同等の材料製造プロセスおよび減法製造プロセスと比較して、3D印刷には多くの利点があり、多くの記事が詳細な分析と精緻化を行っている。著者は、従来の製造プロセスと比較して、3D印刷には次の3つの主な利点があると考えています。
1.デザインスペースは無制限です。複雑な幾何学的構造を持つアイテム(内部に非常に複雑なトポロジカル構造やキャビティ構造を持つアイテムなど)の場合、従来の製造プロセスは処理できず、アイテムを分解して別々に処理してから組み立てる必要があります。3Dプリンティングは、オブジェクトを1層ずつ2Dエリアに分解するため、任意に複雑なオブジェクトを加工しても問題がなく、加工精度はプリンターが出力できる最小の材料粒子にのみ依存します。これは、3Dプリンティングが私たちにもたらす最大の利点であり、デザイナーは無制限のデザインスペースで任意に複雑な幾何学的形状をデザインすることができます。この利点は、幾何学的設計と最適化で解決すべき多数の問題を与えてくれますが、これについては後で詳しく説明します。
2.ゼロスキル製造。従来の製造プロセス機器は巨大で高価であり、操作には高いスキルが必要です。3Dプリンタ(FDM 3Dプリンタなど)は小型で安価で、シンプルで便利な家に入ったものもあります。高価な金型と比較して、3D印刷は成形にデジタルファイルのみを必要とします。したがって、3Dプリンティングを通じて、製品のパーソナライズされたデザインとカスタマイズを容易に実現することができ、製品の開発時間を大幅に短縮します。この利点により、幾何学、構造、材料などの関連研究も行える非機械的な研究従事者が得られ、製造業における関連する研究課題が大幅に深まり、拡大しています。
3.材料の無制限の組み合わせ。マルチジェット3Dプリンタは、複数の材料を組み合わせて印刷することができます。材料の積み重ねと組み合わせにより、印刷物は単一の材料とは異なる物理的および機械的特性を有する。したがって、異なる材料の組み合わせによって、異なる特性を持つ「新しい材料」を作り出すことができます。この利点は、様々な物品を製造し、製品の柔軟性を高めるために、物品の物理的、機械的および構造的特性を制御するために材料の分布を制御することの使用を提供する。
要するに、3Dプリンティング技術の3つの最も価値のある利点は、製品開発プロセスを加速し、パーソナライズされたカスタマイズされた製品を提供し、生産の柔軟性を高めることです。成形プロセスの観点から、3D印刷は従来の成形方法を突破しました。事前に金型や機械加工を行う必要はありません。ラピッド自動試作ハードウェアシステムとCADソフトウェアモデルの組み合わせにより、複雑な形状の様々な製品を製造することができ、これにより、製品設計と生産サイクルが大幅に短縮され、生産コストが大幅に削減されます。
もちろん、若い成形プロセスとして、3D印刷には、成形時間が遅い、精度が低い、材料の種類が少ない、大量生産できないなど、多くの欠点があります。この段階では、3D印刷の実際の使用は、業界ではプロトタイプとも呼ばれる正式な製品を製造する前に、企業に製品プロトタイプの製造を提供するラピッドプロトタイピングのカテゴリに属しています。したがって、3D印刷成形プロセスは、現在、従来の製造プロセスを補完する方法として存在しており、主流の製造技術になるには時間がかかります。しかし、人間の技術追求は無限であると信じなければなりません。3D印刷装置および印刷材料の研究開発の継続的な進歩により、3D印刷技術はますます広く使用されるようになる。
別の観点から見ると、3Dプリンティング技術は、工場から家族までの製造を可能にし、多数の個々のデザイナー(すなわちメーカー)を生み出し、無限の創造的なデザインの可能性を刺激しました。
3Dプリンティング技術は、1980年代後半から1990年代初頭(ラピッドプロトタイピング技術としても知られています)に登場し、30年未満です。原理は非常に簡単です:入力として3Dデジタルモデルファイルを取り、粉末状の金属またはプラスチックおよび他の接合可能な材料を使用して、層ごとの印刷によってオブジェクトを構築します。
視覚的に言えば、通常のプリンタはインクを介して紙に2D画像またはグラフィックデジタルファイルを出力します。3Dプリンターは、本物の原材料(金属、セラミックス、プラスチック、砂など)を薄い層(物理的な上部には一定の厚さがあります)として出力し、それを層ごとに繰り返し、最終的に空間の物理的な物体になります。したがって、3D印刷が特定の層を出力する場合、プロセスはインクジェット印刷に似ています。レンガで溜まった家を建てるようなもので、3Dプリントされたモノは原料でひとつひとつ積み重ねられています。
3Dプリンティングは材料を1層ずつ積み重ねて作られるので、アディティブマニュファクチャリングプロセスとも呼ばれます。3Dプリンティングは謎ではありません。ミレニアル世代の同等の材料製造プロセスや100年前の減法製造プロセスと比較して、3Dプリンティングは30年未満の歴史を持つ新しい製造プロセスにすぎません。