3Dプリント交換部品：意義と限界

Lisa Ernst · 22.11.2025 · 技術 · 9分

定番：食器洗い乾燥機で小さなプラスチッククリップが壊れ、機械が動かなくなります。純正交換部品は35スイスフランで、配達に3週間かかります。3Dプリンターを持っている人（または印刷できる人を知っている人）は、すぐにこう考えます。「すぐに部品をモデリングして自分で印刷しよう。」33d.chのワークショップでは、週にほぼ毎週そのような話を聞きます。正直に言うと、私たちは何年も前にまったく同じように始めました。

アイデアは魅力的です。棚ではなくデジタル交換部品ファイル、高価なロジスティクスシステムではなくオンデマンド印刷。同時に、実際には、不適切な用途で壊れたり、夏に車の中で変形したり、法的に問題になったりする部品も見ています。この記事では、3Dプリントされた交換部品が非常に理にかなっている場所と、プロの3Dプリントサービスとして、私たちが明確に「触れないでください」とアドバイスする場所を示します。

Quelle: 独自の表現

なぜ3Dプリント交換部品はそれほど魅力的なのか

メーカーやサービス組織は、数年間、積層造形された交換部品を試してきました。家庭用電化製品の3Dプリント交換部品に関する英国の市場監督機関による調査では、部品は技術的には機能しうることが示されていますが、その安全性は材質、印刷パラメータ、品質保証に大きく依存しています。メーカーにとっては、これは棚のメーターではなくデジタル倉庫、迅速に入手可能な部品、そしてより少ない廃止を意味します。

個人にとっても同様に魅力的です。STLをダウンロードし、スライサーで設定を簡単に確認し、フィラメントは部品あたりおそらく2〜3スイスフランで済みます。しかし、日常生活では、部品が「単に」壁のリモコンを保持するのか、それとも圧力、熱、または安全に関連する力を吸収する必要があるのかで、大きな違いがあることにすぐに気づきます。そのため、内部で、問題のない快適部品と安全に関連するコンポーネントを明確に区別しています。

問題のない用途：私たちの「グリーンゾーン」

何や誰をも支えず、万が一の場合でもせいぜい迷惑になるだけで、誰も傷つけないものはすべて、私たちのグリーンゾーンに入ります。ここでは、FDM 3DプリントはPLAまたはPETGで経験的に非常に信頼性が高いです。ただし、印刷が適切に校正され、部品が過負荷にならないことが前提です。

Quelle: 3ddruckmuenchen.com

このような小さなホルダー、クリップ、インサートは、33d.chで毎日印刷しています。まさにここで、3Dプリントは柔軟な「少量部品工場」としての強度を発揮します。

ホルダー、オーガナイザー、「QOL」部品

ホルダーやオーガナイザーには、3Dプリント交換部品が最適です。部品が壊れても、迷惑ですが危険ではありません。再印刷は通常1〜2時間しかかかりません。私たちの日常の典型的な例：

• 機械の蒸気噴射装置の直下にかからないコーヒーカプセルまたはフィルターバッグ用のホルダー。
• ケーブル配線を改善する、マルチタップ、ルーター、または小型電源用の壁掛けホルダー。
• 引き出し、工具箱、または小物マガジン内のインサートと仕切り。

33d.chでは、このような部品には、たとえば0.2mmのレイヤー高さ、3〜4のパーメーター、20〜30％のインフィルが証明されています。簡単に言うと、インフィルは部品の「内部」です。パーセンテージが高いほど、部品はより頑丈になり、より多くのフィラメントと印刷時間が必要になります。これらの値は経験値です。プリンター、ノズル、フィラメントによっては、わずかに異なる組み合わせがよりうまく機能する場合があります。

