能です。これらは、ダイカスト後処理で対応する表面仕上げとも相性が良い材料です。
複合材・ハイブリッド材料
繊維強化ポリマー
カーボンファイバーやガラスファイバー強化により、剛性と強度を向上させます。航空宇宙、自動車などで、治具・工具・フィクスチャに使用されます。
セラミック充填／金属充填コンポジット
フィラーにより耐熱性、耐摩耗性、密度などを改善しつつ、造形性を確保できます。
ポリマー×金属のハイブリッド
ポリマーの柔軟性と金属の性能を両立し、バランスの良い機能設計を可能にします。
剛性／重量最適化が必要な用途
複合材は、構造要件を満たしながら軽量化を実現し、比剛性設計に大きく貢献します。
材料選定の指針：エンジニアリング評価項目
強度・剛性・疲労
荷重部品や高サイクル部品では、構造特性が適用可否を決定づけます。
耐熱・耐薬品・電気特性
環境条件によりポリマー選定が変わります。遮熱、耐薬品バリア、電気絶縁などが求められる用途もあります。
表面品質・公差・必要な後処理
材料により必要な表面処理は異なります。金属では、ウレタン注型や追加加工など、ハイブリッド仕上げが必要になる場合もあります。
生産スケール
3Dプリンティングは単品試作、短期小ロット、成形・鋳造が難しい複雑形状の生産に特に適しています。
コストと製造性
材料費、機械稼働時間、後処理コストが総コストを左右します。
材料の多様性が可能にする産業用途
航空宇宙：軽量構造
高強度金属と複合材により、航空機・宇宙機向けの軽量ブラケット、ハウジング、機能試作を設計できます。これは当社の航空宇宙部品の経験とも整合します。
自動車：エンドユース部品と治具
自動車OEMは積層造形を活用し、試作を加速しながら機能構造を検証します。自動車製造関連のプロジェクトでは、プリント金属が鋳造品や加工品アセンブリとどのように接続されるかが示されています。
電子機器：筐体と熱部品
精密筐体、構造サポート、熱マネジメントの需要が高まる中、積層材料はコンシューマーエレクトロニクスで求められる用途にも対応します。
医療：機能試作
生体適合ポリマーや滅菌対応の耐熱樹脂は、治具や医療機器開発で広く使われています。
消費財：複雑形状製品
3Dプリンティングにより、人間工学ソリューション、アート形状、機能性消費者製品を、従来の金型制約なしに開発できます。
材料別：後処理（ポストプロセス）の要点
金属プリントの加工・研磨
金属プリントは最終公差のために追加加工が必要になることが多いです。ラピッドプロトタイピングと連携することで、コンセプトから完成部品までの開発を円滑化できます。
樹脂の表面仕上げ
樹脂は、要求される表面品質に応じて、研磨、ベーパー処理、コーティングなどが必要になる場合があります。
コーティング／めっき／シーリング
金属・樹脂の双方で、耐食性や電気絶縁性を高めるためのシーリングやめっきが適用できます。
熱処理と応力除去
熱処理により内部応力を安定化し、荷重下での寸法安定性を向上させます。
製造ワークフローへの3Dプリンティング統合
CNC加工とのハイブリッド
金属3Dプリントと加工を組み合わせることで、精度を向上させ、製造プロセス全体を最適化できます。
成形・鋳造との組み合わせ
プリント形状は、砂型鋳造のマスターパターンや、小ロット向けの簡易金型製作に活用できます。
設計検証のためのラピッドプロトタイピング
3Dプリンティングは反復サイクルを短縮し、量産可能な設計へより早く収束させます。
ドキュメント化と品質保証
材料トレーサビリティ、試験、寸法検証により、プリント部品の性能一貫性を確保します。これらは当社のワンストップ製造ワークフローにも含まれます。
まとめ：材料自由度が設計可能性を広げる
3Dプリンティングは、エンジニアに前例のない材料自由度を提供します。アルミ、鋼、ポリマー、複合材のいずれを選んでも、積層造形は制約の少ない革新を支えます。先進プロセス、後処理、ハイブリッドワークフローを統合することで、Newayはコンセプトを高精度かつスピーディーに製品へ変換する支援を行います。
FAQs
