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。

今回、ソフトウェアPreFormでプリントする立方体の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。

検証一つ目は、
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。
光造形法で立方体を３Dプリントする場合に、サポート設定の違いが造形の仕上がりに
どこまで影響するのかを比較検証していきます。

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
ワンクリックで、すべてのプリント設定を自動で行ってくれる機能
プリント方向、サポートの付け方を自動で設定

２.手動プリント
手動ですべてのプリント設定を行う
できるだけサポート材を付けたく無い場合に手動でサポート材を設定できます

３.サポート設定なし
サポート設定をしないで、サポート材を付けずにプリントする
ビルドプラットフォームに直接造形してプリントをします(直付)

今回は、この3つのサポート設定で検証してみます。

１.ワンクリックプリント

※自動設定では、立方体の下半分にサポート材が付いてしまっています。
立方体の向きがが斜めに配置されています。

２.手動プリント

※ワンクリック設定で立方体の側面に付いていたサポート材を、手動でできるだけ減らしています。
造形の表面にサポート材跡の影響が出ないように、底面のみにサポート材がくるように立方体の向きを回転しています。

３.サポート設定なし

※サポート設定をしないで立方体を直接ビルドプラットフォームに配置しています。
※サポートを減らす場合の注意点 : 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張り付かずに落下する危険性が、あリます。

この3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。

検証二つ目は、

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。

今回の検証内容をまとめると、次のようなパターンで四角を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3パターンずつ３Dプリントしていきます。

四角の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3パターンプリントしています。

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四角の精度等を見ていきましょう。

検証1  : 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サポート設定の違いの結果を見ていきます。
3Dプリントする四角が全部で3パターンあります。
サポート設定は3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

表面の仕上がり
・ワンクリックプリントと手動、直付の場合では、造形表面の仕上がりにはそこまで違いはなく、どれも一部のみ滑らかにプリントできていた。全体の表面の仕上がりは、積層跡の影響で少しザラザラしていた。

高精細・精度
・造形の精度は、どのパターンの設定でも造形に歪みが出てしまった。ワンクリックと手動のサポートを付けた場合は、特にサポート材を付けた面に影響が出てしまい変形した。直付の場合は、プリントの始まり部分にのみ影響が現れた。
・寸法で比較すると、ワンクリックと手動の場合は縦に0.3mm程のびてしまった。直付の場合は、逆に0.4mm程造形が縮んでしまった。
・立方体の角部分の精度は、ワンクリックと直付の場合は角がきれいに出ていた。手動で底面のみにサポート材を付けた場合は、角が緩い造形になってしまった。

サポート跡の影響
・サポート跡は手動の方が造形面への影響は少ないが目立つ。サポートが少ない分、支えが足りずに造形自体がワンクリック設定よりも変形してしまった。

積層ピッチ100ミクロン

表面の仕上がり
・ワンクリックプリントと手動、直付の場合では、造形表面の仕上がりにはそこまで大きな違いはなく、どれも一部のみ滑らかにプリントできていた。全体の表面の仕上がりは、さらさらしていてきれい。

高精細・精度
・造形の精度は、どのパターンの設定でも造形に歪みが出てしまった。ワンクリックと手動のサポートを付けた場合は、特にサポート材を付けた面に影響が出てしまい変形した。直付の場合は、プリントの始まり部分にのみ影響が現れた。
・寸法で比較すると、ワンクリックは縦に0.3mm程のびてしまった。手動は、縦に0.7mm、横に0.1mm程のびた。直付は、横に0.2mmのびてしまったが、縦はほぼ寸法通りにプリントできた。
・立方体の角部分の精度は、ワンクリックと直付の場合は角が鋭くきれいに出ていた。手動で底面のみにサポート材を付けた場合は角が緩い造形になってしまった。

サポート跡の影響
・サポート跡は手動の方が造形面への影響は少ないが目立つ。手動はサポートが少ない分、支えが足りずに造形自体がワンクリック設定よりも変形してしまった。特にサポート跡の周りの表面がボコボコに変形してしまった。

積層ピッチ50ミクロン

表面の仕上がり
・ワンクリックプリントと手動、直付の場合では、造形表面の仕上がりにはそこまで大きな違いはなく、どれも一部のみとても滑らかにプリントできていた。全体の表面の仕上がりは、さらさらしていてきれい。

