3Dプリントのコストはどう計算すべき？

現在最も確立されている3つのプラスチック3Dプリントプロセスは、熱溶融積層法 (FDM)、光造形 (SLA)、また粉末小計積層造形方式 (SLS) です。 

それぞれの3Dプリント技術には長所と短所があるため、簡単に比較できるインフォグラフィックを次に示します。

3Dプリンタの価格は近年大幅に下落しており、今日では3つのテクノロジすべてをコンパクトで手頃な価格のシステムで利用できるようになりました。

原則として、限られた数の比較的単純なプロトタイプのみをプリントする場合は、FDM 3Dプリンタが、最も安価にパーツを製造するためのオプションとなります。SLAレジン3Dプリンタは、より高い解像度、より優れた品質、またさまざまな3Dプリント材料を少々の価格の違いで提供しますが、複雑なデザインやより大きなバッチをプリントする際には、労働集約的な後処理が少なくなるため、その違いは理解できるものです。最後に、SLS 3Dプリントは、中規模から大量の高品質機能部品を生産するための最も費用対効果の高いプロセスです。

さまざまな3Dプリンタの全体的なコストの比較は、価格の比較のみでは実現できません。3Dプリンタのコストと、造形物のコストの全体像を把握するのは十分ではありません。3Dプリントの材料と人件費は、用途と製造ニーズに応じて、パーツあたりのコストに大きな影響を与えます。

各プロセスのさまざまな要因とコストをすべて見てみましょう。

熱溶解フィラメント方式（FFF）と呼ばれることもあるFDMは、 熱可塑性フィラメントを溶解させ、それをプリンタのノズルからビルドエリアに押し出して積層していきます。

FDMは、模型製作を趣味にするユーザー向けの3Dプリンタの需要の高まりと共に、消費者の間で最も広く活用されるようになった3Dプリント方式です。FDM方式の工業用大判プリンタは、プロのユーザーにも人気があります。

最も低コストの3Dプリンタは、そのほとんどがFDMプリンタです。最も安価なエントリーレベルのDIY FDM 3Dプリンタキットの価格は、およそ200ドルとなります。ただし、このようなモデルのほとんどは、プリンタの組み立て、微調整、また調整にかなりの時間を費やす必要がある、おもちゃまたはDIYプロジェクト自体のようなものです。プリント品質はこのようなステップの成功に大きく左右され、このようなマシンの稼働を続けるには修理と定期的なメンテナンス、また忍耐が必要となります。

およそ500ドルから1,500ドルの愛好家向けのFDM 3Dプリンタは、キットとして提供されるか、組み立てられている場合が多く、微調整はわずかに少なくて済むものの、それでも最も低コストの3Dプリンタと同じ欠点が多く見られます。この価格レンジの上限に近い一部のモデルでは、最大造形サイズが大きくなり、PLAなどの低温材料以外の材料オプションも利用可能となります。

プロ用のFDM 3Dプリンタはおよそ2,500ドルから、大判のプロ用のFDMプリンタはおよそ4,000ドルから、最先端の産業用FDMプリンタは10,000ドルを超える価格となります。これらのプリンタのほとんどは、すでに組み立てられ、調整された状態で出荷されます。または、自動調整も可能です。このカテゴリのプリンタは、より優れたプリント品質、幅広い材料、より大きな最大造形サイズ、優れた信頼性を提供し、使用とメンテナンスが共に容易です。低コストのプリンタとは異なり、プロ仕様の3Dプリンタのメーカーは、問題をトラブルシューティングするためのカスタマーサポートも提供しています。

材料に関しては、FDM 3Dプリント材料のコストは、ほとんどの標準またはエンジニアリングフィラメントでおよそキロあたり50ドルから150ドル、サポート材料でキロあたり100ドルから200ドルの価格帯となります。より安価な代替品が利用可能な場合もありますが、ここでも品質への影響を考慮する必要があります。

最後に、FDMプリントは非常に労働集約的なものです。多くのデザイン、特に複雑なモデルでは、プリントを成功させるためにサポート構造が必要となります。サポート構造は、手動で、または可溶性サポートの場合は構造を溶解して除去する必要があります。高品質の仕上げを実現し、レイヤー ラインを除去するには、サンディングなどの時間のかかる、手作業による後処理が必要です。

