AMS とツールチェンジャーが、マルチカラー／マルチマテリアルプリントを行う際の長所と短所を具体的に分析しています。
一緒に見ていきましょう！
マルチカラーやマルチマテリアルプリントについて、よく聞かれる質問の一つが、Bambu Lab X1 や AMS を搭載した他の Bambu Lab プリンターは、Prusa XL のツールチェンジャーと比べてどうなのか、というものです。
ここでは、この 2 つのマルチカラープリント方式を詳しく紹介し、どの機種と工程が皆さんに適しているかを判断するお手伝いをします。
今回のテストには、AMS を搭載した Bambu Lab X1 と、5 ヘッド構成の Prusa XL を選びました。この 2 機種は過去 1 年で最も多く使ったプリンターなので、十分な実使用経験があります。
一部の数値や結論はこれらの機種固有のものかもしれませんが、全般的な結論は、同様の方式を採用する他の機種にも当てはまります。
「マルチプレクシング」と「ツール交換」
Bambu Lab の構成では、マルチプレクシングを採用しています。Creality、Anycubic、Prusa の MMU も同じ方式です。
一方、ツール交換方式は、Prusa XL 以外には、市販の完成された選択肢がほとんどありません。
まず、Bambu Lab の AMS などのマルチカラーシステムと、Prusa XL のツール交換方式の主な技術的な違いを見ていきましょう。
現在、マルチマテリアルやマルチカラーの構成の多くは、複数のフィラメントを 1 つのノズルへ供給する、マルチプレクシングと呼ばれる方式を採用しています。
例えば Bambu Lab X1 では、AMS 内の複数のスプールから、それぞれのフィラメントを造形室内の 1 つのホットエンドへ送れます。
必要なエクストルーダーとホットエンドの組み合わせが 1 つで済むため、比較的簡単で安価なシステムです。
ただし、フィラメントの切り替え時、多くの機種はホットエンドで材料を切断します。軟らかくなった樹脂がフィーダーに引き戻されると、詰まりや引っ掛かりが起きやすいためです。
欠点は、新しい色をきれいにプリントする前に、ホットエンドに残ったフィラメントを排出しなければならないことです。
特に明るい色へ切り替えるときは、大量のパージが必要になることがあります。
Bambu Lab は、いわゆる「うんち状のパージ廃材」で知られています。色の変化がよく分かりますが、それだけでは不十分な場合も多くあります。
そのため、これらの機種では通常、造形物の横にワイプタワーもプリントします。
一方、ツール交換方式では、フィラメントごとに別のホットエンドを使います。
使わないツールはドックに待機させ、必要なツールをプリンターの移動機構が取りに行きます。
最大の利点は、色を変えるたびにパージする必要がないことです。同じホットエンド内で材料を入れ替えないので混ざることがなく、フィラメントの無駄を大幅に減らせます。
ただし、構造は複雑になります。複数のエクストルーダーとホットエンド、そしてツール交換機構自体が必要なうえ、それらのために広いスペースが必要となり、機械も大型化します。
各ヘッドは X・Y 方向と長さ方向で正確に位置合わせし、それぞれがプリントする部分がぴったり一致するようにしなければなりません。
たとえツール交換のピックアップ機構が高精度で再現性に優れていても、部品ごとの公差があるため、各ヘッドのオフセットを測定する必要があります。
測定方法はいくつかありますが、Prusa はロードセルでベッドに取り付けたピンを検出し、各ツールの位置と高さを直接測定します。
これに対し、Bambu Labのようなマルチプレクシング方式では、すべてのフィラメントが同じノズルから出るため、追加の位置合わせ工程を省け、各部分の位置が自然に一致します。
マルチカラー／マルチマテリアル 3D プリントにおける 2 つの方式の基本的な違いを説明しました。次に、プリント時間、材料の無駄、プリント品質、材料の互換性に実際にどう影響するかを詳しく見て、用途に最適な方法を考えましょう。
