CADと3Dプリンター活用の始め方｜試作工程と導入のコツ

CADと3Dプリンターの関係とは

3Dプリンターは、機種・材料・用途によって入力形式が異なりますが、産業用および一般的なFDM／SLAなどの方式では、CADで作成された3Dモデルデータが利用されるケースが多く見られます。そのため、設計内容（角度、形状、サポート想定など）が、造形品質や後加工のしやすさに影響すると考えられています。

この章では、なぜCADが必要なのか、2Dと3Dの考え方の違い、プリントに使うデータ形式の基本について見ていきましょう。

CADデータが3Dプリントに不可欠な理由

3Dプリンターはデータを基準に動きます。継ぎ目や厚み、面の向きなど、作りやすさはCADで決まり、精度・強度・仕上がり・コストに直結します。

• 最小肉厚やオーバーハングなど、設計ルールが造形可否を左右
• 穴やゼロ厚のない閉じたソリッドが基本
• サポート面や後処理の余肉もCADで事前に設計すると効率的
• 形状変更やスライスのやり直しも、CADの作り方次第で速さが変わる

つまり、多くのトラブルは機械ではなくデータの作り方で防ぐことができるといえます。

2D設計と3D設計の違い

2D図面でも試作はできますが、速さを重視するなら初期段階から3Dで形状を固めておく方が効率的です。寸法や厚みの整合がとれ、変更にも強くなります。

3Dで造形に近い形を作っておくほど、手戻りも減ります。

3Dプリント用データ形式の基本

造形前には、CADモデルを目的に合ったデータ形式に変換する必要があります。

使い分けのポイント概要は以下のとおりです。

どの形式でも、閉じたソリッドか、法線・穴・単位のチェックは事前に行うようにしましょう。

3Dプリンターでの試作プロセス

社内で試作をスピーディに進めるには、「設計→スライス→造形→後処理→評価」の流れをスムーズにつなぐことが重要です。

この章では、それぞれの工程を最短ルートで進めるためのポイントを整理します。

設計データの作成

試作の目的から逆算して、「作れる形」で3Dモデルを作ることが大切です。後処理や測定を見越して、基準面や余肉、最小肉厚を先に決めておくと手戻りが減ります。

• 寸法・機能・外観など、評価目的を明確にする
• 最小肉厚・R・抜き勾配・ネジ穴の基準を統一する
• サポート面や基準面は見えない側に配置する
• 出力時は許容誤差とソリッドチェックを忘れない

設計は、次の工程で迷わないための説明書です。検証手順と出力条件もテンプレ化しておくと、試作スピードを安定化できます。

機能は充実しているか

不具合を未然に防ぐ設計支援があると、周回が短くなります。

搭載の有無だけでなく、同機能が何手で完了するかを測ると、実運用での差が見えます。

スライス処理とプリント準備

スライサーで造形条件を設定することで、安定した仕上がりが得られます。向きや層の高さ、壁の厚み、充填率、サポートのかけ方などを目的に合わせて調整し、特に初層の密着は成功率に大きく関わるため、慎重に確認しておくことが重要です。

• 強度や外観を考えた向きを最適化する
• 層高・壁数・トップ/ボトム層・充填率を設定する
• サポート密度・接点径、ブリム/ラフトの有無を確認する
• ベッドレベリング、材料乾燥、ノズル温度を確認する

スライスは品質を決める調整要素です。条件は記録して、比較・改善ができる状態にしておくと、ABテストもスムーズです。

プリント実行と後処理の流れ

3Dプリントは、造形前の準備と造形後の処理をどれだけ整えておくかで、仕上がりの安定性が大きく変わります。ビルド前のチェックと造形後の処理をルール化しておけば、必要な品質をムダなく、効率よく確保できます。

• 初層の試し打ちや途中層を目視チェックする
• 取り外し・サポート除去の手順と工具を統一する
• 洗浄・二次硬化（樹脂）や、研磨・タップ・塗装の流れを整備する
• 測定・機能確認 → 結果の記録と改善点を整理する

