造形物の軽量化について

金属3Dプリンタで軽量化が注目される理由

金属3Dプリンタは、金属の部品を一層ずつ積み重ねながら形を作る技術です。
これまでの切削加工や鋳造では作りにくかった、複雑な形の部品も作れることから、さまざまな業界で注目されています。

その中でも特に注目されているのが、部品を軽くできることです。
例えば、飛行機や自動車、ロボットなどの部品は、軽くなるほど動かしやすくなり、燃費や電力の節約にも繋がります。
人が持ったり動かしたりする機械でも、軽い部品は使いやすさの向上に役立ちます。

これまでの製造方法では、加工のしやすさや型の都合によって、必要以上に厚みを持たせることがありました。
しかし金属3Dプリンタなら、必要な部分にだけ材料を使うという考え方で形を作れるため、ムダを減らしながら軽量化を目指せます。

金属3Dプリンタで軽くするための工夫

金属3Dプリンタで部品を軽くするには、単純に材料を減らせばよいわけではありません。
軽くしても、必要な強さや使いやすさを保つことが大切です。
ここでは、代表的な工夫をわかりやすく紹介します。

必要なところだけを残す設計

部品には、力がかかりやすい場所と、そうではない場所があります。
そこで、力を受ける大事な部分はしっかり残し、あまり必要のない部分は減らすことで、全体を軽くすることができます。

これは、自然の形に少し似ています。
たとえば骨は、体を支えるために必要な強さを持ちながら、重くなりすぎないような構造になっています。
金属3Dプリンタでも、このように必要な部分を中心に形を整える考え方が活かされています。

ムダな部分を減らして重さを抑える

従来の部品は、作りやすさを優先して四角い塊のような形になることも少なくありませんでした。
しかし実際には、そのすべてが強度のために必要とは限りません。

そこで、使用する場面を考えながら、ムダな部分を減らしていくことで、部品を軽くすることができます。
特に、支え金具や接続部品などでは、この工夫によって大きく重さを減らせる場合があります。

ただし、減らしすぎると壊れやすくなるおそれもあります。
そのため、どこまで減らせるかを慎重に見極めることが重要です。

内部構造を工夫する方法

部品の軽量化では、外側の形だけでなく、中の作り方も大きなポイントになります。
金属3Dプリンタでは、部品の内部を自由に設計しやすいため、軽さと強さのバランスを取りやすくなります。

中を空洞や網目状にして軽くする

部品の内部をぎっしり詰まった状態にするのではなく、空洞にしたり、細かな格子や網目のような構造にしたりすることで、重さを抑えることができます。

例えば、建物でも外壁や骨組みがしっかりしていれば、内部がすべて詰まっていなくても十分な強さを持たせられる場合があります。
金属部品でも同じように、必要な部分を支える構造を工夫することで、軽量化が可能になります。

この方法には、軽くなるだけでなく、衝撃を和らげたり、熱を逃がしやすくしたりするメリットが生まれることもあります。

一方で、内部を複雑にしすぎると、造形の途中で支えが必要になったり、材料の粉が内部に残ったりすることもあります。
そのため、金属3Dプリンタで作りやすい形かどうかも考えながら設計することが大切です。

軽さと丈夫さを両立するために大切なこと

軽量化で大切なのは、ただ軽くすることではありません。
必要な丈夫さを保ちながら、ちょうどよい重さにすることがポイントです。

もし軽さだけを追い求めると、使っているうちに変形したり、繰り返しの力で壊れたりすることがあります。
また、熱がかかる環境では、形がわずかに変わってしまうこともあります。

そのため、設計では次のような点をしっかり考える必要があります。

1. どのくらいの力がかかるのか
2. 何度も使っても壊れにくいか
3. 作るときに歪みや変形が出ないか
4. 作った後の仕上げがしやすいか
5. 軽さとコストのバランスが取れているか

金属3Dプリンタは自由な形を作れる便利な技術ですが、自由だからこそ、しっかり考えて設計することが大切です。
軽さ、強さ、作りやすさのバランスを取ることで、より価値の高い部品に繋がります。

まとめ

金属3Dプリンタにおける軽量化は、単に材料を減らすことではなく、必要なところに必要なだけ材料を使うという考え方が基本になります。

ムダな部分を減らしたり、内部を空洞や網目状にしたりすることで、軽さと性能を両立した部品を作ることができます。
これは、従来の方法では難しかった形を実現しやすい金属3Dプリンタならではの強みです。

もちろん、軽くすればよいというものではなく、強さや使い勝手、作りやすさまで考える必要があります。
それでも、こうした工夫によって、飛行機、自動車、産業機械など幅広い分野で、より効率のよいものづくりが進んでいます。

記事作成者

技師K

2022年入社
3Dプリンタ歴　約半年
3D-CAD歴　約半年
3D-CG歴 約3年

ミニチュア猫型キッチンシリーズを作成しています。
好きな素材は紙（特にツバメ中性紙フールス）です。
よろしくお願いします。