「金属3Dプリンターにはどんな種類があるの？」「SLMやDEDなど方式の違いがよく分からない…」
このように、金属3Dプリンターについて調べていると、さまざまな専門用語や方式が出てきて混乱してしまう方も多いのではないでしょうか。
そんな疑問にお答えします。
結論から言うと、金属3Dプリンターは主にパウダーベッド方式、DED方式、バインダージェット方式などの複数の造形方式に分類され、それぞれ特徴や用途が大きく異なります。
そのため、金属3Dプリンターを理解するには、まず「どんな種類（方式）があるのか」と「それぞれの違い」を整理することが重要です。
この記事では、金属3Dプリンターの代表的な種類（主要方式5つ）をわかりやすく解説し、それぞれの特徴・用途・違いを初心者にも理解しやすい形で紹介します。さらに、用途別にどの方式が向いているのかも整理して解説するので、金属3Dプリンターの全体像をつかむことができます。
【金属3Dプリンターとは？基本の仕組み】
① 金属3Dプリンターの仕組み
金属3Dプリンターは、金属材料を層（レイヤー）として積み重ねて立体物を作る製造方法です。従来の切削加工のように材料を削って形を作るのではなく、必要な場所に材料を結合させて形を作ります。
金属3Dプリンターで使われる材料は、方式によって異なります。代表的なのは金属粉末や金属ワイヤーです。粉末を熱で溶かして固める方式もあれば、粉末をいったん別の方法で固めてから焼結して金属化する方式もあります。つまり「金属3Dプリンター」と一口に言っても、金属を“どう結合させるか”が方式の違いになります。
この違いが、造形できるサイズ、表面の仕上がり、強度の出しやすさ、コストに直結します。先に方式を理解すると、カタログやサービス説明に出てくる用語の意味がつながり、比較が一気に楽になります。
② 樹脂3Dプリンターとの違い
樹脂3Dプリンターは、試作や治具、外観モデルなどで幅広く使われます。一方、金属3Dプリンターは金属部品としての機能を求める場面で価値が出ます。たとえば、耐熱性や耐摩耗性が必要な部品、強度を保ったまま軽量化したい部品、内部流路のような複雑形状を一体で作りたい部品などです。
ただし、金属は樹脂に比べて材料も装置も扱いが難しく、プロセスが増えやすいです。方式によっては、造形後にサポート除去や熱処理、焼結、仕上げ加工が必要になります。結果として、金属3Dプリンターは「万能に置き換える技術」ではなく、用途が合うときに大きな効果を出す製造手段として位置付けるのが適切です。
【金属3Dプリンターの種類（方式）とは】
① 金属3Dプリンターは方式によって分類される
金属3Dプリンターは、見た目は似ていても金属を固める方法によって複数の方式に分類されます。この「方式」の違いが、造形精度やサイズ、コスト、用途に大きく影響します。
現在、金属3Dプリンターの主な方式として知られているのは、パウダーベッド方式、DED方式、バインダージェット方式、材料押出方式、ワイヤーDED方式などです。これらはすべて金属を材料としていますが、造形プロセスが大きく異なります。
例えば、粉末金属をレーザーで溶かして固める方式もあれば、金属ワイヤーを溶接のように積み重ねていく方式もあります。また、接着剤で仮固定してから焼結する方式も存在します。
このように、金属3Dプリンターの「種類」とは、どのように金属を積層していくかという造形方式の違いを指しています。方式を理解することで、それぞれの装置がどのような分野で活用されているのかが見えてきます。
② なぜ複数の方式が存在するのか
金属3Dプリンターに複数の方式が存在する理由は、求められる用途が大きく異なるためです。
例えば、航空機や医療分野では高い精度と強度が求められるため、レーザーで金属粉末を溶融する方式が多く使われています。一方で、大型部品の製造や修理では、比較的大きな造形が可能なDED方式が適しています。
また、量産を目的とする場合は、造形速度を重視した方式が選ばれることもあります。このように、精度・サイズ・速度・コストといった条件の違いに対応するため、複数の造形方式が発展してきました。
そのため、金属3Dプリンターを理解するうえでは、単に「金属が造形できる装置」として捉えるのではなく、どの造形方式なのかを確認することが重要です。方式を理解すると、それぞれの特徴や用途を整理しやすくなります。
【金属3Dプリンターの主要方式5つ】
① パウダーベッド方式（SLM・DMLS・EBM）
パウダーベッド方式の仕組み
パウダーベッド方式は、金属3Dプリンターの中でも最も普及している方式の一つです。この方式では、金属粉末を薄く敷き詰め、その上からレーザーや電子ビームを照射して金属を溶かしながら造形します。
