光造形3DプリンターForm3レビュー【球体編：グレイレジン】

　　丸・三角・四角は、人類がもっとも認識しやすい形であり、「シンプル」で「わかりやすい形」です。
私たちが目にする物は、全て曲線か直線でなり立っていると言われています。
この『基本の形』の中から今回は、『球体』にスポットを当ててみたいと思います。

光造形3Dプリンターで、球体を3Dプリントするとどうなるのか？

どこまで綺麗で滑らかな球体に仕上がるのか？

光造形3Dプリンターで、球体や曲面をプリントする場合の方法や注意点、
3Dプリントの仕上がりの精度をご紹介していきながら
プリントデータやプリント方法の違いによる比較検証もしていきたいと思います。

基本の形を3Dプリンターでプリントしながら、綺麗な球体を3Dプリントする方法を知っていきましょう。

1. ３Dプリントする球体の内容と使用するソフト

Φ27mm

使用する光造形３Dプリンターと３Dプリントソフトウェア

光造形3DプリンターForm3

＜検証1＞ 3Dデータのポリゴンの違いは造形表面にあらわれるのか？

一番上から順に、ポリゴンの密度が少ない→中間→多いと変化しています。
ポリゴン数が多ければ多い程、より表面が滑らかな球体になっているのがわかります。
この違いが、造形表面にどのように影響していくのかを検証していきます。

ポリゴンが少ない (Sサイズ)
サイズ : 横割50ポリゴン × 縦割100ポリゴン (5,000枚)
データサイズ : 2.8MB

＜検証2＞ サポート設定の違いによって造形の仕上がりがどこまで変わるのか？

検証二つ目は、
サポート設定の違いによって造形の仕上がりがどこまで変わるのか？
という点です。
先程、球体を３Dプリントする場合には、サポート材を必ず付けなくてはいけないとお伝えしました。
まず、サポート設定に関して簡単にご説明します。
Form3の専用ソフトウェアPreFormのサポート設定には方法がいくつかあります。

１.ワンクリックプリント

＜検証3＞ 積層ピッチの違いによる造形表面の影響は出るのか？

検証三つ目は、
積層ピッチの違いによる造形表面の影響は出るのか？
という点です。
積層ピッチの違いが、球体表面の滑らかさにどの程度影響を与えるのかを検証していきます。
積層ピッチは、樹脂の種類によって選択できるサイズが異なります。

今回使用する材料のグレイレジンの場合は、
160ミクロン、100ミクロン、50ミクロン、25ミクロンという4つの積層ピッチが選択可能です。
積層ピッチが小さくなる程、1層毎の厚みが薄くなり表面がより滑らかに仕上がります。
その分、プリントの積層レイヤー数、プリント時間、材料のボリュームが増えていきます。
今回は、この4種類での造形表面の影響を検証していきます。

積層ピッチのイメージ図

3. ３Dプリントする球体のパターン

今回の検証内容をまとめると、次のようなパターンで球体を３Dプリントしていくことになります。
積層ピッチが、160ミクロン・100ミクロン・50ミクロン・25ミクロンで
各6パターンずつ３Dプリントしていきます。

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置
1	少ない	ワンクリック	側面と下
2	中間	ワンクリック	側面と下
3	多い	ワンクリック	側面と下
4	少ない	手動	下のみ
5	中間	手動	下のみ
6	多い	手動	下のみ

4. 球体の３Dプリント結果

ここからは、球体の３Dプリントの結果になります。
まず、今回３Dプリントした積層ピッチの違う４種類のプリント内容をお伝えしていきます。
こちらの表では、積層ピッチの違い別に
プリント時間、レイヤー数、材料のボリューム数、材料コストが分かります。
※１回のプリントで同時に、積層ピッチの同じ球体を6パターンプリントしています。