大きな負荷のないボタンと操作要素

ラジオのノブ、音量コントロール、小さなスライダーまたはボタンの延長：これらの部品は、通常、大きな力を伝達したり、熱い部品に直接触れたりしない限り、問題ありません。コーヒーマシンやキッチンマシンにある多くの装飾的なボタンは、頑丈な金属または元のメカニズムに単純なプラスチックキャップです。ここに印刷された交換品を使用すると、安全性を損なうことなく、視覚的に機械を救うことができます。

カバー、パネル、プラグ

ネジ用カバーキャップ、見苦しい穴用パネル、車室内のかさばらないダミープラグは、典型的な「グリーンゾーン」アプリケーションです。それらは視覚的または防塵機能を持っており、何も支えません。人、大きな負荷、やばい電気ではありません。ここでは、3Dプリント部品を定期的に使用しています。UVライトが多い場合、数年後には、時折黄色くなったPLA部品を除いて、ほとんど問題が見られません。

安全上重要なコンポーネント：非常に注意する場所

熱、圧力、電力、または人が関わるようになると、それはやばくなります。これらの分野では、材料データ、印刷パラメータ、およびテストが不可欠です。これらは、趣味の分野では限定的にしか再現できません。

材料と温度

ほとんどの家庭用プリンターは、PLA、PETG、またはABSなどのFDM材料で動作します。多くの初心者の標準材料であるPLAは、約60〜65℃から軟化し、剛性が大幅に低下します。駐車場では、このような温度が車内で容易に達成または超過する可能性があります。気象サービスによる測定シリーズや研究では、気象条件に応じて、車内温度が50℃を大幅に超え、約70℃になることが示されています。ダッシュボードはさらに熱くなります。フロントガラスのPLA製携帯電話ホルダーは、しばしばちょうど1つの夏しか持ちません。これは、33d.chで「溶けた」顧客の例として何度もテーブルに置かれています。

PETG、ASA、または特殊な高温ポリマーなどの耐熱性材料は、暖かい環境により適しています。しかし、それらは部品を自動的に「安全」にするわけではありません。テスト済みの材料データ、定義された印刷プロセス、および負荷テストなしでは、趣味の印刷は、承認された車両部品またはコーヒーマシンのコンポーネントと交換できません。

推奨動画： 引張および曲げ試験における3Dプリント材料の比較 – PLA、PETG、ABSの違いを理解するのに役立ちます。

機械的負荷とレイヤー方向

FDM部品は異方性です。つまり、レイヤー方向では、レイヤー内よりも強度が低くなります。日常生活では、部品がレイヤーラインに沿って壊れることがよくあります。レイヤー方向に対して引張または曲げを吸収する必要がある家具コネクタは、レイヤー方向に正確に負荷がかかる同一の部品よりも、通常、はるかに多くの耐久性があります。

したがって、重要部品は、顧客に推奨する前に、意図的に破損するまでテストします。そして、将来的に設置される方向でテストします。特にクリップ、スナップコネクタ、および薄いアームの場合、壁の厚さを増やし、破損した場合に落下や転倒のリスクに直接つながらないレイヤー配向を選択します。

衛生と食品接触

きれいに印刷されたFDM部品でも、食品の残留物や細菌が定着する可能性のある細かい溝や微細な気孔があります。フードパッケージングフォーラムは、適切なシーリングなしでは、このような表面を衛生的に清掃するのが難しいこと、およびフィラメントからの添加物が食品に移行する可能性があることを指摘しています。したがって、飲料、コーヒーマシンのミルク経路、または熱い食品との継続的な接触には、従来の趣味の3Dプリントは非常に限定的にしか適していません。

私たちのワークショップからの実用的なアプローチ：クッキーカッター、型抜き、または補助具は、食品と短時間接触するだけで、その後徹底的に清掃されれば、多少の注意を払えば可能です。マグカップ、恒久的な飼料または水ボウル、および機械の熱くてアクセスしにくい内部の部品は、個人領域では一貫して使用しないようにします。ここでは、認定されたオリジナルのサードパーティ部品を推奨します。

