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産業用3Dプリンターの最新技術・材料・応用事例    
Industrial 3D Printers : Latest Technology, Materials, and Application Examples
[コードNo.2015T972]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 山口修一
■体裁/ B5判 287ページ
■発行/ 2015年5月22日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 81,000円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1071-8

 
★3Dプリンターを活用した「ものづくり」が製造業に革命を起こす!試作品や金型、少量生産品製造での利用が進む!
★装置・材料の世界市場規模は2020年には1兆円予想!重要特許の期限が切れ始めたことにより、新規参入が激化!
★造形用樹脂の世界市場規模は2017年には2012年比4倍の3,300億円予想!樹脂や金属など新たな材料開発が加速中!
★データから金型なしにダイレクトに製造でき、コストや時間を大幅削減!
★各種積層造形技術、樹脂や金属などの造形材料開発、自動車部品や医療機器などへの応用事例、企業・市場動向
 までを網羅した3Dプリンター書籍の決定版!企業・研究機関のノウハウを掲載し、3Dプリンターによる量産技術確立への
 ヒント満載!

キーワード

3Dプリンター / 金属3Dプリンター / 積層造形 / AM(Additive Manufacturing)技術 / 光造形法 / 熱溶融積層法 / インクジェット法 / 粉末床溶融結合法 / 3次元CAD / ソフトウェア / レーザ / 電子ビーム / 光硬化性樹脂 / 熱可塑性樹脂 / 金属粉末 / 切削加工複合機 / 金型 / 試作 / 自動車部品 / 医療機器 / 歯科材料 / 臓器シミュレーター / 企業動向 / 海外動向 / 市場動向

刊行にあたって

 2012年頃から始まった今回の3Dプリンターブームにより、今では3Dプリンターという言葉は、すっかり市民権を得た感がある。過去のブームは産業界における一部の関係者の間での関心の高まりであったのに対して、今回はコンシューマー向けの低価格な3Dプリンターが家電量販店でも簡単に入手できるようになったこともあり、一般の消費者や産業界全体を広く巻き込んでのブームと言え、過去とは明らかに異なっている。3Dプリンターに関するニュースは今でも頻繁に取り上げられ、導入企業や参入企業も日を追って増加しており、これまでのように一過性のもので終わる気配はない。そのため今回はブームと呼ぶにはふさわしくないのかもしれない。確かに安価な3Dプリンターについてはその造形物の品質レベルが低いことから、一時ほどの人気や勢いはない。また知識やノウハウもなく、3Dプリンターを導入した企業においては、実際のものづくりに活かせていないケースも見受けられる。しかしその一方で、今回のブームが到来する前から、この技術を研究し、試行錯誤しながらこの技術と向き合ってきた企業においては、今回の関心の高まりによってもたらされた新しいニーズに対して、具体的なものやサービスを提供することが可能となり、ビジネスに確実に結びついている。また、近年の技術開発の進歩により航空宇宙やメディカル分野など、新たな用途への展開も着実に進んでいる。
 このように、かつてないほどに関心の高まりを見せている3Dプリンティング技術ではあるが、これまで産業用3Dプリンターについて、最新の動向を踏まえ、基礎から実用的な応用例まで、さらには関連するソフトウェアや今後の展望にまで踏み込んだ専門書は数少ない。そこで本書では、今回のブームが来る以前から3Dプリンターや関連する技術と向き合いながら技術を蓄積してきた第一線の研究者の方や企業の方に最新の技術を解説して頂くと共に、これからの展望についても解説して頂いた。本書はこれから技術開発を検討している研究者の方や3Dプリンターを使った新規事業を検討している企業にとって必要とされる、正しい知識と最新の技術や動向に関する情報を提供することを目的としている。
 ところで、3Dプリンターとは専門家の間では本来Additive Manufacturing(AM)装置の中でも安価な装置を指す言葉であったが、各種メディアがAM装置全体を表す言葉として用いたため、現在では広くこの意味で使われている。本書ではこれらの状況を踏まえAM装置全体を表す言葉として3Dプリンターを使用する。また、造形原理はASTM(American Society for Testing and Materials)国際会議で決められた分類に従うと、@材料押出法(Material extrusion)、通称FDM、熱溶解積層法、A液槽光重合法(Vat photo-polymerization)、通称光造形法、Bシート積層法(Sheet lamination)、C結合剤噴射法(Binder jetting)、通称インクジェット粉末積層法、D材料噴射法(Material jetting)、通称インクジェット光硬化積層法、E粉末床溶融結合法(Powder bed fusion)、通称粉末焼結法、F指向エネルギー堆積法(Directed energy)の7種類となるが、用語は執筆者が日常的に使っている文言をそのまま使用しているため統一されていない。なお、本書ではBとFを除き産業用途に普及している方法について解説している。
 本書が3Dプリンターに関係する多くの研究者や技術者、そして新規事業を検討している方々に参照して頂き、3Dプリンターによる新しいものづくりの時代の扉を開く一助となれば幸いである。