積層ピッチ	ポリゴン	プリント時間	レイヤー数	ボリューム	Total材料コスト	１個あたりの 材料コスト
160ミクロン	6パターン	2h14m	212層	74.46ml	6個＝1,816円	1個＝219円
100ミクロン	6パターン	3h43m	340層	75.42ml	6個＝1.418円	1個＝236円
50ミクロン	6パターン	5h37m	620層	75.35ml	6個＝1,416円	1個＝236円
25ミクロン	6パターン	12h30m	1211層	75.04ml	6個＝1,411円	1個＝235円

積層ピッチの違いによって、プリント時間とレイヤーの層が大きく違ってきます。
他の造形の場合にも言えますが、プリントする造形の使用用途に合わせて、
プリント時間、造形の精度、材料コストとのバランスもみてプリント設定を決めていく必要があります。
 それでは、実際にプリントした球体の精度等を見ていきましょう。

＜結果1＞ 3Dデータのポリゴンの違いは造形表面にあらわれるのか？ 

検証1  : ポリゴンの密度の違いによってプリントの仕上がりが造形表面にどのように影響していくのか

＜結果＞

積層ピッチ	造形表面への影響
160ミクロン	表面にはほとんど影響しない
100ミクロン	表面にはほとんど影響しない
50ミクロン	ポリゴンが少ない場合のみ表面に少し影響する
25ミクロン	ポリゴンが少ない場合のみ表面に少し影響する

• 160ミクロンと100ミクロンは、ポリゴンが多い、中間、少ない場合の造形表面の違いはほぼ見られなかった。
• 積層ピッチが厚い場合はポリゴンの密度の違いは表面にほとんど影響しない。
• 160ミクロンと100ミクロンは、ポリゴンが多い、中間、少ない場合の造形表面の違いはほぼ見られなかった。
• 積層ピッチが厚い場合はポリゴンの密度の違いは表面にほとんど影響しない。

例 / 160ミクロン ポリゴン少なめ   ポリゴンの形は全くわからない   積層跡が目立つ

例 / 25ミクロン ポリゴン少なめ   ポリゴンの形がうっすらと出ている   表面が滑らか

＜結果2＞ サポート設定の違いによって造形の仕上がりがどこまで変わるのか？

検証2  : サポート設定の違いによって造形の仕上がりがどこまで変わるのか

＜結果＞

積層ピッチの種類別に結果を見ていきます。3Dプリントする球体が全部で６パターンあります。サポート設定は2種類で検証しています。
表面の仕上がり、高精細、精度、サポート跡に注目して見ていきます。

積層ピッチ160ミクロン 

• ワンクリックプリントと手動の場合では、造形の精度にほぼ違いはないが、手動で側面のサポート材を減らした場合、プリント自体が失敗した球体があった。
• 側面の一部のみ、滑らかに造形できていた。
• サポート材を外した跡は、サポートを減らした分、手動の方が側面に影響が出ていない。

積層ピッチ100ミクロン

• ワンクリックプリントと手動の場合では、造形の精度にほぼ違いはない。
• 側面は滑らかに造形できている。
• サポート材の跡は、手動の方が影響は少ない。

積層ピッチ50ミクロン

• ワンクリックプリントと手動の場合では、造形の精度にほぼ違いはない。
• 全体的に滑らかで、きれいな球体に造形できている。
• サポート材の跡は、手動の方が影響は少ない。

積層ピッチ25ミクロン

• ワンクリックプリントと手動の場合では、造形の精度にほぼ違いはない。
• 全体的にとても滑らかで、とてもきれいな球体に造形できている。
• サポート材の跡は、手動の方が影響は少ない。

