CLINIC BLOG

★3Dプリンターとは?★


こんにちは🌞
札幌 北24条かやの歯科クリニックのどいです。

皆さま、いかがお過ごしでしょうか?
最近は変な天候が続き体調を崩されている方も多いようです😥
暑かったり、梅雨みたくジメジメ🐌とした日が続いたり…、
全国的にも豪雨災害が発生したりと、気候変動が激しいですね。
どうか体調管理にはくれぐれもご注意下さい🙇

さて、今回はいつもの「歯の一般知識」シリーズをお休みして「3Dプリンターとは?」について、ちょっといつもとは話題を変えてお話させて頂きます🙋

何故、このタイミングで3Dプリンターについてなのかと申しますと…、皆さま待合室でお気づきの方もいらっしゃるでしょうか?🧐

上の写真の装飾品、どこかで見たことありませんか?

実はこのクリニックロゴマークの造形物は3Dプリンターで造られたものなのです😲
制作は当院の患者様でもいらっしゃる【なも3D】様によるもの。
何度も打ち合わせを重ねて制作された当院のクリニックロゴの装飾品🦷
いろんな想いがたくさん込められています🫶🏻

そこで、今回はこの装飾品を造った3Dプリンターとは?について書かせて頂きたいと思います。

まずは、、、

【3Dプリンターとは?】

3Dプリンターとは、3D CADや3D CGなどの3次元ソフトウェアで作成された3次元データを元に断面形状を積層し、立体造形することができる機器を総称したものです。

歴史は1980年代まで遡りますが、最近特に家庭用が安価で手に入ることが出来るようになり、一気に認知度が上がった機械と言えます。家庭用と業務用が存在しますが、一体何が違うのでしょうか?🤔

【家庭用と業務用3Dプリンターの違い】

◎価格とサイズの違い:最近手頃に入手出来るようになった3Dプリンターですが、家庭用は数万〜高くても十数万の商品が大多数です。Amazonなどではもっと安いモデルもありますね。一方で、業務用は数十万〜数百万以上と大変高価💰です。またサイズも、家庭用は卓上サイズ程度のものからになりますが、業務用は一般家庭では収まりきらないくらい大きいものもあります。

◎精度の違い:それぞれの精度の違いを述べる前に精度が良い・悪いはどこで判断するのか?

それは、2つあります。

  • 3Dデータの寸法通りに造形物が印刷されているかという「寸法精度」
  • 造形物の表面の粗さを示す「表面粗さ」

この二つの観点からそれぞれの精度の違いについてお伝えします。

➡家庭用3Dプリンターは造形中に反りが発生してしまうことが多々あり、寸法精度があまり出ません。表面粗さについても積層の縞模様が目立ってしまい、表面も滑らかではなく、粗い傾向があります。そのため、パーツを含む最終製品には向いてないですが、フィギュアの作成など趣味として利用するのであれば十分事足りるでしょう。

➡対して、業務用3Dプリンターは家庭用よりも機能が多いです。例えば、反りを抑える機能が付いているため、寸法精度が出やすくなり、表面も滑らかで綺麗な仕上がりになります。したがって、寸法精度が求められるパーツや最終製品に適しています。

【3Dプリンターの仕組み】

3Dプリンターは、熱溶解積層方式や光造形方式などのさまざまな種類があります。多くの種類は、材料を1層ずつ積み重ね、硬化させて立体物を造形するのが基本的な仕組みです。

3Dプリントの主な手順は以下の通りです。

①3Dプリントしたいデータを作成
②スライスソフトを用いて作成したデータを3Dプリント用のデータに変換
③3Dプリントを実行
④造形物の取り外しおよび仕上げ作業

造形するには、3Dプリンター本体や材料のほかに、3DCADや3DCGソフトウェアなどで作成した3Dモデルのデータが必要になります🖥

【3Dプリンターの種類】

3Dプリンターの造形方法ついては一層一層積み重ねていくという点ではどの種類のプリンターも同じです。

しかし、その積み重ね方にそれぞれ違いがあります。

種類は大きく分けて、この5つの方式が主流になっています。

①熱溶解積層方式
②光造形方式
③インクジェット方式
④粉末燃結方式
⑤粉末固着(接着)方式

今回のクリニックロゴの造形は「②光造形方式」によるものです。

全ての種類を解説するのは難しいので、光造形方式について簡単にご説明します。

【光造形方式とは?】

光造形方式とは、SLA(Stereo Lithography Apparatus)と言われることもあります。3Dプリンターの各方式の中で最も歴史が古く、3Dプリンターと言えば「光造形方式」と言われるくらい定番のモデルです。

この方式は、液状の樹脂に対して紫外線を当てます。すると、紫外線の照射により樹脂がラジカル重合、もしくはカチオン重合をして樹脂が硬化するので、その作業を何層も繰り返すことにより立体的に作り上げていきます。ラジカル重合は歯科用レジンでも用いられている技術です。光を当てて固まる白い詰め物=コンポジットレジン(CR)です。

液体樹脂を使用しているので、高精度な造型が可能で、表面が滑らかに仕上がるのもメリットの一つです。微細な造形ができるため、ジュエリーのモックアップ(模型)や原型の出力にも用いられています。歯科では矯正治療に使うアライナー*やインプラントオペに使うサージカルガイド**の制作にこの光造形方式が用いられます。

一方で、仕上がりまでの時間⏰がかかるのと材料が高い💰ため、量産に向かずコストパフォーマンスが悪いです。また、原材料となるポリマー液体は有毒なものなので、使用する際は注意が必要です。

ただし、この方式は昔から使われていて、信頼性も高いため、使用上の注意を守れば、問題なく利用することができます。
そのため、ディテールの細かい造形物を作るには「光造形方式」が向いています。

アライナー*とは:患者さまの口腔内石膏模型や口腔内の3Dスキャニングデータを用いて作成した透明のマウスピース状の装置のこと。
サージカルガイド**とは:インプラントオペの際に用いるマウスピースのような形の装置で、人工歯根を安全かつ正確に埋め込むのに役立ちます。 

では、制作風景をご覧下さい💁

①いざプリント開始

②レイヤー(積層)は2408にも及び、制作時間は1日と7時間❗❗

③液体状のレジン(光硬化性樹脂)の貯まったタンクから引き上げしてます

④3Dプリンターでの造形は完了です

⑤表面に付着する液状の樹脂を洗浄し、UV照射による二次硬化を実施します

⑥サポートをニッパー等で除去し、研磨紙等で表面を仕上げて完成です

以上、いかがでしたでしょうか?

一見、3Dプリンターだから簡単に出来るでしょ?と思いがちですが…実際には造形物の3D CADやCGデータを作成してプリント工程まで完了させるにはなかなか大変な作業が必要になります😅

もちろん3Dプリンターのお陰で作業や工程が簡略化されたり、より便利になった部分・分野はたくさんあります👍
私たちの使うアライナーやサージカルガイドもそのひとつです。

今回は歯科領域でも今後の活躍が見込まれ注目されている3Dプリンターについて焦点をあててブログを書かせて頂きました。
3Dプリンターの技術は意外と身近にあるんだなぁと思って頂き、またその仕組みについてもより理解が深まれば幸いです🙇

では、今回はこのへんで〜👋

また次回、元気にお会いしましょう。

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