まずは、大きな論点の一つである材料の無駄から見ていきます。
材料の無駄を比較
Bambu Lab のプリンターは、フィラメントを切り替えるたびに、いわゆる「うんち状のパージ廃材」を出すことで知られています。
色を切り替えるたびに小さな樹脂の塊が出ます。プリント中の色の切り替え回数は、モデルの設計や配置によって大きく変わります。
これを示すため、どちらも 4 色を使う 2 種類のサンプルをプリントしました。1 つ目は、上から下まで縦じまが入った円柱です。
2 つ目は、水平方向に 4 色の区画に分けた円柱です。縦じまのモデルでは各層で 3 回の色替えが必要で、合計 40 層なので、約 120 回の切り替えになります。
切り替えるたびにパージ廃材が 1 つ出るほか、タワーにも追加のパージ材料が使われます。
完成した部品自体はわずか 8.3 g ですが、29.6 g の廃材と、パージタワーに 7.7 g の材料が発生しました。つまり、約 8 g の造形物に対して約 37 g の廃材です。極端に聞こえるかもしれませんが、色を何度も切り替えると、こうなるのがこの方式です。
無駄を減らすため、インフィル内にフィラメントをパージする方法を勧める人もいます。
今回の場合、節約できたのは約 1.5 g、つまり 5% だけでした。大型の造形物ではもっと効果があるかもしれませんが、不要な色が壁越しに透けて、完成品の外観を損なう可能性もあります。
切り替え回数以外にも、最終的なパージ量に影響する要素が 2 つあります。初期のマルチプレクシング式プリンターは、色を変えるたびに同じ量のフィラメントを排出していました。
しかし、黒から白への切り替えには、白から黒への切り替えよりも、はるかに多くのフィラメントが必要です。
最近のスライサーには、色の変化に応じてパージ量を自動調整する「スマートパージ量」設定がよく搭載されています。
スライサーでその設定を見ると、暗い色から明るい色への切り替えではパージ量が多く、明るい色から暗い色への切り替えでは少なくなっていることが分かります。
もう一つはパージ倍率です。計算されたパージ量に掛ける単純な係数です。
値を下げれば材料の無駄は減りますが、色が混ざる可能性は高まります。
私は 0.5 前後に設定することが多く、通常はこれで色をきれいに保てます。いつも同じ数色を使うなら、キャリブレーションテストで細かく調整して、さらに節約できます。
ただし多くの人は、造形物の色が汚れるリスクを負うより、余裕を持って多めにパージする方を選ぶでしょう。
最後に、フィラメントを引き戻す方法やタイミングを工夫して、さらにパージを減らす高度な技術もありますが、信頼性に影響します。
そのため、Bambu Lab の既定のプロファイルは、無駄が少し多い一方で、多様なフィラメントに対して高い信頼性を持っています。
機種によってパージ量は異なりますが、すべての材料を通す 1 つのノズルから古いフィラメントを取り除くために、パージ自体は常に必要です。
では、ツール交換方式はどうでしょう。各色に専用のホットエンドがあり、色が混ざらないので、パージは不要なのでしょうか？
Prusa XL の既定のスライスプロファイルには、ワイプタワーが含まれています。
新しいツールヘッドへ切り替えると、XL は実際の部品をプリントする前に少量の材料を排出します。その量は、一般的な Bambu Lab のプリントで出るパージ廃材やタワーよりも、はるかに少なくなります。
例えば、最も厳しい条件のテストである、各層で 3 回ツールを交換する円柱では、完成品が 9.1 g、ワイプタワーが約 4.6 g でした。
これは Bambu の機種で発生した廃材のわずか 12% です。それでも、多少の無駄はあります。
なぜでしょうか。ツールは待機中も加熱された状態だからです。
にじみを減らすために温度を下げ、ノズルの開口部を覆っていても、溶融部の樹脂は熱い内部にとどまることで徐々に劣化します。
フィラメントを交換するためにホットエンドを予熱し、そのまま数分忘れてから新しい材料を入れた経験があれば、心当たりがあるかもしれません。
