電子工作 3Dプリンターの基礎を知ろう

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最近、電子工作やフィギュア作成などの仲間の間でもモノづくりをする時に利用し出しているのが、3Dプリンターです。今回は簡単に3Dプリンターについて知ってみましょう。

3Dプリンターの基礎を知ろう

3Dプリンターは、構造が大きく分けて2種類があります。一つはプラスチックを熱で溶かして、垂らしたものを少しずつ網の目のように積み上げていくものと、光などの外部からの作用で固まる液体を少しずつ固めて一層ずつ形を作るものがあります。

3Dプリンターの主な種類
  1. 熱溶解積層法
  2. 光造形法

熱溶解積層法

主にプラスチックなどの樹脂を高温で溶かしたものを積層させることで立体形状を作成する造形法の3Dプリンター。溶かして利用できる素材として、フィラメントという樹脂リールを利用します。

主に、PLA、ABSを利用して立体印刷をします。その他にも、TPU、ナイロン、カーボンファイバー、PCなど熱可塑性の様々なエンジニアリングプラスチックが使用できる。
素材を溶かすのに高温が必要であったり、外部環境が影響するものなどにより、全ての素材が利用できるものではありません。

木の繊維を混ぜ込んでできたフィラメントやTPUという柔らかいゴムのように曲がるフィラメントも登場してきています。

金属素材を溶け込ましたフィラメントも登場してきていて、新しい可能性も低価格帯の3Dプリンターでも考えられるようになって来ています。もちろん、条件はとても厳しく、金属素材を溶け込ました素材を利用したフィラメントで印刷した後には、脱脂や焼結などの後処理が必要ではある。

エクストルーダーといって、溶けた素材を溶かすところの構造で、これも大きく分けて2種類があります。ボーデン型と、ダイレクト型のエクストルーダーがあります。

特徴として、ダイレクトエクストルーダーの方が、高温の材質の印刷に向いています。TPUといった、先ほど紹介した柔らかいゴムのようなフィラメントを利用するようでしたら、こちらの方式のものがお勧めです。

その機種ごとに利用できる素材が列挙されていますので、ある程度はわかります。決して、ボーデン型ではできないかというと、そうでもないものも最近は出てきているみたいです。

少し前には、低価格の3Dプリンターと言えば、この方式を利用したものが全てでしたが、UVレジンを利用したこの後紹介する光造形3Dプリンターが登場してきて少し様子が変わってきました。

光造形法

最近、個人の間にも目にするようになってきた光造形法の3Dプリンター。液晶パネルの透過光で直接効果させる方式でUVレジンを利用する。100円ショップなどにも登場しだしたレジンを利用した3Dプリンターである。

レジンの液体の底で固めたくない所だけをマスク(光を通さないようにマスキング)したものに、液晶画面を光らせてレジンを固める。それを少しずつ上に引っ張っていって作成する。制作物は逆さまにぶら下がって完成する。

また、液晶画面を利用するのではなく、レーザーを利用して固めるものもあるが、高価な機材が必要で高額なものになる。

液晶画面をとても酷使するために、液晶画面が消耗品として扱われている。安価な白黒の液晶で十分であるため、最近は白黒の液晶画面を利用するものが普通になってきている。

液晶パネルの耐久時間が200時間とか、何時間ぐらいですというように説明があると思います。もちろん、それ以上に利用できる使い方もあるでしょうし、利用状況によっては、それよりも短い時間で交換することになるものもあるとは思います。

携帯電話で写真を取る時に、フラッシュ炊いた時間が200時間という感じです。流石にそれは、消耗品でしょうと思ってしまいます。

液晶画面はカラーのもので無くてもいいため、安価な白黒の液晶を利用しているものが主流になってきています。

耐久が来ると、一部がうまく印刷できなかったり、変なものになってしまいます。有名メーカーのところでは、自社製品の消耗品として、交換部品が販売されています。

また、レジンは無害ではないため、体にやさしいレジンが出初めている。

光造形法のレジン3Dプリンターは、印刷したままではダメです。

印刷後に形状によっては印刷物を支える仮組を一緒に印刷するので、そのようなものを削除したり、液体レジンで濡れているので、余分なレジンをアルコールなどで洗い流したりしなくてはいけません。最近は、水洗いで良いレジンも出てきてはいますが。

その後に、形を定着させなくてはいけないので、ネイルを固めるのと同じでUVライトをあてて、硬化作業が必要になります。もちろん、太陽の光でもできます。

購入などを考えた時の注意事項として

個人でも、3Dプリンターを利用している人も、本当に少しですが出てきました。どうしても、安いものを最初に検討すると思います。

参考として、Creality Ender 3 V2 というポピュラーな商品を紹介させていただきました。

基本構造が簡単で互換機も多く出ています。

しかし、組み立てを自分でしなくてはいけないことが、安いものを検討すると出てきます。3Dプリンターは、プリンターとは言っていますが、工業製品ですし、製造装置でもあります。

精度をしっかりと整えて組み立てなくては、正常に印刷ができません。気温の変化や利用するフィラメント一つで印刷がダメになってしまいます。

私は、一番最初に組み立てキットで3Dプリンターを始めましたが、うまく作動しなくて返品もしたこともあります。今思うと、組み立て精度が私の組み立て方では、もうまく出せなかったのが原因の一つであったのかもしれません。

なので、最初の一台は、少し高いものになるのですが、組み立て品ではなく、完成品で販売しているものをおすすめします。検討した商品の利用をしている動画などが必ずYouTubeなどに上がっていると思います。

完成品だと思っていても、組み立てが必要なものもあります。実際に、印刷された商品などを確認したり、組み立てや印刷状況をタイムラプスとして、印刷最初から最後までを撮影したものなどいろいろな情報が出てくると思うので、併せて検討することをおすすめします。

また、3Dプリンターでは、印刷物を図面で書かなくてはいけません。それようの3Dソフトの使い方を覚えなくてはいけません。

また、そのデータを自分の3Dプリンターで印刷するためにスライサーというソフトも利用しないといけません。どのように3Dプリンターで印刷するのかを指定したりするソフトで、印刷の見えない内側をどのように印刷するのか、印刷時に支えを付けるのかなどの指定をします。

そのようなソフトの勉強も必要になることを事前に考えてみてください。コピー機や普通のプリンターみたいに簡単ではありません。

そして、これがとても大事ですが、印刷時間は思っている以上に長いという事です。数ミリずつ印刷していくのですから、当然なのですが、長いものでは一日かかるものも少なくありません。小さなものでも、数時間はかかると思います。天候やフィラメントを原因にしたミスをすると数時間をすべて無駄にします。

一つの部品を印刷するのに、条件を詰めるために何回も試行錯誤しなくてはいけないこともあります。

少しでも、条件をよくするために、プリンター全体を箱形に囲ったものの方が、音も静かになりますし、温度変化を理由にしたミスを減らせるので、おすすめです。

印刷音が大きいものもあるので、アパートなどでは、印刷時間などを考慮しなくてはいけません。できるだけ、印刷時の音が低いものをおすすめします。

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