金属3Dプリンターの種類とは？主要方式5つと特徴をわかりやすく解説

• 「金属3Dプリンターにはどんな種類があるの？」
• 「SLMやDED、バインダージェットの違いが分からない…」

金属3Dプリンターを調べると専門用語が多く、どの方式が用途に合うのか判断しにくいものです。

結論から言うと、金属3Dプリンターは金属をどのように供給し、結合・積層するかによって特徴が異なります。 精密な複雑形状にはパウダーベッド方式、大型部品や補修にはDED方式など、目的から方式を選ぶことが重要です。

【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、3Dデータをもとに材料を層状に付加して金属部品を作るAM（Additive Manufacturing：積層造形）技術です。ISO/ASTM 52900でも、AMは材料を逐次付加して3次元形状を作る技術として定義されています。

金属粉末をレーザーや電子ビームで融合する方法、粉末やワイヤーを供給しながら溶着する方法、バインダーで粉末を固めた後に焼結する方法などがあり、金属を使う点は同じでも造形原理は1種類ではありません。

② 樹脂3Dプリンターとの違い

樹脂3Dプリンターとの大きな違いは、材料と後工程です。金属AMでは、方式によりサポート除去、熱処理、脱脂、焼結、切削加工などが必要です。

そのため、単に「樹脂の代わりに金属を使う3Dプリンター」と考えるのではなく、造形から後処理までを含めた製造工程として検討することが重要です。

【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

代表的な分類には、Powder Bed Fusion（PBF）、Directed Energy Deposition（DED）、Binder Jetting（BJ）、Material Extrusion（MEX）などがあります。

本記事では検索ユーザーが違いを理解しやすいように、DEDの一種で大型造形に活用されるワイヤーDEDを独立して取り上げ、主要な5技術として紹介します。

② なぜ複数の方式が存在するのか

求められる精度、サイズ、生産量、材料、コストが用途ごとに異なるためです。サイズ・生産性・後工程・材料・コストまで含めて比較することが重要です。

【金属3Dプリンターの主要方式5つ】

※ワイヤーDEDはDED方式の一種です。アークを熱源とするワイヤーDEDはWAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）と呼ばれます。

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

金属粉末を薄く敷き、レーザーまたは電子ビームで必要な部分を融合しながら積層します。NISTでも、レーザーまたは電子ビームによって粉末材料を層ごとに融合する方式として説明されています。