(株)3Dプリンター総研
山口修一

著者一覧

山口修一(株)3Dプリンター総研;(株)マイクロジェット
安齋正博芝浦工業大学
京極秀樹近畿大学
吉田俊宏シーメット(株)
當間隆司武藤工業(株)
早野誠治(株)アスペクト
萩原恒夫東京工業大学
宮保淳アルケマ(株)
川瀬至道ユニチカ(株)
迫部唯行ユニチカ(株)
上田一恵ユニチカ(株)
木寺正晃愛知産業(株)
吉川大士(株)ノリタケカンパニーリミテド
古川英光山形大学大学院
高瀬勝行JSR(株)
春日寿利(株)スリーディー・システムズ・ジャパン
栗原文夫(株)ディーメック
小泉卓也シーメット(株)
戸羽篤也(地独)北海道立総合研究機構
天谷浩一(株)松浦機械製作所
中本貴之(地独)大阪府立産業技術総合研究所
松下富春中部大学
藤林俊介京都大学
福田英次弓削商船高等専門学校
樋口鎮央和田精密歯研(株)
竹田正俊(株)クロスエフェクト
矢田拓マテリアライズジャパン(株)
小林広美(株)スリーディー・システムズ・ジャパン
丸尾昭二横浜国立大学
芦田極国立研究開発法人 産業技術総合研究所