SLA方式3Dプリンタは、レーザーを用いた光重合という化学反応を利用して光硬化性の液体レジンを硬化させることで造形します。SLAは、解像度、精度や利用可能な素材の汎用性がいずれも高いため、3Dプリントの専門業者の間で最も広く活用されている方式の一つです。

SLA方式による造形物は、あらゆる3Dプリント方式の中で最も精細であり、鮮明なディテールと滑らかな表面品質を備えていますが、SLA方式最大の利点は、その汎用性にあります。標準的、工学用・産業用熱可塑性樹脂に匹敵する光学的・機械的・熱的な特性を有する革新的なSLA用レジンが開発されています。

SLA テクノロジーは、以前は20万ドル以上の費用のかかる大規模で複雑な産業用3Dプリンタでのみ利用可能でしたが、今でははるかに利用しやすいものとなりました。Formlabs Form 3+ プリンタの使用で、企業はわずか3,750ドルで産業品質のSLAにアクセスできるようになります。Form 3Lの大判SLAは、わずか11,000ドルから購入可能です。

SLA 3Dプリンタは、組み立てられ、調整された状態で出荷されます。製造過程においても信頼性が高く、メンテナンスがほとんど必要ないプロ向けのツールです。万か一問題が発生した場合でも、問題を解決するためにカスタマーサポートをすぐにご利用いただけます。

材料コストに関しては、SLAレジンは、ほとんどの標準およびエンジニアリングレジンの場合、リットルあたりおよそ149～200ドルの価格帯です。

SLAプリンタは使いやすく、洗浄や二次硬化などのワークフローの多くのステップをほぼ自動化するため、労力を削減できます。プリントされたパーツは、出来上がったそのままで高品質の仕上がりを誇り、サポートマークを除去するための簡単な後処理のみが必要です。

SLS 3Dプリンタは、高分子粉末の微粒子を溶融するために高出力レーザーを使用します。溶融されていない粉末がプリント中にパーツをサポートすることで、専用のサポート構造が不要になるため、SLSは内部形状、アンダーカット、薄壁、ネガティブ形状などの複雑な形状に最適です。 

SLS方式で3D造形したパーツは、射出成形したパーツに匹敵するほどの高い強度などの優れた機械的特性を有します。その結果、SLSは産業用途で最も一般的なプラスチック3Dプリントプロセスです。

SLAと同様に、以前はSLSは大規模で複雑な3Dプリントシステムのみで利用可能で、価格はおよそ20万ドルからでした。FormlabsのFuse 1 SLSプリンタの利用で、企業は$18,500の価格帯からの産業用SLSにアクセスできるようになります。後処理と粉末回収システムを含む完全なセットアップの場合は$29,743です。

またSLA 3Dプリンタと同様に、SLSは組み立てられ、調整された状態で出荷されます。信頼性が高く、24時間年中無休の製造向けに開発されており、高度なトレーニングと迅速なカスタマーサポートが付属しています。

SLSプリント用のナイロン素材は、1kgあたり約100ドルかかります。SLSはサポート構造が不要で、未焼結パウダーを再利用できるため、材料コストを抑えることができます。

SLSは、製造現場において最も労働集約的なプラスチック3Dプリントプロセスです。パーツは、プリンタから出たそのままで優れた品質を備え、余分な粉末を除去するための簡単なクリーニングのみを必要とします。

プラスチック以外にも、金属3Dプリントに使用できる複数の3Dプリントプロセスが存在します。 

• 金属FDM（熱溶解積層法）

金属FDMプリンタは、従来のFDMプリンタと同様に機能し、ポリマーバインダーにより結合された金属ロッドを押し出すものです。完成した未処理の造形物は、その後炉で焼結されて結合剤が除去されます。 

• レーザー溶解方式 (SLM) と直接金属レーザー焼結 (DMLS) 方式 

SLMとDMLSプリンタはSLSプリンタと同様に機能するものの、ポリマーの代わりにレーザーを使用して金属粉末粒子を層ごとに融合させます。SLMとDMLS 3Dプリンタは、強力で正確かつ複雑な金属製品を造形できるため、このプロセスは航空宇宙、自動車、また医療用途に最適です。

