Figure 4 vs. デスクトップ光造形 – 完全なアッセンブリモデルでの精度比較分析
i-MAKER 研究室 編集部
量産グレードに求められる精度とは？
3Dプリンターが最も利用されている分野が形状試作ですが、最も期待されている領域がパーツ等など最終品の製造です。これまでプラスチックの最終品の製造は射出成形などの金型量産が中心でしたら、3Dプリント技術の進化で、3Dデータからのダイレクトな製造が徐々に登場しつつあります。
今回ご紹介するFigure4 3Dプリンタ―とリジッドグレイも成形品レベルが作れる機種として期待が集まります。その中でも今回は嵌め合わせやアッセンブルの精度の事例をご紹介します。
嵌め合わせの課題
現在、3Dプリンターは手ごろな価格で様々な機種が登場していますが、とりわけ形だけの確認であればほとんどの機種が対応していますが、その一方で、嵌め合わせの実現には、まだほとんどの3Dプリンターが繰り返しの検証が必要です。
特に複数のパーツを嵌め合わせるアッセンブルパーツの試作においてはいくつかの課題が残っています。
クリアランスの課題
篏合を作る場合、多くの3Dプリンターで課題となるのがクリアランスの問題です。特に、複数の部品を組み合わせる際には、微妙なズレやギャップが生じることが少なくありません。特に、パーツとパーツが組み合わさるクリアランス部分の調整が必要になります。
何度も試作できるのが3Dプリンターのメリットですが、パターンを検証する分だけ、時間がかかります。
また、3Dプリンタ―は積層しながら形にしていくため、造形方向によって精度が異なり、ズレによってはまらない場合もあります。
外部環境による影響（湿度、温度変化など）での変形や劣化
3Dプリンターで使用される材料は、外部環境の影響を受けやすいものが多いです。特に、湿度や温度の変化によって、造形物が変形したり、劣化したりすることがあります。機能や形状をテストする試作においても、一定期間を経過した後にゆがんだりする可能性もあります。特にこれまで光造形3Dプリンターで作られたものは経年による劣化などが指摘されてきました。
表面の荒れや不均一な仕上がりによる見た目の問題
3Dプリンターでの造形は、層を積み重ねることで形成されるため、表面の荒れや不均一な仕上がりが生じることが一般的です。これは、特に見た目が求められる部品などの試作では課題です。場合によっては、後処理による表面処理の手間やコストも増加する要因となります。
デスクトップ型光造形3Dプリンターとの比較
それでは実際に、デスクトップ型3Dプリンターとの比較検証を行っていきたいと思います。デスクトップ型でどこまで嵌め合わせのレベルが出せるのか、主に、嵌め合わせ精度、見た目の滑らかさ、高精細さ、耐久性や強度、耐候性などの劣化などの面からご紹介してまいります。
使用するパーツ
いくつかの複数のパーツを組み合わせて検証するため、なるべく複数パターンの嵌めあいができるように、以下のパーツを選定しました。材料は一般的なスタンダード硬質材料を使用します。
100万円以下の光造形3Dプリンター検証
光造形3Dプリンターは、UV硬化性レジンに紫外線を照射して硬化して形にします。最近では100万円以下の光造形3Dプリンタ―でも優れた性能を発揮します。
実際に造形が完了したものになります。100万円以下の光造形3Dプリンターは造形方向によって微妙な形状の差が出るため、なるべく同じ方向でプリント設定を行いました。100万円以下の光造形機もかなり品質が向上していますが、成形品レベルには遠いのが現状です。
微妙な仕上がりの違い
嵌めあうかどうかの検証
細かい精度の違い
水平レベルの仕上がりの比較
100万円以下はサポート跡が残りやすい
Figure4の利点
次はFigure4でプリント検証を行います。Figure4ではリジッドグレイを使用して検証をおこないました。リジッドグレイは、Figure4の材料の中でも、成形品に匹敵する滑らかさ、高精細さ、耐候性、耐久性を持つ材料です。特に、他の光造形3Dプリンターと異なる点が、耐候性です。一般的に光造形3Dプリンターの材料は紫外線で劣化や形状変化が進みますが、リジッドグレイは高い耐候性によって最終品としても使用が可能です。
Figure4のプリント設定
Figure4のプリント設定は、その高い性能を最大限に引き出すためのものです。精度や速度、材料の特性に合わせて最適化されており、これにより一貫した高品質な造形が可能となっています。
| 材料 | Rigid Gray |
| 積層ピッチ | 50μm |
| 造形品質 | Premium |
| 配置 | 4 個／1 造形 |
| 造形時間 | 約 6 時間 50 分／1 造形 |
| 使用材料量 | 約 10７ｇ（サポート含む）／1 造形 |
| 材料コスト | 3,000円～ |
高い嵌め合わせ精度
Figure4は、特にアッセンブルパーツなどの嵌め合わせが要求される部品において、その高い精度を発揮します。微妙なズレやギャップなく、パーツ同士が完璧に合致することで、製品の品質や機能性を向上させることができます。
高精細さ
リジッドグレイを使用したFigure4の造形は、その高精細さが特徴です。複雑なディテールや微細な部分も、鮮明に再現されます。これにより、デザインのニュアンスや機能的な要件も、正確に表現することができます。
耐久性・強度
Figure4とリジッドグレイの組み合わせは、非常に高い耐久性と強度を持っています。これにより、長期間の使用や物理的なストレスにも耐えることができ、製品の寿命を延ばすことが可能です。
耐候性
一般的な光造形3Dプリンターの材料は、紫外線による劣化が問題となることが多いです。しかし、リジッドグレイはその高い耐候性により、この問題を克服しています。外部環境の変化、特に紫外線の影響を受けにくく、長期間の使用でもその品質を維持することができます。
Figure4でアッセンブルパーツの試作から
小ロット量産まで
今回レポートしたようにFigure4を使うと、複雑なアッセンブルパーツの試作も可能になります。 機能検証のプロトタイピングなどだけではなく、ロットが少ない小ロットパーツの量産にも使用が可能です。金型を作成しなくても、低コストから始めることが可能です。
機種/Figure 4（フィギュア４）
i-MAKERではご紹介の3Dプリンターのテスト3Dプリント、サンプルを無料でご提供しております。ご使用前の仕上がりやご用途に即した材料かどうか、ぜひご活用ください。
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