目 次

第1章産業用3Dプリンター概論
13Dプリンターの誕生から今日まで〜ラピッドプロトタイピングからアデティブマニュファクチャリングへの変遷〜  (安齋正博)
1.1はじめに
1.23Dプリンターという言葉
1.33Dプリンターを使うための要素技術の昨今
1.43Dプリンターの泣きどころ
1.5ラピッドプロトタイピング(RP)
1.6ラピッドツーリング(RT)とラピッドマニファクチャリング(RM)
1.6.1鋳造によるハードツーリング
1.6.2金属粉末焼結ハードツーリング
1.6.3金属光造形と高速ミーリングとの複合加工技術
1.73Dプリンターの応用がもたらすもの
1.8おわりに
23Dプリンタの将来と次世代技術開発  (京極秀樹)
2.1はじめに
2.2産業用3Dプリンタの課題
2.2.1装置
2.2.2制御ソフトウェア
2.2.3金属粉末
2.3次世代型産業用3Dプリンタ技術開発
2.3.1事業の背景および目的
2.3.2開発目標
2.3.3事業内容
2.3.4次世代3D積層造形技術開発
2.4産業用3Dプリンタの将来展望
2.4.1次世代型産業用3Dプリンタの製造技術の獲得・展開
2.4.2設計・製造技術の革新
2.4.3次世代型産業用3Dプリンタによる製造技術の革新
2.5おわりに
第2章各種積層造形技術と今後の展望
1光造形法の現状と活用  (吉田俊宏)
1.1はじめに
1.2光造形装置とは
1.3当社の光造形装置について
1.4当社の取り組みに関して
1.5最新樹脂材料について
1.6光造形アプリケーション
1.7光造形精密鋳造について
1.8光造形の将来
2樹脂溶融型3Dプリンターの要素技術  (當間隆司)
2.1はじめに
2.2フィラメント
2.2.1射出成型との差
2.2.2フィラメントの形状バラツキ
2.3造形ヘッド
2.3.1吐出ブロック
2.3.2ヒーター
2.3.3スリーブ
2.3.4吐出ヘッドのアッセンブリ
2.4送り込み機構(エクストルーダー)
2.4.1フィラメント側の負荷
2.4.2ヘッド側の負荷
2.4.3送り機構
2.5造形テーブル
2.5.1テーブル剛性と昇温速度
2.5.2平面性と温度
2.5.3テーブルの組み込みの注意事項
2.6ヘッド駆動機構
2.6.1単層造形機構(XY平面の駆動機構)
2.6.2昇降機構
2.7最後に
3インクジェット法  (山口修一)
3.1はじめに
3.2インクジェット技術について
3.2.1吐出方式
3.2.2オンデマンド方式
3.2.3インクジェットヘッド
3.2.4インクジェット吐出液材料
3.3インクジェット法による各種造形方法
3.3.1結合剤噴射法(Binder jetting)
3.3.2材料噴射法(Material jetting)
3.4今後の展望
3.5おわりに
4粉末床溶融結合法  (早野誠治)
4.1粉末床溶融結合(PBF)法
4.2市販されているPBF装置
4.2.1米国3D Systems社
4.2.2独国EOS社
4.2.3日本アスペクト社
4.2.4独国Concept Laser社
4.2.5スウェーデンArcam社
4.2.6Mining and Chemical Products Limited(MCP)社
4.2.7Phenix Systems社
4.2.83D Micromac社
4.2.9独国Sintermask社
4.2.10米国Desktop Factory社
4.2.11米国Hewlett-Packard(HP)社
第3章造形材料開発の最新動向
1材料から見た3Dプリンター  (萩原恒夫)
1.1はじめに
1.23Dプリンター
1.2.13Dプリンターとは
1.2.23Dプリンターとその材料
1.2.3材料押出し法(溶融樹脂積層法;FDM)
1.2.4パーソナル3Dプリンター(FDM方式)
1.2.5液槽光重合法(光造形)用液状光硬化性樹脂
1.2.6廉価版光造形機
1.2.7粉末床溶融結合法(粉末焼結;SLS, SLM)用材料
1.2.8結合剤噴射法(インクジェット法)
1.2.9材料噴射法
1.2.10シート積層法
1.2.11指向エネルギー堆積法(Directed Energy Deposition)
1.3ハイブリッド型積層造形装置
1.4材料から見た3Dプリンターの今後の行方
2粉末床溶融結合(PBF)造形向けポリアミド材料  (宮保淳)
2.13Dプリンター技術としての粉末床溶融結合(PBF)造形
2.2樹脂粉末を用いるPBFの概要
2.3PBF材料としてのポリアミド
2.4PBFに最適な長鎖脂肪族ポリアミド
2.5ポリアミド11とポリアミド12の違い
2.6アルケマ社のPBF向けポリアミド材料
2.6.1Orgasol®(オルガソル) Invent Smooth(OIS)
2.6.2Rilsan®(リルサン)Invent Natural(RIN)
2.7おわりに
3インクジェット粉末積層法における各種材料  (山口修一)
3.1はじめに
3.2結合剤噴射法における材料
3.3材料噴射法における材料
3.4今後の動向
3.5おわりに