金属3Dプリンタの価格も下がり始めているものの、その価格帯は10万ドル～100万ドルであり、ほとんどの企業にとってはまだ利用可能なものではありません。

その代わりとなるSLA 3Dプリントは、従来の方法よりも低コストで設計の自由度が高く、短時間で金属部品を製造する鋳造作業手順に適しています。

さまざまなプラスチックまたは金属3Dプリントプロセスには、それぞれ用途に適した独自の品質が備わっています。その簡単な内訳をご説明します。 

1パーツ当たりの製作コストは、所有する設備の運転費、材料費や人件費を計算に入れて算出されます。このような各コスト要素に影響を与える要因と、代替の生産方法を評価し、隠れたコストを明らかにするための質問を理解すると役に立ちます。

3Dプリンタの費用、サービス契約、設置、メンテナンスなどの固定費を、機器の所有コストとして考慮します。これらの費用は、3Dプリンタがアイドル状態であったり、週に数十個の部品を生産しているかに関係なく発生します。

機械の耐用期間にわたって予測されるすべての固定費を合計し、その合計を製造が予想されるパーツの数で割ることで、個々のパーツに設備所有費を分配します。経験則として、3Dプリンタの生産性と使用率が高いほど、パーツごとの設備所有コストは低くなります。

デスクトップ3Dプリンタは、機器の所有コストの削減において、近年大きな進歩を遂げています。従来の産業用3Dプリンタよりも10分の1もしくは100分の1の価格で、耐用期間中に何千ものパーツを製造できるため、機器の所有コストはごくわずかです。

考慮すべき点：

• 機械のコスト以外に、設置、トレーニング、またはその他の初期費用が必要か？

• （必須の）サービス契約が存在するか？その中にはなにが含まれるか？

• 機械以外に、最終パーツの製造のために、どのようなアクセサリやツールが必要か？

• 通常の活動内で、機械のどのようなメンテナンスが必要か？予想される年間メンテナンス費用の金額は？製造レベルが上がるとそれはどう変わるか？

パーツの製造に必要な3Dプリント材料やその他の消耗品は変動費となります。これらのコストは、製造するパーツの数により大きく変動します。

1 つのパーツを作成するために必要な3Dプリント材料の量を計算して材料費を測定し、それに発の数を掛け合わせます。必要な廃棄物とその他の消耗品を計算します。製造拡大につれて機器の所有コストは減少しますが、3Dプリントの材料費は急速に横ばいになる傾向があります。

3Dプリントの消耗品のコストはさまざまであるため、特定のパーツを作成するために必要な材料を明確にしてください。また、一部の3Dプリンタは独自の材料でのみ動作するため、サードパーティの材料オプションが制限されることにも注意してください。

考慮すべき点：

• 各タイプの3Dプリント材料のコスト

• 特定のパーツを製造するのに、廃棄物を含めてどれくらいの材料が必要か？

• 材料の使用期限

• パーツの製造に必要なその他の消耗品があるか？

• 機械はサードパーティ製の材料を使用できるか？

3Dプリントは、従来の製造方法の複雑なワークフローを置き換えるもので、大幅な時間の節約につながる場合があるものの、3Dプリント技術によっては、依然としてかなり労働集約的なプロセスになる可能性があります。

プロ向けのデスクトップ3Dプリンタは、一般的に使いやすさを考慮して最適化されています。DIY 3Dプリンタや愛好家向けのプリンタでは、設定を行うために多くの調整が必要になることが頻繁に見られますか、従来の産業機器の定期的なメンテナンスや材料の変更については、熟練したオペレーターによる時間のかかる作業が必要となる場合があります。

後処理のワークフローは3Dプリントプロセスにより異なりますが、多くの場合、パーツのクリーニングとサポートまたは余分な材料の除去が行われます。これらのタスクの一部を自動化できるソリューションが存在します。たとえば、Formlabs Form Wash & Form Cureは、Formlabs SLA 3Dプリンタの洗浄と二次硬化の作業手順を簡素化し、Fuse Siftは、Fuse 1 SLSプリンタ用のターンキー後処理と粉末回収システムを行うものです。