一層ごとに粉末を敷き、必要な部分だけを溶融させて固める作業を繰り返すことで、立体形状を作り上げます。この技術は航空宇宙や医療分野でも広く利用されています。
メリット
パウダーベッド方式の最大の特徴は、非常に高い造形精度です。複雑な内部構造や微細な形状も再現できるため、軽量化部品や高機能部品の製造に向いています。
また、材料の自由度も比較的高く、チタン合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金など、さまざまな金属材料に対応しています。
デメリット
一方で、装置価格が高いことが課題です。産業用装置の場合、数千万円から数億円規模になるケースもあります。
さらに、造形後にはサポート除去や熱処理などの後工程が必要になることが多く、運用コストも考慮する必要があります。
② DED方式（指向性エネルギー堆積）
DED方式の仕組み
DED方式（Directed Energy Deposition）は、金属粉末や金属ワイヤーを供給しながらレーザーや電子ビームで溶融し、金属を積層していく造形方式です。溶接技術に近い原理を持ち、ノズルから供給された材料を溶かして堆積させることで形状を作ります。
パウダーベッド方式とは異なり、材料を広い範囲に敷き詰める必要がないため、大型部品の造形や補修用途に適しています。既存の金属部品に材料を追加する「肉盛り加工」にも活用される技術です。
メリット
DED方式の大きな特徴は、大型造形が可能な点です。数十センチからメートル単位の部品を造形できる装置もあり、航空宇宙分野や重工業分野で利用されています。
また、既存部品に材料を追加できるため、摩耗した部品の修理や補修にも利用されています。
デメリット
一方で、パウダーベッド方式に比べると造形精度はやや低くなる傾向があります。そのため、精密部品というよりは、大型部品や補修用途で活用されることが多いです。造形後に切削加工などの仕上げ工程が必要になる場合もあります。
③ バインダージェット方式
バインダージェット方式の仕組み
バインダージェット方式は、金属粉末に接着剤（バインダー）を噴射して形状を作る方式です。まず、粉末の層にバインダーを噴射して形状を固定し、その後、焼結という工程を行うことで金属部品として完成させます。
この方式は、金属粉末を直接溶融するわけではなく、後工程の焼結によって金属化する点が特徴です。
メリット
バインダージェット方式の大きな利点は、造形速度が比較的速いことです。レーザーで溶融する工程がないため、広い範囲を一度に造形することが可能です。
そのため、将来的には金属部品の量産技術として期待されている方式です。
デメリット
焼結工程により寸法収縮が生じるため、設計段階での補正（スケール調整）が重要です。また、用途によっては強度が溶融方式より劣る場合もあるため、使用条件に応じた設計が重要になります。
④ 材料押出方式（Bound Metal）
材料押出方式の仕組み
材料押出方式は、金属粉末を含んだフィラメントを押し出して造形する方式です。樹脂3DプリンターのFDM方式に近い仕組みを持っています。
造形時には金属粉末と樹脂を混ぜた材料を押し出し、その後に脱脂と焼結を行うことで、最終的な金属部品になります。
メリット
この方式の特徴は、比較的低コストで導入できる点です。他の金属3Dプリンターと比較すると装置価格が抑えられているため、研究機関や教育機関などでも導入されています。
また、操作性も比較的シンプルであるため、金属3Dプリンターの入門機として利用されるケースもあります。
デメリット
焼結工程を必要とするため、造形サイズの制約や収縮の管理が必要になります。
また、高精度部品や高強度部品を作る用途には向かない場合があります。
⑤ ワイヤーDED方式
ワイヤーDED方式の仕組み
ワイヤーDED方式は、金属ワイヤーを材料として使用するDED方式の一種です。溶接技術と似た原理で、ワイヤーを溶かしながら積層して造形を行います。この方式は、WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）と呼ばれることもあります。
なお、ワイヤーDED方式（WAAM）はDED方式の一種ですが、代表的な派生技術として分けて紹介します。
メリット
ワイヤーDED方式の特徴は、材料コストが比較的低い点です。粉末材料と比較すると、ワイヤー材料は取り扱いやすく、コストも抑えられます。
また、大型構造物の造形に向いているため、船舶や航空宇宙分野などで研究が進んでいます。
デメリット
