3D印刷入門

FDM 3Dプリントとは何ですか？

溶融堆積造形（FDM）は、世界中の家庭で最も広く使われている3Dプリントの形式です。このプロセスは、溶かした熱可塑性材料を層ごとに押し出し、次の層を追加する前に各層を冷却して固化させることを含みます。

FDMは付加製造法であり、CNCフライス加工のような削り出し工程とは対極にあります。固いブロックから切り出す代わりに、FDMは部品自体に必要な材料のみを使用します（オーバーハング用のサポート構造を除く）。これらのサポートは印刷後に取り外され廃棄されます。

FDMプリントの特異性は主に3つの主要な領域にあります：使用される材料、3DモデルをGコード指示に変換するスライスソフトウェア、そして押出システムです。モーターや制御ボードのような他のコンポーネントはFDMに固有のものではなく、多くのデジタル工作手法で共通しています。

FDMプリントの利点

FDMプリントは、最も手頃で入手しやすい3Dプリント手法の一つと考えられています。SLAやレジン印刷などの他の技術と比較して、機械や材料のコストがより経済的です。近年レジンプリンターの価格は下がっていますが、一般的にビルドボリュームは小さく、消耗品が高価で、ユーザーフレンドリーとは言い難い場合が多いです。

FDMで利用できる材料のバリエーションは広範です。柔軟フィラメント、カーボンファイバー配合、ナイロン、ポリカーボネート、UV耐性や耐候性材料などのオプションがあります。多くの高温材も入手可能ですが、これらはしばしば密閉された積極的に加熱された環境を必要とします。市場には何百種類ものフィラメントがあり、強度、柔軟性、耐熱性など各々が独自の特性を持つため、プリンターが対応する押出機とホットエンドを備えていれば、ほぼあらゆる用途に適した材料を見つけることが可能です。

レジンベースの印刷プロセスと比較して、FDMはよりクリーンで使いやすいことも多いです。毒性のある化学物質の取り扱いを避け、通常は後処理が少なくて済みます。これにより、FDMは初心者に優しい選択肢であり、カジュアルや家庭での使用に適しています。

FDMプリントにおける軸の動きの理解

FDM 3Dプリントでは、軸の向きは幾何学や一般的な機械工学の背景を持つ人には馴染みがない場合があります。X軸はツールを左右に移動させ、Y軸は前後に移動させ、Z軸は垂直方向の移動を制御します。一見直感に反するように思えるかもしれませんが、この命名規則は3Dプリントコミュニティでは標準です。

最も一般的な軸構成はカルテシアン（直交）とCoreXY設計に基づいています。カルテシアンプリンターは各軸がそれぞれ専用のステッピングモーターによって独立して制御されます。通常、ビルドプレートはY方向に動き、ホットエンドはX方向に動きます。キャリッジ全体がZ方向に移動します。これらのプリンターはしばしば「ベッドスリンガー」と呼ばれます。

「ベッドスリンガー」プリンターの俯瞰図

Ender 5シリーズのように、カルテシアン方式のモーター動作を採用しながらビルドプレートが垂直に移動する機種もあります。これらは単純化のために「ガントリースタイル」のプリンターに分類されることが多いです。一般に、ベッドがZ軸方向に垂直移動するプリンターはガントリースタイルとみなされ、ベッドがY軸方向に前後に動くものはカルテシアンスタイル、あるいはより通俗的に「ベッドスリンガー」と見なされます。

CoreXY機はX軸とY軸が二つのステッピングモーターによって駆動されるベルトシステムを介して同期される点が異なります。これにより、より滑らかな動き、Z方向の揺れの低減、特に高速印刷時の安定性向上が可能になります。これらの利点からCoreXYプリンターは人気が高まっており、Bambu LabのX1やP1シリーズのようなモデルにも採用されています。

A1やA1 Miniのようなプリンターは引き続きカルテシアンスタイルの構成を採用しており、「ベッドスリンガー」として知られています。

デルタプリンターはまったく異なる原理で動作し、三角形に配置された三つのアームを使ってエクストルーダーをプリントベッド上に位置決めします。高速印刷や優れた品質を提供できる一方で、より背の高いフレームを必要とし、カルテシアンやCoreXYの代替機と比べてコンパクトさに欠けます。これらの機械はスペースや設置要件のために使用頻度は低いですが、非常に良好な結果を出すことが可能です。

エクストルーダーの種類：ダイレクト対ボーデン

FDMプリンターはダイレクトドライブ式またはボーデン式のいずれかのエクストルーダーを使用します。ダイレクトドライブエクストルーダーは、プリントヘッドに取り付けられたモーターからフィラメントを直接ホットエンドに供給します。対照的に、ボーデンエクストルーダーはリモートモーターでフィラメントをPTFEチューブを通してホットエンドに押し込みます。

ボーデンシステムはプリントヘッドの重量を軽減し、より高速な動きを可能にします。ただし、TPU（柔軟フィラメント）などの材料には苦戦することがあり、糸引きを避けるためにリトラクション設定の精密な調整を必要とすることが多いです。ダイレクトエクストルーダーはより高い精度、柔軟材料の扱いやすさ、そして一般的に優れた押出制御を提供します。

振動補償のような最近の業界の進歩により、ダイレクトドライブシステムの重量による不利はあまり重要でなくなってきました。その結果、より多くのメーカーが手頃な価格のダイレクトドライブモデルを提供するようになり、ボーデン構成は少なくなりつつあります。

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