残ったフィラメントは軟らかくなり、熱によって劣化します。
そのツールを取り出してパージせずにすぐプリントを始めると、糸引きや不均一な押し出しが大量に発生します。
私はイボイノシシのモデルで実際にテストし、非常に大きな違いを確認しました。
ワイプタワーありの造形物はきれいでしたが、なしのものは糸引きで覆われ、劣化した材料が適切に押し出されなかったため、穴もできていました。
したがって、ワイプタワーの主な目的は、劣化した樹脂を除去し、安定した材料でプリントを再開できるようにすることです。
ある意味、Prusa のワイプタワーは、多様なフィラメントに対応するための保守的な方法です。
ただし、適切に対策すれば、タワーを省いても良好な結果を得られます。私の経験では、フィラメントを乾燥させればよいのです。
湿気が少ないほど、高温でのにじみや加水分解が減り、樹脂の性能を高温環境下で長く保てます。
PLA のスプールをフィラメント乾燥機に一晩入れ、翌日、XL でまったく同じ G コードを使ってプリントしました。違いは、乾いたフィラメントを使ったことだけです。
結果は素晴らしいものでした。イボイノシシのモデルは、ワイプタワーありのものと同じようにきれいで、26.5 g のフィラメントを節約し、9 時間のプリントを 50 分短縮できました。
ここから、次の重要なテーマであるプリント時間につながります。
プリント時間
ツールの交換には毎回時間がかかり、1 回のプリントに数百、数千回の交換が含まれることもあります。
Prusa XL では、ツール間の距離に応じて、1 回の交換に約 7～9 秒、さらにワイプタワーへのパージに 5 秒かかります。
色替え 1 回あたり、合計約 12～14 秒です。
一方、Bambu Lab X1 では、必要なパージ量によって、色替えに 1～3 分かかることがあります。
まずノズルを清掃し、フィラメントを切断して AMS まで引き戻し、最後に新しいフィラメントを送り込むためです。
最後の工程だけでも、プリントを再開するまでにさらに 20 秒かかります。
別の見方をすると、色替えが 500 回あり、1 回あたり平均 100 秒かかるなら、色の切り替えと廃材の排出だけで約 14 時間を費やすことになります。
驚くほどの時間です。マルチプレクシング方式でマルチカラープリントに時間がかかる理由が分かります。
XL では 1 回の交換が約 12 秒なので、同じ作業のツール交換は約 1.5 時間で済みます。
興味深いのは、造形物の大きさや個数にかかわらず、1 回のフィラメント交換にかかる時間は変わらないことです。
Bambu X1 のテスト部品は、1 個だけなら 213 分かかります。5 個まとめてプリントすると合計 266 分で、1 個あたりわずか 53 分、つまり 75% の時間短縮になります。
プレート全体を埋めれば、1 個あたり 27 分まで減らせ、全体で約 90% の削減になります。色替え回数は同じでも、その時間をより多くの部品に分散できるためです。
Prusa XL のようなツールチェンジャーでは、複数個をまとめてプリントする効果はそれほど大きくありません。
1 個なら 40 分、5 個なら 1 個あたり 23 分で、それ以上の時間短縮はあまりありません。
XL はツール交換が非常に速く、色替えに余分な時間をあまり使わないためです。
そのため、1 個だけのプリントでも比較的速く、単色とマルチカラーの時間差も小さくなります。
プリント品質
マルチマテリアルプリントの話に進む前に、これらの機種のプリント品質を簡単に見てみましょう。
初期の Prusa XL のレビューでは、積層ずれや糸引きがよく指摘され、最初の性能に不満を持つ人も多くいました。
幸い、過去 1 年で状況は大きく変わりました。XL の出荷開始時、Prusa は大型機には大きなノズルが必要だと考え、0.6 mm ノズルを採用していました。
最終的には、事実上の業界標準である 0.4 mm ノズルに戻しました。