推奨動画： 食品グレードの3Dプリント？限界と可能性 –食品接触のトピックへの良い入門です。

私たちのワークショップからの3つの典型的な実用シナリオ

全体像を掴みやすくするために、33d.chでよく見かける3つの状況を、私たちの経験による結論とともに示します。

1.コーヒーマシン：アクセサリーはOK、水路はNG

コーヒーマシンは、3Dプリント交換部品の定番です。インターネット上には、STLファイルとして数え切れないほどのボタン、レバー、ホルダーが見つかります。しかし、家庭用電化製品の3Dプリント交換部品に関する技術調査では、安全上重要なコンポーネントが材料とプロセスの変動にどれほど敏感に反応するかについても示されています。

• グリーンゾーン: タンパー、クリーニングブラシ、またはブラインドフィルター用のホルダー。穴を覆うだけのパネル。頑丈な元のメカニズムを操作する装飾用ボタン。
• イエローゾーン: 短時間しか暖まらず、飛沫がかかるが、圧力を保持する必要のない部品。たとえば、飛沫領域のカバー。疑問がある場合は、複数のプロトタイプをテストします。
• レッドゾーン: 高圧経路（エスプレッソボイラー、ミルクポンプ、バルブ）、恒久的に水や蒸気を流す、または清掃が困難なものすべて。これらの部品は、私たちの意見では、テスト済みのオリジナルの部品または証明された認定工業用コンポーネントとしてのみ使用されるべきです。

推奨動画： 3Dプリントされた小部品でコーヒーマシンを修理する –問題のない交換部品の良い例です。

2.家具と家庭用品：多くのことが可能ですが、すべてではありません

家具部品は、通常室温で動作し、損傷の結果が管理可能であるため、3Dプリントの有望な候補です。ただし、例外があります。

• 典型的に問題のないもの: 穴用プラグ、バックパネル用クリップ、軽量家具用滑り要素、LEDストリップ用ホルダーまたはケーブルダクト。
• 注意が必要なもの: 食器や工具の重量を支える引き出しコネクタ。子供が掴まる可能性のあるホルダー。ここでは意図的に大きめに寸法を決め、組み立てられた状態でテストします。
• N.G.: 二段ベッド、椅子、またははしごの支持接続。破損が転落につながる可能性がある場合、実際の使用のためにこれらの部品を印刷することはなく、 max 機能プロトタイプのためだけに印刷します。

実際には、顧客が壊れた椅子のコネクタを持って私たちに来た場合、幾何学的にはうまく印刷できそうでも、ほとんどの場合、金属製のソリューションまたはオリジナルの交換部品を推奨します。

3. 車室内：整理整頓はOK、安全性はNG

Quelle: formlabs.com

自動車分野では、積層造形が数多くテストされています。しかし、安全上重要なコンポーネントには、高いハードルと認証要件があります。

車室内には、携帯電話ホルダー、センターコンソールのオーガナイザー、ホルダー用アダプターなど、多くのエキサイティングな用途があります。同時に、車は高温、紫外線、エアバッグやシートベルトなどの安全に関連するシステムを組み合わせています。

• OK: オーガナイザーインサート、万が一落下しても問題ないホルダー、安全機能のないセンターコンソールの小さなパネル。
• やばい: 夏に熱くなる通気孔のクリップ、エアバッグパネルまたはシートベルトガイドのすぐ近くの部品。ここでは、障害シナリオが重要です。
• 絶対NG: エアバッグ、シートベルト取り付け部、シートレール、ブレーキペダル機構に関連する部品、および衝突時にエネルギーを吸収したり、拘束システムに影響を与えたりするコンポーネント。法的および製品責任分析では、承認なしに安全上重要な車両部品を交換することは厳に避けるべきであると警告しています。

33d.chでの私たちの日常：カスタム携帯電話ホルダーや収納コンパートメントのインサートを喜んで印刷します。クラッシュ安全に影響を与える可能性のあるものは、一貫して除外されます。