積層ピッチ別に、結果を表にまとめました。
詳しくは、こちらの表をご覧ください。
表面の仕上がり、高精細、精度、サポート跡の項目でそれぞれ結果をまとめています。

積層ピッチ160ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面仕上がり	高精細/ディテール	精度/寸法 等	サポート跡・タッチポイント
1	少ない	ワンクリック	側面と下	側面一部が滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ
2	中間	ワンクリック	側面と下	側面一部が滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ
3	多い	ワンクリック	側面と下	側面一部が滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ
4	少ない	手動	下のみ	※プリント失敗	△  ふつう	※プリント失敗	目立つ/サポート 少なめ
5	中間	手動	下のみ	※プリント失敗	△  ふつう	※プリント失敗	目立つ/サポート 少なめ
6	多い	手動	下のみ	※プリント失敗	△  ふつう	※プリント失敗	目立つ/サポート 少なめ

積層ピッチ100ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面仕上がり	高精細/ディ テール	精度/寸法等	サポート跡・タッチポイント
1	少ない	ワンクリック	側面と下	側面滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ
2	中間	ワンクリック	側面と下	側面滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ
3	多い	ワンクリック	側面と下	側面滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ
4	少ない	手動	下のみ	側面滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ
5	中間	手動	下のみ	側面滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ
6	多い	手動	下のみ	側面滑らか	△  ふつう	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ

積層ピッチ50ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面仕上がり	高精細/ディテール	精度/寸法等	サポート跡・タッチポイント
1	少ない	ワンクリック	側面と下	全体滑らか	○  きれい	ほぼ寸法通り	目立つ
2	中間	ワンクリック	側面と下	全体滑らか	○  きれい	ほぼ寸法通り	目立つ
3	多い	ワンクリック	側面と下	全体滑らか	○  きれい	ほぼ寸法通り	目立つ
4	少ない	手動	下のみ	全体滑らか	○  きれい	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ
5	中間	手動	下のみ	全体滑らか	○  きれい	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ
6	多い	手動	下のみ	全体滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ

積層ピッチ25ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面仕上がり	高精細/ディテール	精度/寸法等	サポート跡・タッチポイント
1	少ない	ワンクリック	側面と下	全体とても滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ
2	中間	ワンクリック	側面と下	全体とても滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ
3	多い	ワンクリック	側面と下	全体とても滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ
4	少ない	手動	下のみ	全体とても滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ
5	中間	手動	下のみ	全体とても滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ
6	多い	手動	下のみ	全体とても滑らか	◉  とてもきれい	ほぼ寸法通り	目立つ/サポート少なめ

サポート設定の他に、サポート跡の結果を見ていきます。
こちらがサポート材を外した状態です。

手動の方が、サポート材を減らした分影響は少なくなっていますが、
サポート跡が目立ちます。

• 

• 

ニッパーとヤスリを使用してサポート跡を一つずつ研磨していきます。

＜結果3＞ 積層ピッチの違いによる造形表面の影響は出るのか？

検証３ : 積層ピッチの違いによる造形表面の影響は出るのか？

＜結果＞

積層ピッチの種類別に結果を見ていきます。3Dプリントする球体が全部で６パターンあります。
サポート設定は2種類で検証しています。
積層表面の仕上がり、積層跡具合の項目でそれぞれ見ていきます。

積層ピッチ160ミクロン

• 表面の仕上がりは、サポートの設定方法に限らず、積層跡が上半分に目立つ。側面は一部のみ滑らか。と特に、頂点の円形状の跡が大きく目立ち、段差になっている。

 

積層ピッチ100ミクロン

• 表面の仕上がりは、サポートの設定方法に限らず、積層跡が上部に少し目立つ。側面は滑らか。
• 160ミクロンよりは、頂点の円形状の跡が小さくなっているが、段差になっている。

 

積層ピッチ50ミクロン

• 表面の仕上がりは、サポートの設定方法に限らず、積層跡が上部頂点にほんの少しできている。全体的に滑らか。
• 100ミクロンよりは、頂点の円形状の跡が小さくなっている。

 

