金属部品は、耐久性、強度、信頼性、耐摩耗性、耐熱性の高さから高く評価されています。金属加工は世界の製造業において重要な要素であり、自動車、航空宇宙、建設、エネルギー、消費財などの最終用途産業で中心的な役割を果たしています。精度、効率、拡張性の向上が、工具や技術の進化を促してきました。

金属部品の製造方法としては、機械加工、溶接、成形、鋳造が一般的です。各プロセスには、金属を高い力、熱、化学物質への曝露から保護し、精度、安全性、再現性を確保するための特殊な治具が必要です。

• ジグは、切断工具をガイドし、常に正確な切断を可能にします。
• 治具は、加工や溶接中にワークピースをしっかりと固定し、エラーの原因となる動きを防ぎます。

CNC加工、鋳造、手作業による組み立てなどの従来のツーリング方法は、時間とコストがかかります。光造形（SLA）や粉末焼結積層造形（SLS）などの3Dプリント技術は、金属加工における治具や固定具、ツーリングの製造において、より迅速かつコスト効率の高い代替手段を提供します。

本サポート記事では、溶接や機械加工用の金属部品を扱うための3Dプリント治具や固定具に焦点を当てています。その他の3Dプリントツールの詳細については、関連するサポート記事をご参照ください。

• 組み立て、検査、交換部品などのための治具、固定具、製造用補助具
• 板金成形用ダイス
• 工業用インベストメント鋳造用パターン
• 射出成形、シリコン成形、ブロー成形、サーモフォーミング用金型

Formlabsは金属加工に適した堅牢な材料を提供しています。ただし、使用ケースによって推奨事項は異なります。

加工用治具

加工は、旋盤やミルなどの工具を使ってワークから材料を除去し、精密部品を製造する減算製造プロセスです。治具や固定具は、ワークピースをしっかりと固定し、加工中の正確な位置決めを可能にします。

こういった治具には、切削の負荷に耐えられる高い剛性、ワークの位置を維持するための高い寸法精度、切削時に発生する熱で変形しない熱安定性、振動減衰性、機械内部を流れるクーラント液（冷却水）や切削液、洗浄剤に対する耐性などが求められます。

その他のメリット：

• 高い引張強度（50MPa）
• 複雑なアセンブリや耐久性のある部品に最適
• Nylon 12パウダーでプリントした部品は吸湿性が低く、光、熱、化学薬品、冷却溶剤に対する耐性があります。

溶接治具

溶接は、熱と圧力を加えて材料を接合する製造プロセスです。治具や固定具は、ワークピースを正確に位置決めし、溶接中のアライメントを維持するために不可欠です。

これらの治具には、高い耐熱性、剛性、繰り返しのサイクルにもたわむことのない耐久性が求められます。正確で再現性の高い溶接を行うには、精密な位置ぎめとクランプが容易に行える必要があります。また、作業者の安全を守るためにも、安全機能とアクセスのしやすさも重要です。

Formlabsでは、耐熱性に優れたRigid 10KレジンをFormシリーズプリンタで使用して溶接治具を造形することを推奨しています。

リバースエンジニアリングで既存の治具の設計をデジタル化するか、治具に求められるニーズを特定して新しい治具を設計します。3Dプリント治具や固定具を設計する際、従来の金属加工工具とはいくつかの重要な設計上の考慮事項が異なり、積層造形ならではの独自の特徴を活かすことができます。

• 複雑な形状を活用し、チャネル、アンダーカット、中空構造など複雑な内部構造を作成できます。
• ラティスやハニカム構造を持つ軽量な治具を作成し、強度を損なうことなく軽量化を実現します。
• 壁の厚さは2～3mmで設計してください。
• クランプ、ロケーター、ガイドなどの機能を1つのパーツに統合することで、設計を簡素化し、組み立て済みのコンポーネントの必要性を減らすことができます。
• 応力がかかる箇所には、1～2mmの半径の滑らかなフィレットを設けて強度を高めます。
• カスタムグリップや輪郭のあるエッジなどの人間工学的な機能を、設計に直接追加できます。
• 簡単にカスタマイズや更新ができるモジュール式の治具や固定具を設計します。
• 単一部品の設計で組み立てを簡素化

モデルの向きに関するFormlabsのベストプラクティスに従ってください。

SLA光造形プリンタで造形する場合は、機能面のサポート材を最小限に抑え、必要に応じて壁を補強するようにパーツの向きを調整します。

Formlabsのベストプラクティスに従って、造形品を洗浄し、二次硬化を行ってください。洗浄と二次硬化の手順については、各材料の記事をご参照ください。SLA光造形品には電気めっきやコーティング、SLS造形品にはメディアブラストなど、強度や耐久性、ユーザーエクスペリエンスを向上させるための後処理を検討してください。

• 元になる CAD モデルと造形した治具を比較し、検査を行います。ノギス、マイクロメーター、その他の計測機器を使用して検証します。
• 治具の機能面を検証します。ワークに取り付けた際の位置や表面のフィット感、安定性を注意深く確認します。適切に設計・製作された治具はワークをしっかりと保持することができ、固定のための力が加わると、ワークは完全に固定された状態になります。
• 切削加工など、より高い力がかかるプロセスの場合は、送り速度や回転数、機械の出力、選択した材料、安全性などに基づいてクランプの要件を算出します。

3Dプリント製の治具・固定具は、金属加工プロセスにおける従来の治具製作課題を解決する実用的なソリューションとして、製造工程の迅速化、コスト削減、設計の自由度の向上を実現します。精密さと耐久性が重要視される切削や溶接などの工程では、カスタム治具の製作において特に有益な手法となるでしょう。特に以下の用途に推奨されます。

• 1治具あたり約1,000点、1治具あたり約3,000点の小～中ロット生産
• 複数部品のセットアップや不規則な形状に対応する精密で耐久性の高いカスタマイズツール
• コスト効率が高く柔軟な製造オプション

一方で、以下のような制限もあります。

• SLAで造形したパーツは時間の経過とともに摩耗する
• 金属製の治具や固定具ほどの耐久性はない造形品の耐久性を高めるために、コーティングやシーリングを施すことを検討してください。

• オンデマンドの治具や固定具で金属加工のコストとリードタイムを削減ホワイトペーパー
• ガイド：マシニング用治具：ミーリング、CNCなどのワークホールディングデバイスやジグ
• 金属加工用の低コストで迅速な治具や固定具ウェビナー