私の XL は約 1 年前に届き、その時点で 0.4 mm ノズルが装着されていましたが、それでもいくつか問題がありました。品質管理が原因と思われるものもあり、ツールヘッドが故障し、開封時からベルトが非常に緩んでいました。
問題を直した後、弟の誕生日プレゼントとして、カラフルなカタンのセット全体を XL でプリントしようとしましたが、ワイプタワーを使っても小さな「羊」のモデルはうまく仕上がりませんでした。
そのため、その作業は Bambu X1 に戻して完成させました。
しかし、この 1 年で Prusa はファームウェアとスライサーのプロファイルを改善しました。そこで、お気に入りのカタンのタイルをもう一度プリントしてみると、驚くほどの違いがありました。
新しい造形物は細部がよく再現され、欠陥もほとんどありませんでした。
新しく乾燥したフィラメントを使い、ワイプタワーなしでも試しました。
それでも素晴らしい仕上がりです！大型モデルも、数百回のツール交換を経て、各層が正確にそろった見事な結果でした。
唯一の問題は、清掃を忘れたときに一部のノズルの位置が合わなくなったことです。
汚れを落として再キャリブレーションすると、すべて正常に戻りました。
初期ユーザーが遭遇した問題の多くは、解決されたようです。
私の考えでは、XL は今、市場でも最高水準のマルチマテリアルプリント品質を提供しています。比較するなら、Bambu Lab の機種で得られる品質と同等で、ときにはそれ以上です。
ここまでは主に、同じ材料の異なる色を使うマルチカラープリントについて話してきました。
しかし、Prusa XL のようなツールチェンジャーの大きな魅力は、色替えの速さだけでなく、マルチマテリアルプリント能力にもあります。
両者は何が違うのでしょうか？
PLA など同じ種類のフィラメントで複数の色をプリントする場合は、温度が同じで材料特性も似ているため、比較的簡単です。
これは装飾や外観を重視するプロジェクトに役立ちます。一方、マルチマテリアルでは、PLA の本体に柔軟な TPU のヒンジやガスケットを組み合わせたり、よりきれいに取り外せる別のサポート材料を使ったりします。AMS などのマルチプレクシング式プリンターは、特に柔軟材料を使うと、このあたりから難しくなります。
軟らかいフィラメントを長いチューブに通すと、詰まりが発生することがあります。Bambu Lab は最近、AMS 対応の TPU を発売しましたが、一般的な柔軟材料に比べるとかなり硬いものです。
さらに大きな問題もあります。PLA と PETG のように、相性の悪い材料の組み合わせです。PETG から PLA に切り替えた際に 1 層目が剥がれた経験があれば、この問題を目にしたことになります。両者は接着も融着もしません。
そのため、マルチプレクシング式プリンターでヘッド内の PETG を完全に取り除かなければ、残った PETG が混ざった部分で、PLA の層間接着や強度が大きく損なわれます。
ここで真価を発揮するのがツール交換方式です。
同じホットエンドで材料を切り替えないため、残留材料の混入がなく、大量のパージも不要です。
つまり、PLA の造形物に純粋な PETG のサポートを使い、簡単に剥がして、非常にきれいな底面を得られます。
この場合の課題は、むしろベッド温度にあります。材料ごとに適した造形面や温度が異なるためです。
2 種類の材料を適切に接着させるのは難しく、正直なところ、これが最大の課題でもあります。
それでも、マルチマテリアルプリントはツール交換方式が得意とする分野です。
私はこれまで、IGUS DryLin ベアリングを組み込んだローラー、発泡 TPU の緩衝パッド付きフック、TPU を関節に使った可動式の PLA の手をプリントしました。こうしたものは AMS 構成では実用的とはいえません。
ただし、ツール交換方式にも問題がないわけではありません。例えば、PLA 部品のサポート接触面だけに PETG を使おうとすると、PETG が PLA に接着しない問題が起きました。
