ものづくりを広げるFDM/FFF 3Dプリンター
3Dプリンターの中でもFDM（Fused Deposition Modeling）やFFF（Fused Filament Fabrication）方式の3Dプリンターは、初心者から上級者まで幅広く使われています。企業の研究開発チームからデジタルファブリケーション教育の現場、個人の設計者やエンジニア、さらに趣味まで、その特長や概要、各機種別のおすすめなどの選び方をご紹介します。
FDM/FFF 3Dプリンターとは？概要と歴史
FDM/FFF 3Dプリンターとは、フィラメントといわれる糸状の熱可塑性樹脂を積層して立体物を作成する方式の3Dプリンターです。1980年代にアメリカで開発され、その後技術が進化し続けています。FDM/FFF方式は、他の3Dプリント技術に比べて低コストで手軽にデジタルデータから立体物を作成することが可能です。
FDM/FFF方式の基本と特長
FDM/FFF 3Dプリンターの基本的な特長として、使いやすさ、低コスト、そして材料の多様性があります。様々な材料が利用できるため、プロトタイプや製品の試作、教育用途、趣味のものづくりなど、多岐にわたる用途に適応することができます。
FDM/FFF方式の原理と仕組み
FDM/FFFの仕組み
FDM/FFF方式の3Dプリンターは、熱で溶かした熱可塑性樹脂（フィラメント）を積層して立体物を作成する方法です。フィラメントは、プリントヘッドから細い線状に押し出され、次第に冷却・硬化して形状が固定されます。このプロセスを繰り返し、デジタルデータに基づいて立体物が作られる仕組みです。
FDM/FFF方式と他の3Dプリント技術との違い
| 技術 | FDM/FFF | 光造形 | レーザー焼結 | インクジェット |
|---|---|---|---|---|
| 原理 | 熱可塑性フィラメントを溶かして積層 | UV硬化レジンに光をあてて硬化させて積層 | パウダーをレーザーで焼結して積層 | UV硬化性樹脂をインクジェットで吹き付け紫外線で硬化して積層 |
| 設備コスト | 低～中 | 低～中 | 高 | 高 |
| 材料コスト | 低～中 | 低～高 | 中～高 | 中～高 |
| 材料の種類 | フィラメント 幅広い種類 | UVレジン 幅広い種類 | 限定的（ナイロン、TPUなど） | 基本は1種 フルカラー表現が可能 |
| サポート材の必要性 | あり サポート専用材あり | あり | なし | あり サポート専用材あり |
| 特長 | 手軽 積層跡がのこる | 高精細・滑らかな造形 | 高強度＆高精度 | フルカラー造形ができる |
| 適用分野 | プロトタイピング、教育、趣味、パーツ部品など | 高精度なプロトタイピング、歯科、ジュエリー、フィギュア、模型、パーツなど | 小ロット量産 | カラフルな立体物、建築模型、美術 |
FDM/FFF3Dプリンターのメリット・デメリット
FDM/FFF方式の3Dプリンターは、ものづくりにおいて様々な利点がありますが、同時にいくつかの欠点も存在します。
FDM/FFF方式のメリット
低コスト
FDM/FFF方式の3Dプリンターは、他の3Dプリント技術に比べて設備コストや材料コストが低いです。
使いやすさ
FDM/FFF方式は操作が簡単で、またノズル周りのメンテナンスが中心で簡単です。
材料の多様性
FDM/FFF方式では、PLA、ABS、PETG、TPUなどさまざまな熱可塑性フィラメントが使用できます。
FDM/FFF方式のデメリット
反り
FDM/FFF方式では、材料が冷却される際に収縮が生じることがあり、部品の反りが発生することがあります。これは、特に大型の部品やABSを使用する際に顕著です。
精度の制約
FFDM/FFF方式は、他の3Dプリント技術に比べて反りや積層の関係で精度が出にくい傾向があります。
積層跡
FDM/FFF方式で作成された部品には、積層されたフィラメントの跡が残ります。。
FDM/FFF方式の主な価格帯と値段別の特長
FDM/FFF方式の3Dプリンターは、価格帯によって特長や機能が異なります。ここでは、主な価格帯とその特長について説明します。
安い低価格帯：10万円以下 手軽でPLAオンリー
安い低価格帯の特長
低価格帯の3Dプリンターは、10万円以下の手頃な価格で購入できるため、3Dプリントを始める際の敷居が低くなります。また、基本的な機能が備わっており、簡単な造形が可能です。
安い低価格帯のできること
低価格帯の3Dプリンターでは、主にPLAフィラメントを使用して、簡単なプロトタイプやデザインの試作が可能です。大まかな形状を素早く作りたいときに重宝します。また教育用の入門としても最適です。
安い低価格帯の注意点