造形精度は粉末方式より低くなる傾向があります。
そのため、造形後に機械加工で仕上げる工程が前提になるケースが多いです。
【金属3Dプリンター方式の違いを比較】
金属3Dプリンターは複数の方式が存在しますが、どの方式が優れているかは用途によって異なります。そのため、導入や利用を検討する際は、造形精度、サイズ、速度、コストといった観点で違いを理解することが重要です。ここでは、代表的な比較ポイントを整理します。
① 造形精度の違い
金属3Dプリンターの造形精度は、方式によって大きく異なります。
一般的に、パウダーベッド方式は非常に高い精度を実現できる方式として知られています。レーザーや電子ビームを用いて金属粉末を選択的に溶融するため、細かい形状や複雑な内部構造の再現が可能です。そのため、航空宇宙部品や医療インプラントなど、精密性が求められる分野で広く利用されています。
一方で、DED方式やワイヤーDED方式は、造形速度やサイズを重視した方式であるため、精度よりも大型造形や補修用途に適している技術です。細かな仕上げが必要な場合には、造形後に切削加工などの仕上げ工程を行うことが一般的です。
② 造形サイズの違い
造形できるサイズも方式によって大きく変わります。
パウダーベッド方式は装置内部の造形エリアに制限があるため、比較的小さな部品の製造に向いています。その一方で、DED方式やワイヤーDED方式は、造形ヘッドを移動させながら材料を堆積させるため、比較的大きな部品の造形が可能です。
特に航空宇宙や重工業では、大型構造物を作る目的でDED方式が研究・活用されています。
③ 造形速度の違い
造形速度も重要な比較ポイントです。
パウダーベッド方式は高精度な造形が可能ですが、造形速度は比較的ゆっくりです。一層ずつレーザーで溶融していくため、造形サイズが大きくなるほど時間がかかります。
一方、バインダージェット方式はレーザー溶融工程がないため、比較的高速な造形が可能です。そのため、将来的には金属部品の量産技術としての活用が期待されています。
④ 導入コストの違い
金属3Dプリンターは一般的に高価な装置ですが、方式によって導入コストも異なります。
パウダーベッド方式は高性能なレーザーや精密制御装置を使用するため、装置価格が高くなる傾向があります。
産業用途の装置では数千万円から数億円規模になるケースもあります。
一方、材料押出方式などは比較的シンプルな構造であるため、他の金属3Dプリンター方式と比較すると導入コストが抑えられる傾向があります。
このように、金属3Dプリンターは「どの方式が優れているか」ではなく、用途に応じて適した方式を選ぶことが重要です。
【用途別おすすめ金属3Dプリンター方式】
金属3Dプリンターは方式によって得意な分野が異なります。そのため、装置の性能だけで判断するのではなく、どの用途に使うのかを基準に方式を選ぶことが重要です。ここでは代表的な用途ごとに、適している方式の傾向を紹介します。
① 航空宇宙・医療分野
航空宇宙分野や医療分野では、高い精度と強度を両立した部品が求められます。例えば、航空機エンジン部品や医療用インプラントなどは、非常に高い品質基準が必要です。
このような用途では、パウダーベッド方式が多く採用されています。レーザーや電子ビームで金属粉末を溶融することで、高密度で精密な造形が可能になるためです。
また、複雑な内部構造や軽量化設計にも対応できるため、航空宇宙産業では積極的に活用されています。
② 自動車・試作開発
自動車分野では、試作部品の製作や機能検証のために金属3Dプリンターが活用されています。設計変更を繰り返す開発段階では、短期間で部品を製作できる技術が重要です。
この用途では、パウダーベッド方式や材料押出方式などが利用されることがあります。特に材料押出方式は、比較的導入コストが低いため、研究機関や開発部門でも利用されています。
試作開発では、必ずしも量産品質が必要とは限らないため、コストとスピードのバランスを考えた方式選びが行われます。
③ 大型金属部品
大型部品の製造では、DED方式やワイヤーDED方式が利用されることが多いです。これらの方式は材料を供給しながら造形するため、大きな構造物を作ることができます。
例えば、航空機の構造部材や産業機械部品などでは、大型金属部品の製造や補修にDED方式が活用されています。
特に既存部品に材料を追加する「肉盛り加工」ができる点は、DED方式の大きな特徴です。
④ 量産製造
金属3Dプリンターは主に試作技術として発展してきましたが、近年は量産技術としての研究も進んでいます。
その中でも注目されているのが、バインダージェット方式です。この方式はレーザー溶融工程がないため、比較的高速な造形が可能です。