また、PLA 向けの温度でプリントすると、ベッド上の PETG が剥がれることがあります。材料の組み合わせごとに工程を調整する必要はあります。
それでも、正しく扱えば、印象的な造形物を作れます。
Prusa XL は標準では密閉型ではないことも覚えておきましょう。PLA、PETG、TPU など、造形室の温度を高める必要のない材料に適しています。
Prusa は PCBlend も提供しています。私は機能部品のプリントに気に入って使っています。エンクロージャーなしでプリントできるよう設計されていますが、それでもチャンバー温度を高めるメリットはあります。
XL 用エンクロージャーも販売されていますが、ABS、ASA、ナイロン、ポリカーボネートだけを主に使うなら、Bambu Lab X1 や P1S のような小型の密閉型プリンターの方が、標準状態でより強い部品を作れるかもしれません。ただし、単一材料モードに限ります。
ここで費用が大きな要素になります。
XL のエンクロージャーだけで 649 米ドルかかり、AMS 付きの Bambu Lab P1S に近い価格です。
購入機種を決めるのは、機能やパージ廃材の量だけでなく、予算でもあるのです。
結論
私の経験では、フル機能の Prusa XL と Bambu Lab X1 Carbon を並べると、Bambu にはできて XL にはできないことは、ほとんどありません。
Bambu の最大の利点は、速度がやや速いことと、最大 4 台の AMS を接続して 16 色を使えることです。
また、X1 は標準で密閉型なので、高温材料でのプリントが容易です。
そのほか、プリント品質は非常に高く、大型のプリントプレートも便利です。タイル状の加熱システムは複雑ですが、小さな造形物でも効率を維持できます。
私にとって、Prusa XL は業務用のプリンターです。
シングルヘッド版は 2,000 米ドルからで、後からツールを追加できます。
組み立て済みの 5 ヘッド版は約 4,000 米ドルで、エンクロージャーや乾燥ボックスを加えると、合計は 5,000 米ドルに達します。
そのため、十分な予算があるか、導入する明確な理由が必要です。
例えば、PLA、PETG、TPU を使って、1 つの部品に複数の材料を組み合わせる用途です。
あるいは、時間が収益に直結するプロフェッショナルなら、XL のツール交換機能によって、複数ツールを使う部品のプリント時間を大幅に削減できます。
最後に、Prusa の機器は EU 内で製造されています。サポートが充実し、データの安全性を明確に重視している点も、大きな価値になるかもしれません。
クラウドの利用を強制しないことは、プライバシーを重視する方や企業にとって重要でしょう。
個人的には XL を気に入って使っています。ほとんど調整せずに使い始められ、PrusaSlicer による強力なエコシステムがあり、多数のファームウェアとプロファイルの更新を経て、素晴らしい結果が得られるようになりました。
また、すでに Prusa プリンターを持っているなら、MMU3 もついに使いやすくなり、5 色プリントが可能になったと聞いています。ただし、私自身はまだ試していません。
今、本当に幅広い選択肢があるのは素晴らしいことです。今回の比較が、各システムの違いや、自分のプロジェクトに適したものを理解する助けになれば幸いです。
ツール交換方式は間違いなく最も効率的ですが、複雑さと費用が増します。そのため XL は高価で、競合も少ないのです。
本格的なマルチマテリアル機能や時間短縮を活かせるなら、優れた選択肢です。
そうでなければ、マルチプレクシング方式で十分かもしれません。
確かに AMS を使うプリンターは時間がかかり、材料の無駄も増えます。しかし、XL の追加費用を正当化できるほど多くプリントする人は、実際どのくらいいるでしょうか。
材料の無駄が本当に気になるなら、マルチカラー 3D プリント自体が最適な選択ではないかもしれません。
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