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3Dプリンター講座 Vol.2 出力形式の種類とは?

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3Dプリンターの出力形式の種類とは?
前回の講座では3Dプリンターのレベルというか、クラス分けをしました。 今回は、出力形式をご紹介したします。
と、言いましても・・・
チョット調べただけで、新情報がどんどん出てくるこの業界!! その全てをご紹介出来るはずもなく、ここではザッと触りだけ・・・。

    1. 切削加工方式
    2. 光造形方式
    3. 粉末焼結方式
    4. 熱溶解方式
    5. 粉末接着方式

切削加工方式

工業機械の歴史は旋盤から始まる!!

17世紀に登場した旋盤は切る、曲げる、穴をあける、削るなどの一連の作業が出来る機械の総称です。 コンピュータが導入されてNCマシンに進化しました。 従来の金属歯の代わりに、レーザーを使用したものも値段が下がってきましたねぇ。 ご家庭用のホビーマシンも登場してきたようです。

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光造形方式

紫外線硬化樹脂のプールにレーザーを当て部分硬化させて造形する方式です。 1970年代後半に印刷の版を作る技術として開発されました。 硬化させる紫外線レーザーは、その性格上微細にピンポイントで照射することができるので、大変綺麗な造形が特徴です。

メリット

      • 表面の仕上がりがとてもきれい
      • 複雑な造形も一体成型可能

デメリット

    • とても高価
    • 強度が弱い
    • 紫外線劣化があるのでお日様に弱い

最近は10万以内の商品の発表も数回行われていますが、年内発売はどうかなぁ・・・。 造形物が小さく、材料である紫外線硬化樹脂も非常に高価です。

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粉末焼結方式

素材の粉が入ったプールにレーザーを照射し、部分的に溶かして造形していく方法。 上記の光造形が液体のプールに紫外線レーザーを照射して造形するのに対して、粉末焼結方式は素材の粉を熱で溶かして固める方法。 使われる素材はアクリル、合成ゴム、ステンレス。ジルコン、シリカなど多岐にわたります。 造形作業が行われるボックス内には窒素ガスが充填され高出力炭素レーザーで焼結されます。

メリット

        • 材料が豊富
        • 複雑高度な造形が可能
        • 素材選択により柔軟な強度と耐久性が選択可能
        • 精度が高い
        • 鋳造用の型を作ってしまう強力さ!!

デメリット

      • 本体価格がとても高価
      • 工業機種しかない
      • 表面がザラザラ

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熱溶解方式

ご家庭用に市販され始めた入手しやすいタイプです。 フィラメントと呼ばれる針金状の材料素材を溶かして一筆書きの要領で積層していきます。 機種も選択幅がおおく5年もしないうちに年賀状用プリンターのように普及するかもしれません。

使用されるフィラメント(材料素材)も木風、テラコッタ風、ゴムっぽいもの等様々なものが出てきています。

数万~数十万の市販ご家庭用の機種は二種類の素材選択が主流のようです。

      • ABS樹脂 ABS樹脂は粘着性があり、強度があるのが特徴です。 ABS樹脂は、サンドペーパーや紙やすりなどもかけやすく、プラスチック用の塗料(ラッカー系、シンナー系、アクリル系)で塗装が可能です。 高温で溶かしたABS樹脂は冷めてくると収縮してしまう性質があります。そのため、大きい形状のものは作成途中で歪みが生じやすく、精度の高い造形には不向きです。
    • PLA

      PLA樹脂は植物性由来の樹脂で、そのため3Dプリンタで出力しても樹脂のにおいが気になりません。ABS樹脂とは違い、低い温度で溶けるので冷えることでの歪みが発生しないのでABSより精度の高い造形が可能です。 PLA樹脂の短所は弾力がなく、固いころです。

      研磨などの加工作業に向きません。 ヤスリをかけた部分は白くなります。 塗料もうまく馴染みません。 また、造形する際の温度が低いため、造形物自体が熱に弱く、夏の車の中では(試していませんが)溶けるかも・・・

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フィラメントのカートリッジ方式を採用しててる機種には要注意が必要です。 専用カートリッジは、機種にベストマッチした設定になっていますので、クオリティーの高い出力が可能です。 しかし、専用カートリッジは値段が高く、本体を安く販売して普及した後にフィラメントで利益を確保するマーケテイング手法が批判されている事も事実です。

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安価な組み立てキットやリップラッププロジェクトを利用した機種です、設定項目が多いので、新しく出たフィラメント(素材)を試すことができます。 日進月歩の3Dプリンター業界はうれしい限りですが、その反面トライ&エラーが要求されます。 そこが楽しい時間なのですが…。


粉末接着方式

石膏にインクジェットプリンター(糊が混ぜてある)で一層ずつ印刷し、造形していく方式です。 最初からフルカラー印刷ができる優れものです。 プリントアウト直後は強度が弱く、専用の固着剤を使い固めます。 この固着剤で固める作業は慣れが必要な職人技です。 材料の石膏は安価なのですが、専用の固着剤が非常に高価です。

TVやNETで色つきの3Dモデルをザックリとプリントアウトしている動画や写真がありますが、多くがこれです。

本体は数100万前後といわれていますが、2014年に特許と関連特許のいくつかが期限を迎えるので、来年あたりから安い機種が出てくるかもしれません。

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