2022年09月28日
3Dプリンターの各造形方式の仕組み
3DプリンターはASTM F 42委員会によって、造形方式を各造形メカニズムによって、分類されます。
※ASTM F 42委員会とは、世界最大規模の団体である米国試験材料協会「ASTM」によって、3Dプリンターに関する規格を明確化するために設立された組織のことです。
例えば3Dプリンターの種類には、下記のものが挙げられます。
熱溶解積層方式(FDM/FFFFDM方式)
光造形方式(SLA方式)
インクジェット方式(材料噴射法)
粉末焼結積層方式(SLS方式)
作製したい製品や造形物にあわせて、それぞれ適した造形方式を選ぶことが大切です。
各造形方式の原理やメリット・デメリットについて、それぞれ解説します。
熱溶解積層方式(FDM/FFF方式)
熱溶解積層方式はFDM（Fused Deposition Modeling）方式もしくはFFF（熱溶解積層法）とも呼ばれ、加熱されたノズルの中で溶かした材料を吐出しながら、材料を積み重ねる造形方式です。
造形材料として、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やPLA（ポリ乳酸）が主に使用されます。
この方式を採用した低価格帯の機種は多く、個人ユーザーの間でも人気があります。
熱溶解積層方式のメリット・デメリットは、以下のとおりです。
メリット
ABSやPLAなど、取り扱いやすく安全性の高い樹脂を用いられる
装置の操作性が高いため、初心者向けである
様々な樹脂を織り交ぜた印刷が可能なため、色のバリエーションが豊富
デメリット
表面の仕上がりが比較的粗い
積層時は一層ごとに冷却・硬化させる必要があるため、造形時間が長くなる
以上の特徴から熱溶解積層方式は、手軽に3Dプリンターを扱う用途に適しています。
光造形方式(SLA方式)
SLA（Stereolithography Apparatus）方式の光造形は、紫外線の照射で光硬化性の液体樹脂を硬化させ、一層ずつ積層していく造形方式です。
液体樹脂に照射する紫外線が点状のため、照射範囲が狭く細かいものでも容易に造形できます。
光造形方式（SLA方式）の特徴は、下記のとおりです。
メリット
微細な造形が可能で、表面の仕上がり精度が高い
点状の光で照射でき、ヘッドがずれることもないため、他の方式よりも寸法精度が高い
比較的に透明度の高い造形物が造形できる
デメリット
装置や樹脂が他の方式と比べて高価である
光照射の範囲が狭いため、面状に照射する方式に比べて時間がかかる
インクジェット方式(材料噴射法)
3Dプリンターのインクジェット方式は、液状の粒子を吹き付けて印刷する「紙のインクジェットプリンター」とは異なる造形方式です。
インクジェット方式の中でも材料噴射法は、インクの代わりに液状の光硬化性樹脂をヘッドから噴射して、紫外線照射によって樹脂を硬化させ積層を繰り返す造形方式です。
材料を吐出するインクジェットヘッドが複数搭載された装置を用いると、造形物の各部位に適した異種材料を組み合わせながら使用できます。
メリット
積層ピッチが薄いため、細かい造形をすることが可能
表面の仕上がりが滑らかであり、造形精度が高い
異種材料を組み合わせて造形できる
デメリット
造形後に直射日光に当て続けると、硬化して変形してしまう
造形物の空洞部にサポート材が必要であり、コストや手間がかかる
以上の特徴から、材料噴射法によるインクジェット方式は、フィギュア制作やデザイン確認などの屋内での用途に適しています。
粉末焼結積層方式(SLS方式)
粉末焼結積層方式は、レーザー光線を用いて材料粉末を直接照射し、焼結によって造形物を作製する造形方式です。
レーザー光線を選択的に照射する方式であるため、SLS（Selective Laser Sintering：選択的レーザー焼結）方式とも呼ばれています。
材料として最も使われているのはナイロンをはじめとした樹脂ですが、金属やセラミックなどの粉末も使用されています。
メリット
造形時に粉末を敷き詰めるため、サポート材が不要であり設計の自由度が高い
任意の箇所にレーザー光線を照射できるため、複雑な形状も造形可能
焼結を活かすことで、粉末を粒子レベルで結合するため高強度が得られる
デメリット
造形直後の表面は粗いので、研磨などの後加工が必要になる場合がある
造形後の粉末除去に時間がかかる
粉末焼結積層方式で作製した造形物は高強度であるため、少量多品種生産に適している造形方式です。