法律と責任：いつメーカーになるのか

技術的な側面とは別に、法的な側面もあります。ドイツ連邦労働安全衛生庁（BAuA）は、3Dプリントに関するガイドラインで、3Dプリント製品を販売または体系的に第三者に提供する個人またはワークショップは、法的にメーカーとして扱われ、製品安全法の義務を履行する必要があることを明確に思い出させています。

3Dプリント交換部品に関する法的分析はさらに、欠陥部品による損害については、印刷サービスプロバイダーだけでなく、CADファイルまたはフィラメントのサプライヤーも、状況に応じて責任を問われる可能性があることを強調しています。さらに、EUでは製品責任規則が継続的に拡大されており、将来的にはデジタル製造ファイルやソフトウェアも製品と見なされる可能性があります。

私たち33d.chにとって、これは具体的には：機能部品の材料と設定を文書化し、明らかに安全上重要な用途の印刷依頼を拒否し、部品がテストまたはプロトタイプ製造のみを目的としている場合は明確に伝えます。

• プラットフォームまたは独自のウェブサイトで印刷部品を定期的に注文または販売する。
• 3Dプリントをサービスとして提供する（例：「支払いの代わりにあなたの交換部品を印刷します」）。
• 明確な目的で安全上重要な交換部品のCADファイルを配布する。
• リスクについて通知せずに、他の人が使用するデバイスに印刷部品を組み込む。

すべての交換部品の前の意思決定チェック

Quelle: hdcmfg.com

高負荷で安全上重要な部品の場合、メーカーは厳格な品質保証を伴う金属3Dプリントに依存することがよくあります。これは、典型的な趣味のセットアップとは大きく異なります。

33d.chで交換部品を印刷する前に、簡単なチェックリストを頭の中で通過します。多くの顧客は後にこのロジックを自分たちでも採用します：

• 部品は安全性や健康に関係しますか？ 破損が転倒、事故、火災、感電につながる可能性がありますか？もしそうなら、オリジナルのまたはテスト済みの交換部品を明確に選択します。
• 熱、圧力、電気、または食品接触はありますか？ ヒーター、ボイラー、圧力ライン、または主電源の近くの部品、および継続的な食品接触のあるコンポーネントは、典型的なレッドゾーンです。
• 偶発的な故障の程度はどのくらいひどいですか？ カプセルホルダーの破損は迷惑ですが、無害です。手すり、シートホルダー、またはベルトローラーの破損はそうではありません。
• 合理的なコストでテスト済みの交換部品はありますか？ 正規の交換部品が20スイスフランである場合、独自の印刷の法的および技術的なグレーゾーンは通常、それだけの価値はありません。
• 安全にテストできますか？ フックやホルダーは、しばしば床の近くや重りでテストできます。安全上重要な自動車部品または圧力部品の場合、日常生活での現実的で安全なテストはほとんど不可能です。

推奨動画： 機能的な3Dプリント部品のエンジニアリング分析 –安全係数と故障モードの感覚を開発するのに役立ちます。

要約

• 3Dプリント交換部品は、ホルダー、オーガナイザー、ボタン、パネルに最適です。これらの部品が故障しても迷惑ですが、誰も危険にさらされません。
• 熱、圧力、電気、食品接触、または人身安全が関わるようになると、典型的なFDM家庭用印刷はすぐに限界に達します。
• 法的には、「ただすぐに何かを印刷する」ことは、特に部品を金銭で、または定期的に他人に提供する場合、すぐに明確な義務を負うメーカーの役割になります。
• 正直な安全性と責任のチェックを印刷前に行うことで、トラブルを回避し、損害を防ぎ、3Dプリントが本当に得意な場所で輝くことができます。

33d.chでの関連情報

• 3Dプリントの公差を理解する
• フィラメントの正しい保管と乾燥
• 安定した機能部品のためのスライサー基本設定
• 材料比較：PLA、PETG、ASAの実践チェック
• チェックリスト：アイデアから安全な3Dプリント交換部品へ