今や【３Dプリンター】とは誰でも一度は聞いた事があるとは思います。では実際にどんなことが出来ると思いますか？ ほとんどの人が、『3Dプリンターは聞いた事があるけど見たことがない。』『何をするのかよく分からない。』という人がほとんどではないでしょうか。ここでは3Dプリンターとはどの様な物で、どの様な事ができるのか？と言う事を紹介したいと思います。
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3Dプリンターとは？
3Dプリンターとは、3DCADで作成されたデータ（STLデータ）をもとに、スライスされた2次元の層を1層ずつ積み重ねていく事で、立体モデルを製作する機械の事を言います。1層ずつ積み上げる積層方式を基本としながら、液体樹脂を紫外線で1層ずつ硬化させてモデルを作製する『光造形方式』や、樹脂を熱で溶かして1層ずつ積み重ねる『FDM方式』など様々な造形方法の3Dプリンターがあります。
3Dプリンターの造形方式の種類
3Dプリンターと言っても、様々な造形方式のプリンターがあります。造形方式によって使用する機械はもちろんのこと材料も違います。また、同じモデルデータを使って造形しても出来上がった造形物の表面や精度なども違います。そこでいったいどの様な造形方式があるのか、私が知っている造形方法を紹介したいと思います。
FDM方式／材料押出堆積法
主にフィラメントと言う材料を熱で溶かしてノズルから押し出して、積み上げて造形していきます。高い耐久性や耐熱性を得やすいので、試作品、治具、簡易型の造形などに適しています。ただ素材を熱で溶かして積み上げていくため、層と層の断層が目立ちやすく表面があまり滑らかでないと言うデメリットがあります。そのため表面の滑らかさが求められる造形物の出力にはあまり向きません。
メリット
・素材によってはプラスチック製部品とほぼ同等の強度の造形が出来ます。
・素材の種類や色の種類が多く、いろんな種類の造形が出来ます。
・機械の取扱いが容易で設置場所を選びません。
デメリット
・積層の断層が目立ちやすく滑らかな表面の造形は出来ません。
・安い機械で造形した場合、サポート材を手作業で取り除かなくてはいけない。
素材
ABS、PC、PC/ABS、PPSU、PLA などいろんな種類の素材があります。
マテリアルジェッティング
インクジェットヘッドから液体樹脂を噴射し、さらに紫外線で固め積み重ねて造形していく方式です。『FDM方式』の材料が液体になっただけでにているのでは？と思いますが全然違う造形方式です。FDM方式と違いマテリアルジェッティングでした造形物は高精細で表面が滑らかで、精度が求められる物に力を発揮します。また機種によっていろいろな素材を選択し、混ぜて使うことも可能です。ただ耐久性は低く紫外線で固めているため太陽光での劣化が起こりやすいくなります。
メリット
・複数の素材を混ぜて使う事が出来て、いろんな色と多様な硬度の造形が出来ます。
・比較的高精度の造形が出来ます。
デメリット
・耐久性が低い
・太陽光で劣化が起きます。
素材
光硬化性樹脂、ワックス
バインダージェッティング
インクジェットヘッドから液体状の結合剤を噴射して、粉末を一層ずつ固めていく造形方式です。結合剤の色を変えることで、粉末に簡単に着色できるためデザインの確認やフィギュアの製作などに力を発揮します。また造形物が出来上がるまでの時間がとても早いです。ただ耐久性は低いです。
メリット
・色のついた結合剤を複数混ぜることでフルカラーに近い造形が出来ます。
・造形速度が速い
・サポート材の除去が不要です。
デメリット
・造形物の表面がざらざらしている。
・耐久性が低い
素材
樹脂パウダー、石膏パウダー
光造形 【DLP方式／SLA】
光造形方法の一種です。液体樹脂を下部からLED光線を当てて一層ずつ硬化しながら造形する方式です。造形物は下から上に釣り上げて作製していきます。DLPシステムでXY方向の樹脂を硬化させる方式なため造形速度も速く、精度の高い造形物が出来ます。
メリット
・造形速度が速い。
・積層痕がめだたない滑らかな表面の造形が出来ます。
デメリット
・太陽光で硬化が進み、変形し壊れやすくなります。
・洗浄などの後処理が必要です。
素材
光硬化性樹脂など
光造形 【レーザー方式／SLA】
液体状の光硬化性樹脂を上から紫外線レーザーを当てて一層ずつ硬化しながら造形する方式です。表面が滑らかで高精細な造形物を作成することが出来ます。
メリット
・表面が滑らかな造形が出来ます。
・高精細な造形が出来ます。
デメリット
・太陽光で硬化が進み、変形し壊れやすくなります。
・洗浄などの後処理が必要です。
素材
光硬化性樹脂、セラミックなどのフィラーの混入が可能。
このように、3Dプリンターの造形方法はいろんな方法があり、その造形方法によって機械や材料も異なります。もし自分で3Dプリンターで造形をしてみたいと思ったら、おすすめは『FDM方式』か『光造形のDLP方式』です。なぜならFDM方式の場合まず機械本体が安い物で2、3万円ぐらいからあるのと材料も2～3千円ぐらいからあるので初期費用が少ないからです。ただ、機械本体が安い物は造形できる大きさが小さかったり、精度も良くない場合があるのでいろいろ調べてから購入するとよいでしょう。そして、もう一つの光造形のDLP方式の場合は機械本体は10～100万ぐらいで、材料も1～3万とけっこう高いのですが、その分造形して出来た物は表面が綺麗で精度もでています。
もし自分で3Dプリンターをしたい場合少しでも参考になったら嬉しいです。
実際に造形してみて
こちらに『光造形のDLP方式』と『FDM方式』で造形した物の写真を張ったので参考にして下さい。ちなみに光造形の機械はFormlabs Form2で、FDMで造形した機械はL-DEVOです。
上の塔が光造形方式（Formlabs Form2）で作った物で、下の恐竜の頭蓋骨がFDM方式（L-DEVO）で作った物です。
写真ではわかりずらいかもしれませんが、光造形で作った物の方がとても綺麗に出来ています。FDM方式のL-DEVOで作成した物も設定を変えればもっと綺麗に出来ます。
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