【3Dプリンティングの知識】初心者向けガイド：5つの一般的な3Dプリンティング技術の比較と原理（2021年9月更新）

【3Dプリンティングの知識】初心者向けガイド：5つの一般的な3Dプリンティング技術の比較と原理（2021年9月更新）

金型製作と比較して、 3Dプリントにおける内製化はコストを大幅に削減し、より柔軟で迅速な試作を可能にします。現在、最も一般的に使用されている3Dプリント技術は、 FDM （熱溶解積層法）、 SLA / DLP / LCD （光重合法）、 SLS （レーザー粉末焼結法）の3つです。さらに、 MJF （マルチジェットフュージョン）やPolyjet （カラーインクジェット）といったより高度な技術など、新しいタイプの3Dプリントも登場しています。初心者の方もご安心ください。分かりやすく丁寧にご説明いたしますので、お気軽にお問い合わせください。

まず、2 つの主な原則を理解します。

I. 構築とモデリング

すべての3Dプリント技術に共通する原理は、3D CADモデルを水平方向に個々の断面に切断し、それらを順次積み重ねて立体形状を形成するというものです。しかし、 FDM 、 LCD 、 SLSの各技術は根本的に異なるため、以下で詳しく説明します。

II. 支持構造

3Dプリント技術は、成形プロセスにおいて重力の影響を考慮する必要があります。空中に浮かぶ物体を想像してみてください。物体は落下します。そのため、 3Dプリントされた材料が吊り下げられた構造物に遭遇した場合、吊り下げられた構造物を形成し、成形中に材料が落下するのを防ぐための補助材料が必要になります。この構造物は通常、サポート材と呼ばれ、その用途と材料は印刷方法によって異なります。SLS（レーザー粉末焼結）技術では通常、このサポート材は必要ありません。これについては後述します。

（画像は、ホットメルトスタッキング（左）と光重合（右）という2つの異なる3Dプリント技術のサポート構造と本体の概略図を示しています。オブジェクトの本体は電動ドリルのシェルです。）

III. 3つの3Dプリント技術:

（I）FDM（熱溶解積層法）技術とその応用

FDM（フィルム誘導体製造）は、最も一般的な3Dプリント技術（またはFFF ）です。3Dプリント材料は通常、スプールに巻かれた熱可塑性ポリマーで、一般的にフィラメントと呼ばれます。フィラメントの幅は標準で1.75mmまたは3mm（または2.85mm）で、加熱されたノズルから押し出されます。加熱されたノズルは可動ロッドに取り付けられており、押し出された材料をプリント領域内で層ごとに積み重ね、冷却してプラットフォーム上で固め、オブジェクトを完成させます。3DMは、 Ultimaker 、 BCN3D 、 Prusa 、 SnapmakerなどのブランドでFDMホットメルトスタッキング3Dプリンターを提供しています。

( FDM 3D プリンターは、ホットメルト材料を使用して積み重ね、印刷プロセスを形成します。 )

FDMは一般的にオフィス環境に適しており、操作と保守が簡単で、化学薬品による後処理が不要です。使用可能な原材料は多様で、比較的安価で、使いやすく、長期間保管できます。 FDM技術ではサポート構造が必要になる場合がありますが、CAD モデリングと設計を検討することで効果的に合理化できます。市場には、最も初期のシングルヘッドと最新のデュアルヘッドの 2 つの主要なタイプのプリントヘッドがあります。デュアルプリントヘッドを使用すると、1 回の印刷で 2 つの材料を同時に適用できます。2 つの異なる種類の互換性のある材料 (例: 可溶性水性PVAサポート材料) を使用すると、ラッチや回転などの機械機能を備えた製品を直接印刷できます。また、剥離可能な材料を使用すると、製品の表面がより滑らかになり、質感が高く、後処理が削減されます。

(画像は、AquaSys 水溶性サポートフィラメントと組み合わせたUltimaker 3D プリンターを示しており、 3D プリントされたオブジェクトの内部サポートを提供します。)

(産業用途では、 FDMタイプのホットメルトスタッキング 3D プリンターは通常、組み合わせて使用され、部品、コンポーネント、または製品の反復を同時に印刷します。)

。アドバンテージ：

• 操作とメンテナンスが簡単です。 • 他の3Dプリント方法と比較して比較的安価です。 • 環境を清潔に保ちやすく、追加の化学薬品は不要です。 • 装置はデスクトップに収まるほど小型です。 • プロセス全体が装置内で行われるため、追加の機器は必要ありません。 • 様々な材料に対応し、エンジニアリングされた機能を備えています。 • 装置の価格が比較的低いため、製品の納期を短縮できます。

（水溶性PVAサポート材を使用したUltimakerでは、完全に可動式の構造体も印刷可能です。背景の画像は、サポート材が溶解する前の3Dプリント完成品です。）

欠点:

表面には通常、テクスチャ加工された重なり合う模様があります。印刷品質は完成品の物理的強度に影響します。

( FDM 3D プリントによる細かいレイヤーテクスチャ。)