そのため、将来的には自動車部品や工業部品の量産に活用される可能性があります。実際に世界の製造業では、金属3Dプリンターを量産工程に組み込む取り組みが進められています。
【金属3Dプリンターのメリットとデメリット】
① メリット
金属3Dプリンターの最大のメリットは、従来の加工方法では難しい形状を製造できることです。
例えば、内部に複雑な流路を持つ部品や、軽量化のための格子構造などは、切削加工では作ることが困難です。金属3Dプリンターを利用することで、これらの形状を一体で造形できます。
また、部品を一体化することで、部品点数の削減や組立工程の簡略化にもつながります。さらに、試作部品を短期間で製作できるため、製品開発のスピード向上にも貢献します。
② デメリット
一方で、金属3Dプリンターにはいくつかの課題も存在します。
まず、装置価格や材料費が高いことです。産業用装置は非常に高価であり、導入には大きな投資が必要になります。
また、造形後には熱処理や仕上げ加工などの後工程が必要になる場合もあります。そのため、製造プロセス全体を理解したうえで導入を検討することが重要です。
このように、金属3Dプリンターは万能な技術ではありませんが、用途が適していれば従来の製造方法では得られない価値を生み出します。
【金属3Dプリンター導入前に知っておきたいポイント】
金属3Dプリンターは非常に高性能な製造技術ですが、導入には慎重な検討が必要です。設備投資や運用体制、用途との適合性などを理解したうえで判断することが重要になります。ここでは、導入前に確認しておきたいポイントを解説します。
① 導入コストの目安
金属3Dプリンターの導入コストは、方式や装置の性能によって大きく異なります。
一般的に、産業用途の装置では数千万円から数億円規模の設備投資になるケースが多いです。さらに、装置本体だけでなく、金属粉末やワイヤーなどの材料費、安全対策設備、後処理設備なども必要になります。
また、装置を運用するためには専門知識を持つ人材も必要です。造形条件の設定や後処理工程など、金属3Dプリンター特有のノウハウが求められます。
このような理由から、導入を検討する際には装置価格だけでなく、運用コストも含めた総合的な判断が必要になります。
② 外注サービスという選択肢
金属3Dプリンターを活用する方法は、装置を導入するだけではありません。近年は金属3Dプリントの受託サービスも増えており、外注で部品を製作することも可能です。
外注サービスを利用する場合、装置導入の初期投資を行わずに金属3Dプリントを活用できます。試作部品の製作や小ロット生産であれば、外注の方がコストメリットがあるケースも少なくありません。
また、専門企業に依頼することで、造形条件や材料選定などの技術的なサポートを受けることができる場合もあります。まずは外注で活用し、その後に自社導入を検討するという進め方も一般的です。
③ 金属3Dプリンターが向いているケース
金属3Dプリンターは、すべての製造に適しているわけではありません。従来の切削加工や鋳造の方が効率的なケースも多く存在します。
金属3Dプリンターが特に効果を発揮するのは、複雑形状の部品や軽量化設計が求められる部品です。内部流路を持つ部品や格子構造など、従来加工では難しい形状を一体で造形できる点が大きな強みです。
また、部品点数の削減や設計自由度の向上といったメリットもあります。そのため、金属3Dプリンターを導入する際には、どの部品に活用するのかを明確にすることが重要です。
【まとめ】
金属3Dプリンターには、パウダーベッド方式、DED方式、バインダージェット方式、材料押出方式、ワイヤーDED方式など、複数の造形方式が存在します。これらの方式はそれぞれ仕組みや特徴が異なり、得意とする用途も異なります。
例えば、高精度部品の製造にはパウダーベッド方式が適しており、大型部品の造形や補修にはDED方式が利用されることが多いです。また、量産技術として注目されている方式として、バインダージェット方式も研究が進んでいます。
このように、金属3Dプリンターを理解するうえでは、「どの方式なのか」を把握することが非常に重要です。
方式ごとの特徴や用途を理解することで、導入検討や外注利用の判断もしやすくなります。金属3Dプリンターは、適切な用途で活用することで、従来の製造方法では実現できなかった設計や製造を可能にする技術です。
まずはそれぞれの方式の違いを理解し、目的に合った金属3Dプリンターの活用方法を検討することが重要です。
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