【3Dプリンタ動向2】 さまざまな造形手法と材料1

3Dプリンタにはさまざまな造形方式が存在し、それぞれ特徴やメリット・デメリットがあります。目的や予算に応じて使い分けていくことになります。今回は、FDMと光造形について紹介します。

FDM


まずFDM(Fused Deposition Modeling、熱溶解積層方式)はフィラメントと呼ばれる細い糸状の造形材料を少しずつ溶かして積層して硬化させていく手法です。「FFF(Fused Filament Fabrication)」と呼ばれることもありますが、ここではFDMと統一します。

FDMの特許は3D Systemsが持っていましたが、2009年に失効しています。それ以来、FDM方式の安価な3Dプリンタが増えました。それまでは数百万円~一千万円以上の本体価格であった3Dプリンタでしたが、10万円前後のデスクトップ機種が登場することになりました。安価な機種は、積層の筋が顕著に表れ、寸法精度や品質が高くないため、最終製品の筐体や部品製作には向きません。滑らかな面にしたり、機構部品を作ったりするには、後処理が必須です。ただしハイエンドクラスの装置には、「小ロットの最終製品生産に対応できる」と謳うものがあります。

造形の際は、サポートと呼ばれる造形の補助部分も作られます。ワーク面から浮いている形状の下に生成されます。造形が完了したら、サポートを撤去しなければなりません。

FDM方式のプリンタは、ABS、PC、PLAといった工業製品で頻繁に使われる樹脂材料に対応しています。ただし市場に出回る工業製品向け樹脂材料のうち、ごく一部にしか対応していません。

SLA


光造形法は古くから製造業の試作でよく使われてきた方式です。液体の紫外線硬化樹脂にレーザー照射して硬化させながら、積層造形していきます。造形スピードが速い、なめらかな面が造形できる、透過率の高い材料が使えるなどのメリットがあります。サポート材の作られ方はFDMと同じで、造形完了後に撤去する必要があります。

光造形の手法としてよく知られているのが「SLA(Stereolithography)」です。SLAは2006年頃にに関連特許が失効したことで、ベンチャー企業の参入が相次ぎ、価格を大きく落とし、50万円を切る機種も登場しました。

光造形には「DLP」という手法もあります。レーザー照射して紫外線硬化樹脂を固めていくプロセスや機械の構造は同じです。SLAとは光の照射の方法が異なります。SLAは光線を走査させて樹脂を固化させますが、DLPは面に光で画像を投影して固めます。

DLPは、ワーク面いっぱいを使う広いパーツの造形や、細かい形状の小さい部品を1つだけ、高速に造形することに向いています。DLPは造形範囲が広くなると平面の精度(解像度)が落ち、狭めると高まるからです。SLAは小さくて細かいパーツを精度よくたくさん作ることに向いていますが、DLPよりは造形速度が遅くなります。

光造形の材料は軟質材から硬質材まで、バリエーションが比較的豊富ですが、工業製品向けの樹脂材料ではなく、造形専用の材料になります。また硬化する前の材料は人体への刺激が強いもので、臭いも独特できつくなります。光造形機にはデスクトップ機種もありますが、使う場所を選びます。

インクジェット


インクジェット式も光造形の一種で、紫外線硬化樹脂を使います。基本的な仕組みは紙を印刷する機構と同じです。ノズルから噴射するものがインクか、紫外線硬化樹脂かどうかの違いです。ノズルで樹脂を噴射させ、その周囲から紫外線を照射させます。ノズルを複数設けられるため、多色の造形や、異種の材料を組み合わせた造形が可能です。なお、FDMやSLA、DLPは単色の造形物しか作れません。

また部品自身の造形材料とは変えて、水溶性の材料でサポートを生成できる装置もあります。水溶性なので、バケツに入れた水などにサポートが付いた造形物を入れると簡単に除去できるようになっています。

光造形なので、材料は造形専用のものになります。独特な臭いもあります。ABSの特性に寄せた樹脂、耐熱性材料など、エンジニアリングプラスチックの特性を模した造形材料もあります。また材料色も豊富です。

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PlaBase編集部
PlaBase[プラベース]

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