FDM ホットメルトスタッキング 3D プリンターはここでご購入ください。

（II） SLA / DLP / LCD光重合技術とその応用

光重合技術は、液状樹脂を原料として用います。樹脂を樹脂タンクに注ぎ、その中に印刷プラットフォームを浸漬します。次に、発光パネルまたはレーザーUVからの光線を印刷プラットフォームに照射し、樹脂を硬化・固化させます。プラットフォームを樹脂タンクから上昇させ、層を積み重ねて最終製品を形成します。この技術は、SLA（レーザー）、DLP（プロジェクター）、LCD（液晶パネル）などと呼ばれることがよくありますが、基本的な原理はほぼ同じです。工業的な精度という点では、SLAはDLPやLCDよりも高く、価格もはるかに高くなります。LCD技術は最も手頃な価格で、約NT$8,000です。

UV硬化は、複雑な部品や細部までこだわったジュエリーデザインに適しています。ほとんどの場合、支持構造が必要で、換気の良い小規模スタジオや技術実験室で使用できます。後処理はFDMよりも複雑で、通常はアルコールによる洗浄が必要で、必要に応じて硬化プロセスを強化するために追加のUV硬化が必要です。樹脂原料はやや刺激臭があり、可燃性で、保存期間が短いです。新旧の樹脂を混ぜることはできず、材料価格は他の2つの技術よりも比較的高価です。しかし、UV硬化製品は表面仕上げが最も滑らかであるため、繊細な形状や小型部品の試作に適しています。

( Phrozenフォトポリマー3Dプリンターを使用して完成後、まだ印刷プラットフォームから取り外されていない完成品。)

。アドバンテージ：

複雑な形状や微細な表面を持つ部品に適しています。仕上がりは滑らかで、堆積物も最小限に抑えられます。最適なディテールを実現できるため、小型部品に最適です。装置は密閉型で一体化されており、操作も簡単です。様々な特性を持つ材料に印刷できます。

( SLA テクノロジーを採用した DWS 3D プリンターを使用して組み立てられた装甲ロボットは、多数のディテールと滑らかな表面を誇ります。)

欠点:

原材料は化学的に刺激性または刺激臭を放つことが多く、可燃性です。後処理にはアルコールの追加使用が必要になる場合が多くあります。材料は粘着性があるため、環境の清潔さには細心の注意が必要です。通常、支持構造が必要であり、後処理には時間がかかります。他の2つの技術と比較して、印刷可能な体積は比較的小さく、完成品の堅牢性は一般的に他の2つの技術よりも低くなります。中空設計の部品には、未硬化の樹脂を流出させるための小さな穴が必要です。

UV硬化3Dプリンターはこちらからご購入いただけます。

SanDiMa は主に、 Phrozen 、 Anycubic 、 Prusa 、 Flashforgeなどのブランドでフォトポリマー 3D プリンターを提供しています。

（III） SLS （レーザー粉末焼結）技術とその応用

SLS技術は、粉末状のポリマーを3Dプリントの原料として使用します。粉末を機械に流し込み、印刷領域全体に薄い粉末層を前後に広げます。次に、レーザー光で材料を溶融し、わずかな高さ調整で印刷を完了します。粉末印刷材料が内部空間全体を満たすため、成形プロセスを補助する支持構造は必要ありません（印刷前は全体が緻密な粉末であるため、中空材料が脱落する問題はありません）。未使用の粉末は専用装置でふるい分けされ、新しい粉末と混合して再利用できます。

SLS技術は、複雑な構造、高い可動性、そして多数の吊り下げディテールを備えたデザインに適しています。完成品はマット仕上げで、テクスチャの重なり合いが少なくなっています。初期設定とメンテナンスの面では、 SLSは3つの3Dプリント技術の中で最も高価であり、使用する装置も前述のFFF技術やLCD技術に比べて比較的複雑で扱いにくいです。粉末の無駄を避けるため、 3Dプリントを行うたびに、機械の内部印刷容積全体を使用することをお勧めします。

（スタッフがSinterit印刷後の余剰粉末を処理しています。）

。アドバンテージ

完成品は、マットで繊細な質感に仕上げられており、木目は最小限に抑えられています。パーツは高い可動性と機械的強度を備えています。
印刷中に支持構造や材料は必要ありません。一部の材料は耐熱性と耐薬品性を備えています。完成品は、他の2つの技術で製造されたものよりも一般的に堅牢です。

( SLS技術は複雑な機械構造の作成に適しており、1 回の 3D プリントで一体型に形成できます。)

.欠点

装置は比較的大型です。後処理時には、粉塵吸入防止のためマスクを着用する必要があります。材質の種類や色の選択肢が限られています。装置と材料は比較的高価であり、操作とメンテナンスには初期トレーニングが必要です。後処理と粉末のリサイクルが必要です。

SLS 粉末焼結 3D プリンターをここで購入してください。

IV. 要点のまとめ

FDM（熱溶解積層法）技術は、最も一般的で費用対効果の高い選択肢です。小型で操作が簡単なため、中小企業でもすぐに習得でき、後処理や廃棄物処理も最小限で済みます。広く使用されているため、関連リソースや教育的な議論も数多く存在します。しかし、開発が比較的容易であるため、市場には品質の異なるブランドが溢れており、購入時には慎重な比較検討が必要です。