最後に、条件・結果・時間を1枚にまとめて「持ち帰り」を残すのがポイントです。設計やスライスに反映すれば、次回の精度アップにつながるでしょう。

CADソフト選定のポイント

初導入で大切なのは、「試作を素早く回し、学びを残せるか」です。製品の良し悪しよりも、社内に合った評価軸を先に決めておくことで、迷いや手戻りが減らせます。

この章では、判断基準を整理していきましょう。

直感的に操作できるか

現場で迷わず形状を起こせることが試作速度に直結します。

体験版やトライアルで同じ課題モデルで操作回数と完了時間を記録すると、定量比較ができるでしょう。

価格に合っているか

初期費用だけでなく、教育や運用、アドオン、アップデートなどを含めた総保有コストで比較することが大切です。まずは最小構成で目標を達成できるかを試し、段階的に拡張するのが無理のない進め方です。

まず小さく始め、評価をクリアしたら段階的にプランを広げていきましょう。

社内共有・他部門と連携できるか

将来的なボトルネックは、ツールそのものよりもデータの流れに現れます。入出力形式、図面出力、PDM/PLMの連携、アクセス権の管理、社外・他部門との受け渡しルールなどは、導入時にまとめて整備しておくと運用が安定します。

こうした連携の仕組みは、人と組織のルール作りでもあります。命名規則やバージョン管理、受け渡しの手順をテンプレート化し、評価を通過したら正式運用に切り替えることで、導入効果を長く維持できるでしょう。

3Dプリントに用いる素材と後処理

素材と後処理は、試作の速度と評価精度を左右します。細かな材料学よりも「何を確かめるか」に沿って最短で回せる選択を押さえましょう。

基本は樹脂で形状・嵌合を素早く検証し、必要に応じて金属・セラミックで最終仕様に近づけることです。

樹脂系の特徴

樹脂は初期の試作に向いており、短納期で周回できます。方式ごとの仕上がり特性と後処理の負荷を理解しておくと、手戻りを減らせます。

まずは、層高・壁数・トップ/ボトム層・向きの標準を固定し、研磨・塗装・タップの手順と時間をテンプレ化しましょう。

金属・セラミックの特徴

強度・耐熱・耐摩耗など、実使用に近い条件での検証に適しています。造形後の熱処理や加工を見越して、あらかじめ余肉や支持構造を設計に織り込むことがポイントです。

金属・セラミック系では、「支持除去→熱処理→機械加工→検査」までを工程として定義し、どこまでを社内で対応し、どこからを外注にするかを導入前に決めておくと、コストや納期のブレが減ります。

社内導入時のポイント

導入を成功させるカギは、「速度・品質・人・連携」の4つを明確にし、運用ルールを整えることです。最初に基準と手順を簡潔に固めておくことで、機種や材料が変わっても再現性のある運用が可能になります。

試作スピードとコストのバランス

まずは、試作1周にかかる時間とコストの見える化から始めましょう。

• 設計→スライス→造形→後処理→評価までの所要時間に上限を設定
• 1ビルドあたりの材料費・稼働費を簡易に計算
• 初層確認や材料乾燥など、歩留まりに関わる工程は短縮しない
• 内製/外注の判断基準（コスト・納期）を文書で明確化

この枠組みがあれば、設定変更の効果を「時間と費用」で比較でき、改善が進みます。

精度・強度・仕上がりの評価方法

評価は「どう測るか」を統一することが重要です。

3周ほど試作を重ねて、「この用途にはこの条件」という基準を固めると、判断がスムーズになるでしょう。

教育・習熟にかかる時間

導入初期は短期集中で型を作るのが効果的です。

• 初日に「設計→出力→スライス→造形→後処理→評価」まで体験
• 同一モデルで向き・層高・壁数の条件出しを実演
• その場で既定値・チェックリスト・評価様式を整備
• 週1回、15分のミーティングで失敗共有と設定のアップデート

個人技に頼らず、誰でも再現できるテンプレート化が成功のポイントです。

部門内外での活用範囲の広がり

まずは小さく始め、効果を確認しながら用途を段階的に広げていきます。

• 初期用途は治具・干渉チェック・外装モックに限定
• 評価が安定したら、組立検証・営業用試作・展示物へ展開
• データの受け渡しルール（形式・版・命名）と共有範囲を明文化
• 成果物やリードタイム短縮の実績はダッシュボードで可視化

成功パターンを見える化して関係部門に展開すれば、投資対効果の説明もしやすくなります。

まとめ

初めて3Dプリンターを導入する際に課題となりやすいのが、評価基準の曖昧さです。寸法・強度・外観など、どの項目をどの方法で測定し、どこを合否ラインとするのかを事前に決めておくことで、判断が揃い、試作の検証プロセスを積み上げやすくなります。

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