低価格帯の3Dプリンターは、基本的な機能に限定されているため、高度な機能や材料には対応していません。また、精度や耐久性が高価格帯の3Dプリンターに比べて劣る場合があります。さらに、安価な機種ではサポートやアフターサービスが十分でないことがあるため、自己責任でのメンテナンスやトラブル対応が求められることがあります。
中価格帯・業務用:30万円～100万円 高い安定性と幅広い用途
中価格帯のFDM/FFF 3Dプリンターは、企業の研究開発チームや教育機関での研究開発、個人の設計者やエンジニアに適した機種が揃っています。
中価格帯・業務用の特長
中価格帯の3Dプリンターは、高い安定性と精度が特徴です。また、より多くの材料に対応し、高度な機能や拡張性があります。さらに、サポートやアフターサービスが充実していることが多いです。
中価格帯・業務用のできること
中価格帯の3Dプリンターでは、PLAやABS、PETGなどの一般的なフィラメント材料に加え、ポリカーボネート（PC）、ナイロン（PA）、ポリプロピレン（PP）などのエンジニアリング系素材も使用可能です。これにより、より耐久性のある部品や機能性の高いプロトタイプを作成することができます。
中価格帯・業務用の注意点
中価格帯の3Dプリンターは、低価格帯に比べてコストが高くなるため、予算が限られている場合は検討が必要です。また、定期的に適切な操作やメンテナンスを行わないと、造形品質が低下することがあります。
高価格帯・業務用:100万円以上 高い安定性と大型造形など
高価格帯・業務用の特長
高価格帯の3Dプリンターは、優れた安定性と精度を持っており、さらに大型造形が可能です。これらの機種は通常、幅広い材料に対応し、高度な機能や自動化が搭載されています。また、専門的なサポートやアフターサービスが提供されることが一般的です。
高価格帯・業務用のできること
高価格帯の3Dプリンターでは、一般的なフィラメント材料やエンジニアリング系素材に加え、繊維強化系や特殊系の材料も使用できます。大型造形が可能なため、大きなプロトタイプや製品を作成することができます。また、自動化機能により、効率的なプリントが可能です。
高価格帯・業務用の注意点
高価格帯の3Dプリンターは、機種によってはそれに伴う保守料などの高いコストがかかる場合があります。予算が限られている場合は事前に見積もりを取得するなどが必要です。また、機器の操作やメンテナンスに関しては専門的な知識が求められることがあります。
FDM/FFF 3Dプリンターのフィラメント材料
FDM/FFF 3Dプリンターでは、さまざまなフィラメント材料が使用できます。それぞれの材料は、特定の特性や用途に適しています。
フィラメント材料とは？本物の熱可塑性樹脂が使える
フィラメント材料は、熱可塑性樹脂を線状に押し出したもので、3Dプリンターで造形物を作成する際に使用されます。
汎用プラスチック
汎用プラスチックは、最も多く利用される3Dプリント用材料です。PLAが最もプリントしやすく、ABSは強度があり、PETGは耐水性があります。
エンジニアリング系
エンジニアリング系の材料は、ポリカーボネート（PC）、ナイロン（PA）、ポリプロピレン（PP）など耐久性や耐熱性が求められるプロジェクトに適しています。
柔軟性・フレキシブル系
柔軟性やフレキシブル性が求められる用途に適した材料としてTPU、TPE、PVATなどがあります。ゴムのような特性を持っています。
繊維強化系
繊維強化系の材料は、カーボンファイバー配合、ガラス繊維配合など強度や剛性が必要なアプリケーションに適しています。
スーパーエンプラ系
スーパーエンプラ系の材料は、高い耐熱性や耐化学性を持っており、特殊な用途に適しています。
特殊系
特殊系の材料は、木質、金属配合、鋳造用などの特殊材料独特の外観や特性を持ち、特別な用途に対応できます。
サポート材専用
サポート材専用のフィラメントは、複雑な形状の造形物を支えるために使用され、後で簡単に取り除くことができます。
FDM/FFF方式の3Dプリンターを活用する用途と事例
FDM/FFF 3Dプリンターは、幅広い用途で活用されており、多くの業界や分野で効果を発揮しています。以下に、その主な用途と事例を紹介します。
製品の試作開発・プロトタイピング
FDM/FFF 3Dプリンターは、製品の試作開発やプロトタイピングに最も活用されています。短期間で低コストで試作品を作成することができ、デザインの改善や機能検証を迅速に行えます。
大きな試作
FDM/FFF方式の3Dプリンターは、PLAフィラメントを使えば大型の試作品や部品を作成することも可能です。これにより、大型の製品開発や建築模型の制作などにも活用されています。
治工具の作成