SLA (シリコンラミネーション) テクノロジーは、複雑なディテールを備えた小さな物体、フィギュア、成形品、ジュエリーなどを印刷するのに最適です。完成品は表面が滑らかで、複雑なテクスチャを表現でき、他の 2 つのテクノロジーに比べて物理的および機械的なストレスが少なくなります。

SLSレーザー粉末焼結法は、優れた機械的特性と機能的特性を備え、工業用試作用途に重点を置いています。マット仕上げで、サポートを必要とせず、完成品は比較的堅牢で耐久性に優れています。ただし、操作が比較的難しく、粉末を除去するにはマスクの着用が必要です。

3つの技術はそれぞれ独自の長所を持ち、優劣はありません。適切に設計されていれば、いずれも可動構造や柔軟な材料を3Dプリントできます。これらのデスクトップ3Dプリンターは、企業内でのラピッドプロトタイピングに最適なサイズで、開発期間とコストを効果的に削減します。

V. 高度なテクニック

上記の基本概念を踏まえて、光重合法とSLS粉末焼結法の動作原理を理解していただけたかと思います。近年、この2つの技術は、 PolyJet（カラーインクジェット）とMJF（マルチジェット溶融）という新たな3Dプリント技術を生み出しています。

ポリジェット（カラーインクジェット）
PolyJetは、樹脂を直接インクジェットとして利用し、光硬化成形原理を採用しています。インクジェットは、噴射後すぐに光にさらすことで硬化し、層ごとに硬化することで3Dプリントを完成させます。インクジェットプリントは複数の色を混色できるため、フルカラー3Dプリントや材質シミュレーションが可能で、樹脂本来の透明性と組み合わせることで、ガラスやアクリルなどの外観や質感を再現できます。

(新しいStratasys 3D プリンターは、インクジェット印刷と光重合を行う PolyJet テクノロジーを搭載した高速回転印刷プラットフォームを備えており、高速硬化のフルカラー結果を実現します。)

さらなる技術進歩により、 PolyJetはパントンカラー見本に基づいて最大50万通りの色の組み合わせを作成できるだけでなく、最大5種類の樹脂に同時に印刷し、印刷物の硬度を調整できるようになりました。これにより、PolyJet技術は、フルカラー効果を一度の印刷で直接実現できるため、設計、開発、そして製品交換における新たな選択肢となります。

(回路基板の内部からタッチスクリーンのシミュレーション、メッシュケースからプラスチックベースまで、すべてStratasys PolyJet フルカラー3D 印刷テクノロジーを使用して完成させることができるため、サンプルがページから飛び出してすぐに手に入ります。)

PolyJetテクノロジーは、大手3DプリンターメーカーであるStratasys社が主に開発し、現在では100万台を超える産業用機械に採用されています。また、当社は3DプリンターのOEMサービスも提供しており、お客様のコスト削減と生産性向上に貢献いたします。

Stratasys J55 UV 硬化 3D プリンターはここで購入できます。

関連コンテンツ
PolyJet フルカラー印刷: お客様にとって素晴らしい新サービス!

MJF（マルチジェット溶融）
SLS粉末印刷の一体型可動構造とサポートフリーの性質は驚くべき特徴ですが、粉末3D印刷を行う方法は1つではありません。HPのMJF（Multi Jet Fusion）テクノロジーは、別の形式の粉末印刷です。印刷プラットフォーム上に粉末を平らに置いた後、成形エリアに溶剤を噴霧し、非成形エリアには焼結を防ぐために微粒子剤を噴霧します。次に、赤外線を使用してエリアを照射すると、溶剤が噴霧された部分が熱を吸収して溶けて形状を形成し、これを層ごとに連続的に繰り返すことで3D印刷が完成します。

MJFの非成形部に使用される微細溶剤は、3Dプリントの特徴や鋭いエッジを強調するのに役立ち、ギアの鋭く突き出たエッジなど、複雑な構造の作成に適しており、正確なレンダリングも可能です。MJFの完成品は通常黒色ですが、これは濃い溶剤が熱をより効果的に吸収するためです。他の技術と比較して、現時点ではより柔らかい溶剤の選択肢が少ないため、 SLSとMJFの違いをより深く理解する必要があります。

関連コンテンツ
結果を決定づける主な要因は 3 つあります: レーザー焼結とマルチジェット溶融。

私たちは3Dプリンティングの認知度向上を目指し、関連知識の共有に努めていきます。自社製品の製造でもOEM生産でも、この技術を理解することで最適な選択が可能になります。関連コンテンツにご興味をお持ちの方は、他の記事もご覧ください。また、 Facebookページをフォローして、最新ニュースや最新情報を入手し、最新技術の最新情報をお届けします。

私たちのファンページをフォローして、メッセージを見逃さないでください: https://www.facebook.com/3dmart.com.tw/

カート

オプションを選択