積層ピッチ25ミクロン

• 表面の仕上がりには、サポートの設定方法に限らず、積層跡がほとんど無くなっている。とても滑らかな球体。
• 頂点の円形状の跡はほとんど無くわからない。

積層ピッチ別に、結果を表にまとめました。
詳しくは、こちらの表をご覧ください。
表面の仕上がり、積層跡具合の項目でそれぞれ結果をまとめています。

積層ピッチ160ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面の仕上がり	積層跡具合
1	少ない	ワンクリック	側面と下	頂点に4mmの円形段差あり	跡が目立つ/上半分
2	中間	ワンクリック	側面と下	頂点に4mmの円形段差あり	跡が目立つ/上半分
3	多い	ワンクリック	側面と下	頂点に4mmの円形段差あり	跡が目立つ/上半分
4	少ない	手動	下のみ	頂点に4mmの円形段差あり	跡が目立つ/上半分
5	中間	手動	下のみ	頂点に4mmの円形段差あり	跡が目立つ/上半分
6	多い	手動	下のみ	頂点に4mmの円形段差あり	跡が目立つ/上半分

積層ピッチ100ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面の仕上がり	積層跡具合
1	少ない	ワンクリック	側面と下	頂点に2mmの円形段差あり	跡が少し分かる/上のみ
2	中間	ワンクリック	側面と下	頂点に2mmの円形段差あり	跡が少し分かる/上のみ
3	多い	ワンクリック	側面と下	頂点に2mmの円形段差あり	跡が少し分かる/上のみ
4	少ない	手動	下のみ	頂点に2mmの円形段差あり	跡が少し分かる/上のみ
5	中間	手動	下のみ	頂点に2mmの円形段差あり	跡が少し分かる/上のみ
6	多い	手動	下のみ	頂点に2mmの円形段差あり	跡が少し分かる/上のみ

積層ピッチ50ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面の仕上がり	積層跡具合
1	少ない	ワンクリック	側面と下	頂点に1.5mmの円形段差あり	跡が上のみ
2	中間	ワンクリック	側面と下	頂点に1.5mmの円形段差あり	跡が上のみ
3	多い	ワンクリック	側面と下	頂点に1.5mmの円形段差あり	跡が上のみ
4	少ない	手動	下のみ	頂点に1.5mmの円形段差あり	跡が上のみ
5	中間	手動	下のみ	頂点に4mmの円形段差あり	跡が上のみ/目立つ
6	多い	手動	下のみ	頂点に1.5mmの円形段差あり	跡が上のみ

積層ピッチ25ミクロン

パターン	ポリゴン	プリント設定	サポート位置	表面の仕上がり	積層跡具合
1	少ない	ワンクリック	側面と下	頂点の段差が全く気にならない	跡がほぼ無し
2	中間	ワンクリック	側面と下	頂点の段差が全く気にならない	跡がほぼ無し
3	多い	ワンクリック	側面と下	頂点の段差が全く気にならない	跡がほぼ無し
4	少ない	手動	下のみ	頂点の段差が全く気にならない	跡がほぼ無し
5	中間	手動	下のみ	頂点の段差が全く気にならない	跡がほぼ無し
6	多い	手動	下のみ	頂点の段差が全く気にならない	跡がほぼ無し

5. ３Dプリント 球体編 まとめ

Form3で球体を３Dプリントする場合の検証をいろいろしてみましたが、
各検証結果をそれぞれまとめてみました。

【 ポリゴン密度の違いによる造形表面の変化 】

• きれいな球体を３Dプリントしたい場合は、できるだけポリゴンの多い球体の３Dデータを使用すると良い。
•  ポリゴン密度が多い3Dデータの場合は、どの積層ピッチの場合でも造形表面に ポリゴンの影響は出にくい。
• ポリゴン密度が少ない3Dデータの場合には、積層ピッチが100ミクロン以上でプリント設定をすると造形表面にポリゴンの影響は出にくい

【 サポート設定の違いによる造形の仕上がりの比較 】

造形の仕上がり
ワンクリックプリントと手動の場合でのサポート設定の違いによる造形の仕上がりの変化は見られなかった。今回の条件の場合では、サポート設定の違いは造形にそこまで影響しない。