3Dプリンタで使用できる素材としてはさまざまなものがあります。以下では、それぞれの素材の特徴を解説します。

チタン
チタンは、軽いうえに強度がある金属です。錆びにくく、酸や塩水への耐食性はプラチナにも匹敵すると言われています。
耐熱性や安定性も優れているため、さまざまな造形物に使用されています。
チタンは、特に工業用の3Dプリンタで使われる場合が多いです。積層造形で良く使われるチタン系材料は、Ti-6Al-4VやCP-Tiです。

ステンレス
ステンレスは、鉄にクロムやニッケルを加えて作られた合金です。
成分や組織によって、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系に分類されます。
ステンレスには高い耐食性があり、強度や耐熱性もあります。
航空機や治具などさまざまな分野で広く使用されています。積層造形で良く使われるステンレス系材料は、316や630です。


アルミニウム
アルミニウムは軽さが特徴的な金属です。軽いながらも強度があるため、軽さを重視している用途でよく使用されています。
アルミニウムは降伏点が低く、熱伝導性も高いです。よって、塑性加工や切削加工もしやすくなっています。
積層造形で良く使われるアルミ系材料は、AlSi10Mgです。アルミ合金系は積層造形専用材の開発が多く進められています。

マルエージング鋼
マルエージング鋼は、高い強度と靭性を持つ金属です。
熱膨張率が低く、耐低温脆性に優れているという特徴もあります。もともと航空宇宙分野での使用を想定して開発されました。
航空宇宙分野以外でも、航空機、自動車、医療機器などさまざまな分野で使用されている素材です。
積層造形で良く使われるマルエージング鋼は、マルエージング鋼300相当材です。

銅
銅は、導電性や熱伝導性に優れている金属です。反射率や熱伝導率が高く、一般的には3Dプリンタによる造形は難しいとされています。
3Dプリンタで銅を使用する際は、電子ビーム方式を選んだり、青色レーザーなどで造形したりする必要があるとされてきましたが、
近年材料側の開発により、広く普及している金属用造形装置でも造形可能な材料も流通されるようになりました。
積層造形で良く使われる銅系材料は、Cu-Crや純Cuです。


タングステン
タングステンは、単体の金属の中で融点が最も高い金属です。タングステンの常圧における融点は3,380度となっています。
また、放射線遮蔽能力が高く、低熱膨張の特徴もあります。
融点が高いうえに溶融時の粘度も高いため、3Dプリンタでの造形にはあまり向いていません。
ただし、研究により実用化が模索されています。

コバルトクロム
コバルトクロムは、高温や高圧に対する優れた耐久性を持つ合金です。たとえば、航空機のジェットエンジンの部品に使用されています。
積層造形の用途として、歯科や人工関節などの医療用途での実用が進められています。
加工硬化性が高いうえに熱伝導率が低いため、切削加工は難しいです。
さらに、溶融温度が高く、収縮率が大きいという特徴もあります。

Ni基合金
ニッケル基合金は、主な成分としてニッケルを主成分とし、用途に応じて様々な合金元素が含まれている合金です。
ニッケル基合金は、耐熱性や耐食性に優れている材料が多いですが、
その多くは、高温強度が高く熱伝導率が低いため、切削加工は難しいです。積層造形で良く使われるニッケル基合金は、718です。

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モータとは、電気的なエネルギを機械的な運動エネルギに変換する装置です。
モータを分類した一種類がステッピングモータです。ステッピングモータはパルスモータとも呼ばれており、
パルスで回転の角度や速度を制御することが可能なモータです。そのため、様々な業界の装置に利用されています。


回転の角度は、与えられるパルスの数に応じたステップ角度（1パルスで回転する角度）で動きます。
例えば、ステップ角度が1.8°のステッピングモータに100パルス与えると、180°回転させることができます。
速度は、パルス周波数に比例して変化します。周波数が低いと速度は遅く、高いと速くなります。

そして位置決めは、「パルスの数」と「パルス周波数」で決まるため、センサによるフィードバックが不要となります。
この様な「フィードバックが不要な制御方式」がステッピングモータ最大の特徴であるオープンループ制御です。
また、ステッピングモータは停止しているときにも保持力がありますので、機械的ブレーキに頼らなくても停止位置を保てます。


ステッピングモータの分類

［ロータ（回転子）による分類］

■VR型・・・回転子に歯車状のものを使用するものです。
■PM型・・・回転子に永久磁石を使用するものです。
■HB型・・・VR型とPM型を複合したものです。

［巻線方式による分類］

■ユニポーラ方式・・・巻線の電流を1方向に流す方式のものです。
■バイポーラ方式・・・巻線の電流を双方向に流す方式のものです。

［固定子による分類］

■2相・・・固定子が2つで構成されるものです。
■3相・・・固定子が3つで構成されるものです。
■5相・・・固定子が5つで構成されるものです。

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ブラシレスDCモータードライバは、マイコンなどの制御部からの指示を受けてモーターを駆動、制御するための半導体デバイスです。

ブラシレスDCモーターの制御は、とても複雑なため、半導体のディスクリート部品でドライブ回路を作成することは可能ですが、部品点数も多くなり、さらにソフトウェアでの制御も複雑になってしまいます。


そこで、ソフトウェア開発負荷及び部品点数を削減するためにモータードライバが使用されるケースが多いのです。

ブラシレスDCモータードライバの使用用途
ブラシレスDCモーターが使用される機器には、ブラシレスDCモータードライバが必須のデバイスです。


ブラシレスDCモーターは、ブラシレスDCモータードライバによって、回転数を正確に制御できますので、ハードディスクや、NC制御の機械、自動車、ハイブリッド自動車などに使用されています。

特に自動車では、ドアロック用モーター、電動パワーステアリング用モーター、ヘッドライト光軸駆動用モーター用など多数使われています。

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リバーシブルモーターは瞬時可逆特性の向上、オーバーランを小さくすること、定格トルクの10%程度の保持力があるということも利点です。


欠点は時間定格が30分と運転時間の制限が決められており短い点です。リバーシブルモーターは瞬時可逆特性を向上させるために起動トルクを大きくしているので温度上昇が比較的大きく、時間定格が30分となっています。


運転のサイクルによって温度上昇の幅が異なり定格30分より長く使用できる場合もあります。使用する時の運転サイクルで温度上昇が60℃を超えない範囲で使用します。ある程度の保持力があるのはブレーキシューが一体構造となっており、耐摩擦性に優れた素材を使用しているためです。しかし、ブレーキ力には限界があるため一般的には定格トルクの10%の保持力としています。
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PMモーターは、SPMモーターとIPMモーターに大分されます。

1. SPMモーター
SPMモーターは、永久磁石をローターの表面に設置した製品です。SPMは「Surface Permanent Magnet」の略で、表面磁石型同期モーターとも呼ばれます。


特徴として、有効磁束量が大きくトルクリプルが小さいことが挙げられます。そのため、高性能サーボ用途には活用できますが、磁石の脱落懸念などにより高速な回転には不適です。この課題に対応するために、超磁力分布を改善することで、コギングトルクを低減させます。


2. IPMモーター
IPMモーターは、永久磁石をローター内部に埋め込んだ製品です。IPMは「Interior Permanent Magnet」の略で、埋込磁石型同期モーターとも呼ばれます。

特徴として、高速回転に適応で切ることが挙げられます。磁石の形や配置の自由度が大きいため、設計段階で最高回転数を柔軟にコントロールすることが可能です。最近では、HVやEVのモータに使用されており、冷蔵庫やエアコンにも応用されています。

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