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※ASTM F 42委員会とは、世界最大規模の団体である米国試験材料協会「ASTM」によって、3Dプリンターに関する規格を明確化するために設立された組織のことです。
例えば3Dプリンターの種類には、下記のものが挙げられます。
熱溶解積層方式(FDM/FFFFDM方式)
光造形方式(SLA方式)
インクジェット方式(材料噴射法)
粉末焼結積層方式(SLS方式)
作製したい製品や造形物にあわせて、それぞれ適した造形方式を選ぶことが大切です。
各造形方式の原理やメリット・デメリットについて、それぞれ解説します。
熱溶解積層方式(FDM/FFF方式)
熱溶解積層方式はFDM（Fused Deposition Modeling）方式もしくはFFF（熱溶解積層法）とも呼ばれ、加熱されたノズルの中で溶かした材料を吐出しながら、材料を積み重ねる造形方式です。
造形材料として、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やPLA（ポリ乳酸）が主に使用されます。
この方式を採用した低価格帯の機種は多く、個人ユーザーの間でも人気があります。
熱溶解積層方式のメリット・デメリットは、以下のとおりです。
メリット
ABSやPLAなど、取り扱いやすく安全性の高い樹脂を用いられる
装置の操作性が高いため、初心者向けである
様々な樹脂を織り交ぜた印刷が可能なため、色のバリエーションが豊富
デメリット
表面の仕上がりが比較的粗い
積層時は一層ごとに冷却・硬化させる必要があるため、造形時間が長くなる
以上の特徴から熱溶解積層方式は、手軽に3Dプリンターを扱う用途に適しています。
光造形方式(SLA方式)
SLA（Stereolithography Apparatus）方式の光造形は、紫外線の照射で光硬化性の液体樹脂を硬化させ、一層ずつ積層していく造形方式です。
液体樹脂に照射する紫外線が点状のため、照射範囲が狭く細かいものでも容易に造形できます。
光造形方式（SLA方式）の特徴は、下記のとおりです。
メリット
微細な造形が可能で、表面の仕上がり精度が高い
点状の光で照射でき、ヘッドがずれることもないため、他の方式よりも寸法精度が高い
比較的に透明度の高い造形物が造形できる
デメリット
装置や樹脂が他の方式と比べて高価である
光照射の範囲が狭いため、面状に照射する方式に比べて時間がかかる
インクジェット方式(材料噴射法)
3Dプリンターのインクジェット方式は、液状の粒子を吹き付けて印刷する「紙のインクジェットプリンター」とは異なる造形方式です。
インクジェット方式の中でも材料噴射法は、インクの代わりに液状の光硬化性樹脂をヘッドから噴射して、紫外線照射によって樹脂を硬化させ積層を繰り返す造形方式です。
材料を吐出するインクジェットヘッドが複数搭載された装置を用いると、造形物の各部位に適した異種材料を組み合わせながら使用できます。
メリット
積層ピッチが薄いため、細かい造形をすることが可能
表面の仕上がりが滑らかであり、造形精度が高い
異種材料を組み合わせて造形できる
デメリット
造形後に直射日光に当て続けると、硬化して変形してしまう
造形物の空洞部にサポート材が必要であり、コストや手間がかかる
以上の特徴から、材料噴射法によるインクジェット方式は、フィギュア制作やデザイン確認などの屋内での用途に適しています。
粉末焼結積層方式(SLS方式)
粉末焼結積層方式は、レーザー光線を用いて材料粉末を直接照射し、焼結によって造形物を作製する造形方式です。
レーザー光線を選択的に照射する方式であるため、SLS（Selective Laser Sintering：選択的レーザー焼結）方式とも呼ばれています。
材料として最も使われているのはナイロンをはじめとした樹脂ですが、金属やセラミックなどの粉末も使用されています。
メリット
造形時に粉末を敷き詰めるため、サポート材が不要であり設計の自由度が高い
任意の箇所にレーザー光線を照射できるため、複雑な形状も造形可能
焼結を活かすことで、粉末を粒子レベルで結合するため高強度が得られる
デメリット
造形直後の表面は粗いので、研磨などの後加工が必要になる場合がある
造形後の粉末除去に時間がかかる
粉末焼結積層方式で作製した造形物は高強度であるため、少量多品種生産に適している造形方式です。
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Posted by carlson
at 15:15
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