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

こちらが、今回3Dプリントをした球体になります。

球体サイズ

Φ27mm

サイズが27mmの球体で検証をしていきます。

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

 

3Dソフトウェア  PreForm

今回使用する光造形3Dプリンターは、Form3です。
Form3は、高精細、滑らかな仕上がりが特徴の反転方式の光造形3Dプリンターです。
ソフトは、Form3の専用ソフトウェア PreFormを使用します。
PreFormでは、プリントするデータ、プリント方向、サポートの付け方を設定することができます。

光造形3Dプリンター用材料

光造形3Dプリンター用の材料はForm3専用スタンダードレジンのグレイレジンを使用します。

スタンダードレジン(樹脂)の特徴
スタンダード樹脂は、滑らかな美しい表面と、驚くほど高精彩なディティールを表現することができます。
プロトタイプの作製から、コンセプトモデルまで、強度と耐久性を保ったまま、
最高品質のアウトプットを可能にします。

3Dデータと3Dソフト

今回、ソフトウェアPreFormでプリントする球体の3Dデータは、Blenderを使用して作製しています。※Blenderは、3Dモデリングができる統合3DCGソフトです。
『ブレンダー』と読むのが一般的です。オープンソースソフトウェアとなっており、
無償で提供されているため、誰でも公式サイトからダウンロードできます。

2. Dプリントの注意点と検証したい内容

<注意点> 球体の3Dプリントの方法

まず初めに、球体の3Dプリントの方法と注意点についてご紹介します。
今回使用する3DプリンターForm3は、反転方式の光造形3Dプリンターです。
反転方式の光造形とは、レジンタンクにたまった液体にビルドプラットフォームがつかり、
下からレーザービームが照射されて一層ずつ積層されていく造形方法です。

そのため、すべての造形物が釣り下がった状態で積層されていきます
特に球体はプリント方向がすべて同じなため、ビルドプラットフォームに
直接造形物をつけることが出来ません。
注意点として、必ずサポート材を付けなくてはいけません

サポート材を付けている球体が、反転方式の吊り下がった状態でプリントされている所
サポート材の設定に関してはこの後説明していきます。

<検証13Dデータのポリゴンの違いは造形表面にあらわれるのか?

球体を3Dプリントする上で、いくつか検証していきたいポイントがあります。
検証一つ目は、
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?   
という点です。
球体の形状で検証をしたい部分が、3Dデータを構成するポリゴンの密度の違いです。
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
を検証していきます。
今回は、比較するためにポリゴン数の違う3種類の球体を3Dプリントしていきます。
こちらがポリゴンの密度の違う3種類の球体の3Dデータです。

S ポリゴン 少ない

M ポリゴン 中間

L ポリゴン 多い

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。

それぞれの球体の3Dデータの情報になります。

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

ポリゴンが中間 (Mサイズ)
サイズ : 横割200ポリゴン × 縦割400ポリゴン (80,000枚)
データサイズ : 43.0MB

ポリゴンが多い (Lサイズ)
サイズ : 横割800ポリゴン × 縦割1600ポリゴン (1,280,000枚)
データサイズ : 686.7MB

<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

ワンクリックプリントで設定した場合
※球体の側面にもサポート材が付いてしまっています。

.手動プリント

手動プリントで設定した場合
※球体の側面に付いていたサポート材を、手動で減らしています。
造形の表面にサポート材跡の影響が出ないように、できるだけ
底面のみにサポート材がくるようにしています。

サポートを減らす場合の注意点 : 曲面の為、サポートを下手に少なくすると造形物が
ビルドプラットフォームに貼り付かずに落下する危険性があリます

※球体の場合のサポート材の付け方は、少し難しいかもしれません。
この2種類で、造形の仕上がりの影響にどのような変化が出るのかを検証していきます。

<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. D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
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13D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

<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。

ワンクリックプリント

手動プリント

側面は滑らか

※プリント失敗

※プリント失敗

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。

ワンクリックプリント

手動プリント

側面は滑らかにできている

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。

ワンクリックプリント

手動プリント

全体的にきれいで滑らかな球体

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。

ワンクリックプリント

手動プリント

全体的に滑らかできれいな球体

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
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

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。

ワンタッチプリントの場合

手動プリントの場合

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。

研磨後

サポート跡が目立たなくなり、きれいな球体になりました。

<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

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

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

プリントの影響
60ミクロンの手動設定の場合のみ、プリントが失敗して造形ができなかった。
サポート設定を手動にして、できるだけサポート材の影響を少なく、減らしたい場合は、100・50・25ミクロンでのプリントにすると造形が失敗しにくい。

【 積層ピッチの違いによる造形表面の影響 】

積層跡に関して
  • 積層ピッチの違いによる造形表面の影響は、160ミクロンの場合のみ側面にも積層跡の影響が出やすい。100・50・25ミクロンの場合は、側面の積層跡が目立ちにくい。
造形への影響
  • どの積層ピッチの場合でも、球体上部のプリント終わりの部分に円形の面ができてしまう。積層ピッチが小さくなるにつれて円形の面は小さく目立たなくなっていく。25ミクロンになるとほとんど目立たない。
造形の精度
  • 160ミクロン・100ミクロンは積層跡の影響が出ている為、一部の表面が滑らかに仕上がっている。球体自体の形状の精度は問題ない。
  • 50ミクロンは、全体的に表面がきれいで滑らかな球体に仕上がっている。
  • 25ミクロンは、球体の精度が良く、表面がとても滑らかに仕上がっている。

 

今回の検証結果を踏まえると、

【 光造形3Dプリンター Form3で球体をきれいに3Dプリントする方法 】

*とにかく滑らかで精度の高い球体を作りたい

  • ポリゴンの多い3Dデータを使用
  • 積層ピッチ  25ミクロン
  • サポート設定  手動 (サポート材を減らす)
    ※但し、プリント時間が長い

*精度は普通でプリント時間を短く作りたい

  • ポリゴンの多い3Dデータを使用
  • 積層ピッチ  50ミクロン
  • サポート設定  手動 (サポート材を減らす)

 

今回の検証の場合は、こちらの設定のプリント方法をおすすめします。
ぜひ球体や曲面の3Dプリントの参考にしていただけたらと思います。

2021.6.21 投稿者:akkii

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