43Dプリンター造形用材料:ポリ乳酸と高耐熱ポリアミド  (川瀬至道、迫部唯行、上田一恵)
4.1はじめに
4.2PLA
4.2.1PLAの特徴
4.2.2PLAの用途
4.2.3Material Extrusion用材料としてのPLA
4.3Material Extrusion用フィラメント
4.3.1Material Extrusion方式の3Dプリンターと造形材料について
4.3.2PLAのエナンチオマー
4.3.3フィラメントの作製方法と真円性および結晶化
4.3.4今後の可能性と留意点
4.4材料の展開
5LPW社における積層造形装置用低コスト・高品質粉末の開発動向  (木寺正晃)
5.1はじめに
5.2金属の積層造形システムの歴史と日本の現状
5.3英国LPWテクノロジー社について
5.4金属の積層造形のマーケット
5.5高品位粉末とLPW社
5.6おわりに
63Dプリンター造形用粉体材料の開発  (吉川大士)
6.1ノリタケにおける3Dプリンターの利活用
6.23Dプリンター用造形粉開発の経緯
6.33Dプリンター用石膏材料の要求特性
6.3.13D成形のための速い硬化
6.3.2造形時変形抑制のための適度な水分保持力
6.3.3均一な粉敷きのための粉体転がり性
6.3.43Dデータ通りの成形のための粉体粒度
6.4ノリタケ製材料の技術的特徴
6.4.1石膏用硬化促進剤の添加量適正化
6.4.2樹脂成分・量の適正化
6.4.3粉体材料の転がり性向上と粒度適正化
6.5造形例
6.6今後の展望
73Dゲルプリンターが先導する化学系メイカーズ革命  (古川英光)
7.1はじめに
7.2二枚目の名刺
7.3広がらなかった高強度ゲルブーム
7.4ゲルプリンターで、誰もが高強度ゲルを作れるようになる
7.53Dゲル造形物の評価
7.63Dデジタルデータのもたらす意味
7.7材料のデジタル化:その社会実装へのアプローチ
7.8化学系のメイカーズ革命を起こそう!
8光造形法における材料開発  (高瀬勝行)
8.1はじめに
8.2光造形用樹脂の基本構成
8.3光造形の応用分野と光造形用樹脂に対する要求特性
8.4光造形用樹脂の耐熱性
8.5光造形用樹脂の靭性
8.6光造形用樹脂の透明性
8.7光造形用耐熱・透明・靭性樹脂の物性紹介
8.8おわりに
第4章3Dプリンターを用いた応用技術と応用事例
13Dプリンターの各種方式と応用事例  (春日寿利)
1.1はじめに
1.23Dプリンターによる造形の仕組みの基本
1.33つの製品カテゴリと7つの3Dプリントエンジン
1.43D Systems 3Dプリンター製品紹介
1.4.1パーソナル3Dプリンター
1.4.2プロフェッショナル3Dプリンター
1.4.3プロダクション3Dプリンター
1.5おわりに
2マイクロ波成形技術(ゴム型で熱可塑性樹脂を成形する技術)  (栗原文夫)
2.1はじめに
2.2原理
2.2.1微粒子充填
2.2.2選択加熱
2.2.3真空型締め
2.3マイクロ波加熱の特徴
2.4熱可塑性樹脂のマイクロ波加熱特性
2.5光成形プロセス
2.6マイクロ波成形機
2.7マイクロ波成形品の性能
2.7.1寸法精度
2.7.2機械的特性
2.7.3樹脂の種類
2.8光成形品の特徴
2.8.1ウエルド
2.8.2厚肉成形品・肉厚変化のひけ
2.8.3表面結晶化度と摩擦磨耗特性
2.8.4透明成形体の残留歪
2.8.5表面転写性(ナノインプリント)
2.9今後の展開
3光造形技術における透明材料を活用した流体可視化への応用  (小泉卓也)
3.1はじめに
3.2様々な積層方法
3.2.1光造形方式
3.2.2熱溶融堆積方式
3.2.3インクジェット方式
3.2.4粉末床溶融結合方式
3.3透明・可視化
3.3.1透明+耐熱樹脂「TSR-884B」
3.3.2透明+靭性樹脂「TSR-890」
3.4まとめ
43Dプリンターを用いた鋳造用鋳型の作製技術と活用事例  (戸羽篤也)
4.1鋳造法における鋳型製造プロセス
4.23Dプリンターによる鋳型造型の利点
4.33D積層鋳型造型機
4.4国内における鋳型造型用3Dプリンター開発の取り組み
4.53Dプリント鋳型を用いたリバースエンジニアリング
4.6まとめ
5金属光造形複合加工装置LUMEX Avance-25について  (天谷浩一)
5.1概要
5.2金属光造形複合加工法とは
5.2.1金属光造形法
5.2.2金属光造形複合加工法
5.3金属光造形複合加工装置の紹介
5.3.1機械の構成
5.3.2機械仕様
5.4LUMEX Avance-25によるプラ金型製作
5.4.1プラ金型の設計
5.4.2プラ金型の高機能化
5.4.3従来工法との比較
5.5LUMEX Avance-25による高機能部品製作事例
5.5.1軽量化を実現した事例(ブリスク)
5.5.2複雑形状を実現した事例(歯)
5.6結言
6金属積層造形装置を用いた金属部品や金型への応用事例および今後の展開  (中本貴之)
6.1はじめに
6.2炭素鋼粉末のSLM造形物の高密度化および高強度・高硬度化
6.3低合金鋼粉末のSLM造形物へのプラズマ窒化処理による耐摩耗性の向上