メリット

複雑な内部形状や微細形状を作りやすいことが強みで、航空宇宙、医療、産業部品などで活用されています。

デメリット

金属粉末の管理や安全設備が必要で、造形後にサポート除去、熱処理、表面仕上げを行う場合があります。

② DED方式（指向性エネルギー堆積）

DED方式の仕組み

粉末やワイヤーを供給し、レーザーや電子ビームなどの集中熱源で溶融しながら材料を堆積します。

メリット

大型部品の造形や既存部品への肉盛り・補修に利用できる点が特徴です。

デメリット

PBFより表面が粗く寸法精度も低くなる傾向があり、仕上げ切削を組み合わせることがあります。

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

金属粉末にバインダーを選択的に噴射して形状を作り、その後に脱粉・焼結して金属部品へ仕上げます。

メリット

造形時にレーザーで金属を1点ずつ溶融しないため、複数部品を効率よく配置する生産用途と相性があります。

デメリット

焼結時に金属粒子が緻密化することで収縮や変形が生じるため、寸法補正と焼結条件の管理が重要です。

④ 材料押出方式（Bound Metal）

材料押出方式の仕組み

金属粉末とバインダーを含む材料を押し出して造形し、その後に脱脂と焼結を行います。

メリット

試作や治具製作などに利用されています。

デメリット

焼結収縮を考慮する必要があり、完成寸法は材料や造形・焼結条件の影響を受けます。

⑤ ワイヤーDED方式

ワイヤーDED方式の仕組み

金属ワイヤーを連続供給し、熱源で溶融させながら積層するDED技術です。アークを熱源とする方式がWAAMで、レーザーや電子ビームを使うワイヤーDEDもあります。

メリット

高い堆積速度を得やすく、大型部品の造形に適しています。

デメリット

微細形状より大型造形を得意とするため、最終寸法や表面品質を求める場合は切削加工を組み合わせます。

【金属3Dプリンター方式の違いを比較】

① 造形精度の違い

精密・複雑形状ではPBFが有力ですが、寸法精度は装置、材料、形状、後処理によって変わります。

② 造形サイズの違い

PBFは造形槽の大きさに制約されます。DEDはロボットや多軸機構と組み合わせられるため、大型化しやすい方式です。

③ 造形速度の違い

速度は1個の造形時間だけでは比較できません。同時配置数、堆積量、脱脂・焼結などの後工程まで含めた生産時間で判断します。

④ 導入コストの違い

装置本体に加え、安全設備、熱処理・焼結設備、加工機なども必要です。後工程を含む総コストで比較することが重要です。

【用途別に適した金属3Dプリンター方式】

① 航空宇宙・医療分野

複雑形状や軽量化、高い品質管理が求められる部品ではPBFが活用されています。実際の採用可否は材料特性や認証・品質要求によって決まります。

② 自動車・試作開発

精密な機能試作にはPBF、比較的シンプルな金属試作には材料押出方式など、目的に応じて使い分けます。

③ 大型金属部品

大型部品や肉盛り補修ではDEDが有力です。特に高い堆積量を求める大型構造物ではワイヤーDEDが選択肢になります。

④ 量産製造

小型部品を多数配置する用途ではバインダージェットが選択肢です。ただし、焼結工程を含めた生産性と歩留まりの評価が必要です。

【金属3Dプリンターで使われる主な材料】

① ステンレス鋼・工具鋼

耐食性を求める部品にはステンレス鋼、金型や高強度部品には工具鋼やマルエージング鋼などが使われます。

② アルミニウム合金

軽量性が求められる自動車・航空宇宙分野などで利用されます。

③ チタン合金

軽量・高強度の特徴から、航空宇宙や医療分野で利用されます。

④ ニッケル基合金

高温強度や耐食性が必要なタービン、エネルギー関連部品などに利用されます。

同じ方式でも、すべての金属材料に対応できるわけではありません。 装置ごとの対応材料と造形条件を確認する必要があります。

【金属3Dプリンターのメリットとデメリット】

① メリット

内部流路、ラティス構造、部品一体化など、従来工法では作りにくい形状を実現できることが強みです。部品点数の削減や軽量化にもつながります。

② デメリット

設備・材料・後工程のコストが高くなりやすく、方式固有の設計条件もあります。単純形状の大量生産では従来工法が合理的な場合もあります。

【金属3Dプリンター導入前に知っておきたいポイント】

① 導入コストは装置以外も確認する

材料、安全設備、後処理設備、保守、ソフトウェア、人材教育まで含めて総コストを算出します。

② 外注サービスという選択肢

試作や少量生産では金属3Dプリントサービスへ外注する方法があります。造形頻度が低い段階では、外注で方式や材料の適性を確認してから導入を検討できます。

③ 金属3Dプリンターが向いているケース

複雑形状、軽量化、部品統合、少量多品種、大型部品の補修など、AMならではの効果が得られる用途に適しています。

【FAQ】

① 家庭用の金属3Dプリンターはありますか？

樹脂用FDMプリンターのように家庭で気軽に完結できる金属3Dプリンターは一般的ではありません。材料押出方式でも脱脂・焼結設備が必要になるため、安全管理を含む設備環境が必要です。

② 金属3Dプリンターの価格はどのくらいですか？

価格は方式、造形サイズ、レーザー数、付帯設備によって大きく異なります。装置本体だけでなく、後処理設備や保守費用も含めて比較します。

③ 個人でも金属3Dプリントを依頼できますか？

個人対応の受託サービスもあります。材料、サイズ、必要精度、数量を整理して見積もりを依頼しましょう。

【まとめ】

金属3DプリンターにはPBF、DED、バインダージェット、材料押出など複数の方式があり、精度・サイズ・材料・生産性・後工程が異なります。 本記事ではDEDの一種であるワイヤーDEDも独立して紹介し、主要な5技術として整理しました。

精密・複雑形状ならPBF、大型造形や補修ならDED、複数部品の生産ではバインダージェットなど、方式選びは用途から逆算することが基本です。導入時は後処理や安全設備まで含めた総コストを比較し、必要に応じて外注も検討しましょう。