高品質のパーツを実現する上で、SLAやSLS などのより高度なプロセスには時間のかかる手順は必要ないものの、FDMパーツでは、品質を向上させてレイヤーラインを削除するために、時間のかかる手動の後処理が必要となります。

考慮すべき点：

• 部品製造の全体的な作業手順はどのようなものか？プリントの設定、材料の変更、部品の後処理に必要な具体的な手順は何か？

• 特定のパーツの後処理にかかる時間

• このようなタスクの一部を自動化するために利用できるツールやデバイスが存在するか？

3Dプリントを頻繁には必要としない場合や、大型のパーツや標準外の材料を必要とするパーツの場合は、製造をサービス機関やラボにアウトソーシングすることをお勧めします。このような外注先には通常、SLA、SLS、FDM、金属3Dプリンタなど、様々な3Dプリントプロセスが社内に備えられています。また、多くの外注先は、様々な材料面のアドバイスや、デザイン、高度な仕上げ処理等の付加価値的などのサービスも提供しています。

一方で、外注による3Dプリントの主な短所は、そのコストと製造期間です。3Dプリントの最大のメリットの一つが、伝統的な製造法と比べて遥かに早いスピードが得られることです。それに対して、外部委託するとパーツが納品されるまで一週間から数週間掛かることもあります。需要や製造量の増加に伴い、外注製造のコストも同様に急激に高額になっています。

デスクトップ3Dプリンタは、パーツがすぐに必要な場合に最適です。パーツ数とプリント量により、プロ仕様の3Dプリンタへの投資は数か月で元が取れる可能性があります。デスクトップまたは小型のプリンタを利用すると、ビジネスニーズに応じた支払いが可能となり、必要に応じてユニットを追加して生産を拡大できるため、大型の3Dプリンタに多額の投資を行う必要がありません。複数の3Dプリンタの使用により、異なる造形物を同時にプリントする柔軟性も得られます。こうした柔軟性の中で、より大きな造形物や一般的でない材料での製作が必要な場合のみ、補完的に外注を選択することも1つのアイデアです。

Formlabs製3Dプリンタで造形した場合、外注と比較してコストと時間がどれだけ削減できるのか、インタラクティブなROIカルキュレーターでご確認ください。

投資、材料、人件費は比較的簡単に計算できます。しかし、定量化が難しいものの、ビジネスに影響を与える間接的なコストや要因についてはどうでしょうか？デスクトップ3Dプリントを外部委託やその他の生産方法と比較する際の、重要な考慮事項をいくつか見てみましょう。

時間の節約：製品を数か月早く市場に投入できるとしたらどうでしょう？または、製品のリードタイムを数日または数週間短縮できる場合はどうですか？3Dプリントは、従来のプロトタイピングと生産の作業手順を簡素化し、時間を節約し、競争に打ち勝つ上で役立ちます。

より良い結果：3Dプリントを利用すると、より多くの反復を行う事で、問題点を早めに見つけて、より優れた最終製品を実現できます。設計上の欠陥を早期に発見して修正することで、コストのかかる設計の修正や製造時のツールの変更を回避することも可能となります。

コミュニケーション：高品質のプロトタイプとパーツを用意することで、顧客、クライアント、サプライヤ、その他の利害関係者とのコミュニケーションを向上できます。混乱やコストのかかるミスの回避につながります。

知的財産の保護：機密情報を扱われていますか？社内でパーツを製造するということは、知的財産 (IP) を第三者に譲渡する必要がないことを意味するため、漏洩やIPの盗難のリスクを軽減できます。

パーツあたりのコストやリードタイムを計算し、複数の案を比較してソリューションがビジネスに適しているかどうかの判断は通常、複雑なスプレッドシートを作成し、製造者からのすべての（多くの場合、隠された）情報の収集が必要とされる難しい作業です。 

この手間を省くために、シンプルでインタラクティブな3Dプリントコスト計算ツールをお試しください。Formlabs 3Dプリンタによる3Dプリントのコストとリードタイムを計算し、その中で節約できる時間とコストを他の生産方法と比較する上で役立ちます。