6.4おわりに
7レーザー溶融3D積層造形による医療デバイスの開発事例および今後の展開  (松下富春、藤林俊介)
7.1緒言
7.2造形品の品質
7.2.1造形工程
7.2.2純チタン積層造形品の機械的性質
7.2.3表面性状
7.2.4形状および寸法精度
7.3医療デバイスの開発事例
7.3.1医療応用を意図した多孔体の造形とその特性
7.3.2デバイスの設計
7.3.3医療デバイスの具体例
7.4結言
8電子ビーム積層造形装置を活用した医療機器開発への取り組みと適用事例および今後の展開  (福田英次)
8.1電子ビーム積層造形法
8.2電子ビーム積層造形装置を活用した医療機器開発
8.2.1人工関節の形状のカスタマイズ
8.2.2人工関節の表面形態制御
8.2.3人工関節の低弾性率化
8.2.4生体にやさしいチタン合金の適用
8.3今後の展開
9金属積層造形装置を用いた歯科補綴物への応用事例  (樋口鎮央)
9.1はじめに
9.2鋳造プロセスへのAM技術の応用
9.3製作方法
9.4材料および方法
9.4.1生体親和性について
9.4.2金属イオンの溶出について
9.4.3内部気孔について
9.5設計の自由度
9.6レーザークラウンの適応製品
9.7レーザーシンタリングのこれからの適応製品
9.7.1インプラントブリッジなどへの応用
9.7.2インプラント印象採得時のベリフィケーションインデックスへの応用
9.7.3インプラントオーバーデンチャーへの応用
9.7.4レーザーサブペリインプラントへの応用
9.7.5テーラーメイドチタンメッシュプレートへの応用
9.7.6義歯のクラスプや金属床への応用
9.8レーザーシンタリングの将来展望
103Dプリンターで成形するカスタムメイド人工骨―主に粉末固着法による人工骨成形の基礎と応用―  (安齋正博)
10.1はじめに
10.2AMにおける粉末固着積層法
10.3粉末固着積層法を応用した人工骨の製作
10.4その他のAMを用いた人工骨の製作
10.5おわりに
113Dプリンターを用いた超軟質心臓シミュレーターへの応用  (竹田正俊)
11.1はじめに
11.2時間および原価管理システム「CMAX」の構築
11.3いのちを救うプロジェクト
11.4再現性にこだわった技術革新
11.5独自性と今後の波及効果
11.6How to makeからWhat to makeへ
12Additive Manufacturingに特化したプロセス管理・自動化システム  (矢田拓)
12.1現在のAM技術
12.2AMを用いた生産
12.2.1AM生産における課題
12.2.2AM生産の成功事例
12.3AMプロセスを管理する専用システム
12.3.1一元管理と自動化
12.3.2効率的な生産
12.3.3トレーサビリティと品質管理
12.3.4シームレスな統合
12.4まとめ
第5章市場動向と今後の展望
13Dプリンタ最新情報と今後の可能性  (小林広美)
1.1はじめに
1.23Dプリント=積層造形(成形)法
1.33Dプリンタ 市場性
1.43D Systems社について
1.5様々な積層造形方式と特徴
1.6「ものづくり」の様々な段階で活用される3Dプリンタ
1.73Dプリンタを活用した新しい生産メソッド
1.8医療分野での活用
1.9オンデマンド3Dプリント事業
1.10エンターテインメント、フィギュア、記念品
1.11建築、土木、住宅販売など
1.12バーチャルリアリティと3Dプリント
1.13宇宙開発
1.14個人レベルに広がる3Dプリンタ
1.15Google “ProJect Ara”カスタム生産ラインに組み込まれる3Dプリンタ
1.16最後に
2マイクロ・ナノ光造形法による次世代造形技術  (丸尾昭二)
2.1はじめに―光造形からマイクロ・ナノ光造形へ―
2.22光子マイクロ光造形法の原理と特徴
2.32光子造形法の進化―加工分解能・加工速度の向上とハイアスペクト化―
2.42光子造形法の応用―高機能ラボオンチップの開発―
2.5無電解めっきによる金属化マイクロマシンの開発
2.6シリコーン樹脂型を用いた3次元構造体の複製技術
2.7新規な感光性材料による機能構造体の作製―アモルファスカーボン構造体の形成―
2.8セラミックス材料を用いた鋳型技術による機能構造体の創製
2.9まとめと今後の展望
3金属の積層造形技術の今後の展開と国際標準化の動向  (芦田極)
3.1はじめに
3.23Dプリンターの多様化と材料の変遷
3.33Dプリンターによる金属部品の製作
3.3.13Dプリンターによる金属部品の間接造形
3.3.23Dプリンターによる金属部品の直接造形
3.3.3金属積層造形技術の開発課題
3.4国際標準化の動向
3.4.1ISOとASTMの相違点
3.4.2ASTM F42とISO/TC261の共同作業
3.4.3Additive Manufacturingに関する規格の傾向
3.5金属3Dプリンターの今後の展開



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