FDM/FFF 3Dプリンターは、ABSやナイロンなどを使えば治工具を作成する際にも役立ちます。これにより、製造プロセスの効率化やコスト削減が図られます。
デジタルファブリケーション教育
FDM/FFF 3Dプリンターは、教育現場での活用が広がっています。デジタルファブリケーション教育を通じて、学生たちがデザイン思考や問題解決能力を身につけることができます。
高強度パーツ
FDM/FFF方式の3Dプリンターは、高強度のパーツを作成することができます。そのため、自動車や航空機、産業機械などの部品製作にも活用されています。カーボンファイバーやガラス繊維配合のフィラメント材料を使用することで、より強度の高いパーツを作成することが可能です。
FDM/FFF 3Dプリンター選びのポイントと注意点
FDM/FFF 3Dプリンターを選ぶ際には、いくつかのポイントと注意点があります。以下に、それらを詳しく説明します。
造形サイズで選ぶ
ポイントと注意点
3Dプリンターを選ぶ際には、造形サイズが重要です。必要な造形サイズに対応したプリンターを選ぶことで、スムーズな作業が可能です。また大型造形はPLAフィラメントが中心ですが、それ以外の材料を使用する場合、庫内温度の加熱機能が求められます。
対応材料と温度管理
対応するフィラメント材料や温度管理も選び方のポイントです。用途に応じて異なる材料を使い分ける必要があるため、対応材料が豊富でフィラメントのノズル温度が広範囲でできるプリンターを選ぶことが望ましいです。一般的に10万円以下のFDM・FFF方式の3Dプリンターは対応材料がPLAのみになります。
価格帯ごとの違いの把握
価格帯ごとに、3Dプリンターの性能や機能が異なります。例えば10万円以下の機種ではPLA1種類と簡単な造形、50万円以上から幅広い材料に対応しており、大型造形などができたりカーボンファイバー配合材の機種は100万円以上になります。
ソフトウェアの使い勝手
3Dプリンターには、専用のソフトウェアが付属しています。使いやすいソフトウェアを選ぶことで、効率的に作業ができるようになります。特に材料ごとのプリントパラメーターが自動設定できるかどうかが使い勝手に影響を与えます。また、ソフトウェアが定期的にアップデートされることで、新機能や改善が提供されることもあります。
サポートや保証、
アフターサービス
購入後のサポートや保証、アフターサービスも重要です。トラブルが発生した際に、迅速かつ適切な対応をしてくれるメーカーや販売店を選ぶことで、安心して使用できます。保証期間やアフターサービス内容を確認して、長期間安心して使えるプリンターを選びましょう。
おすすめメーカーと機種
以下では、初心者や新規ユーザー、企業の研究開発チーム、学校の教員、個人の設計者やエンジニア、趣味で3Dプリントを行う人などにおすすめのメーカーと機種を紹介します。
Clearity
おすすめの理由
Clearityは、使いやすさと手頃な価格を兼ね備えた3Dプリンターが特徴です。特に初心者や教育用途に適しており、PLAを中心に安定した造形品質を提供しています。
おすすめ機種
Enderシリーズ：低価格帯でありながら高い性能を持つモデルで、初心者に最適です。
Enderシリーズ
低価格帯でありながら高い性能を持つモデルで、初心者に最適です。
Flashforge
おすすめの理由
Flashforgeは、幅広い価格帯と用途に対応した3Dプリンターを提供しています。独自のソフトウェアも使いやすく、高いプリント品質を誇っています。
おすすめ機種
Creator4S
Creator4Sは、FlashforgeのFDM 3Dプリンターで、庫内温度の加熱機能を搭載した3Dプリンターです。
Guider3
Raise3D
おすすめの理由
Raise3Dは、高品質で多彩な造形が可能な3Dプリンターを提供しています。高い解像度と堅牢な構造が特徴で、プロフェッショナル向けにおすすめです。
おすすめ機種
Raise3D Pro3
大型の造形物に対応し、高い精度と耐久性を持つプロ向けのモデルです。
RaiseE2
RaiseE2はFDM方式の3Dプリンターの中でも高い安定性を誇る3Dプリンターです。
RaiseE2 CF
MarkForged
おすすめの理由
MarkForgedの3Dプリンターはカーボンファイバー配合やガラス繊維配合の繊維強化剤の3Dプリンターです。高剛性で軽量な造形が可能です。
おすすめ機種
Mark Two
カーボンファイバー配合などの本物の繊維強化剤が配合できる3Dプリンターです。
Onyx One
最も手軽にカーボンファイバー配合ナイロンを使用できる3Dプリンターです。
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