高精細・精度
・造形の精度は、どのパターンの設定でも造形に歪みが出てしまった。ワンクリックと手動のサポートを付けた場合は、特にサポート材を付けた面に影響が出てしまい変形した。直付の場合は、プリントの始まり部分にのみ影響が現れた。
・直付の場合の造形精度がきれいにできている。
・寸法で比較すると、ワンクリックは縦に0.1mm程のびてしまった。手動は、縦に0.5mm程のびた。
直付は、横に0.2mm程のびて、縦は0.2mm程造形が縮んでしまった。
・立方体の角部分の精度は、どの設定の場合も角が鋭くきれいに出ていた。

サポート跡の影響
・サポート跡は手動の方が造形面への影響は少ないが目立つ。サポートが少ない分、支えが足りずに造形自体がワンクリック設定よりも変形してしまった。

積層ピッチ25ミクロン

表面の仕上がり
・ワンクリックプリントと手動の場合の造形表面の仕上がりは、一部のみとても滑らかにできていた。
直付の場合は、全体がとても滑らかにできていた。全体の表面の仕上がりは、ツルツルしていてとてもきれい。

高精細・精度
・造形の精度は、どのパターンの設定でも造形に歪みが出てしまった。ワンクリックと手動のサポートを付けた場合は、特にサポート材を付けた面に影響が出てしまい変形した。直付の場合は、プリントの始まり部分にのみ影響が現れた。
・直付の場合の造形精度が今回の全プリントの中で一番きれいにできている。
・寸法で比較すると、ワンクリックは縦に0.3mm程のびてしまった。手動は、縦に0.8mm、横に0.1mm程のびた。直付は、横に0.1mm程のびて、縦は0.1mm程造形が縮んでしまった。
・立方体の角部分の精度は、どの設定の場合も角が鋭くきれいに出ていた。

サポート跡の影響
・サポート跡は手動の方が造形面への影響は少ないが目立つ。サポートが少ない分、支えが足りずに造形自体がワンクリック設定よりも変形してしまった。特にサポート跡の周りの表面がボコボコに変形してしまった。

サポート材によるプリント造形への影響

サポートの設定方法によっては、サポート材が造形に直接影響が出てしまう場合があります。
特に、今回の3Dプリントで大きく影響が出たパターンがありました。
手動でサポートを設定した場合です。手動でサポート材を底面のみに付けた所、サポート材の跡のまわりが、ボコボコに歪んで変形しまいました。恐らく、造形物の重さにサポート材が耐えられなくなってしまった為かと思われます。重さにより下に造形物が引っ張られて造形が変形してしまいました。全ての積層ピッチのパターンで見られました。
※注意点として、手動の場合にサポート材を減らしすぎると、造形物の重さにより変形し
造形物の精度が落ちてしまいます。減らしすぎにも注意しましょう

検証2 : 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プリントする四角が全部で3パターンあります。
サポート設定は3種類で検証しています。積層跡の影響、積層表面の仕上がりの項目でそれぞれ見ていきます。

積層ピッチ160ミクロン

積層跡の影響
・ワンクリックと手動設定の場合、積層跡がよく分かるくらい造形に影響していた。
直付の場合は、それよりも目立たないくらいに表面に影響していた。

積層表面の仕上がり
・手動と直付の場合で、プリント終わりの積層面が滑らかに仕上がっていた。

積層ピッチ100ミクロン

積層跡の影響
・3パターンのどの場合も、積層跡が分かるくらい造形に影響していた。
ワンクリック設定は、薄っすら分かるくらい影響していた。160ミクロンの場合よりも目立たなくなっている。

積層表面の仕上がり
・手動と直付の場合で、プリント終わりの積層面が滑らかに仕上がっていた。

積層ピッチ50ミクロン

積層跡の影響
・3パターンどの場合も、積層跡が薄っすら分かるくらい造形に影響していた。
1０0ミクロンの場合よりも目立たなくなっている。

積層表面の仕上がり
・直付の場合で、プリント終わりの積層面が滑らかに仕上がっていた。

積層ピッチ25ミクロン

積層跡の影響
・3パターンどの場合も、積層跡が薄っすら分かるくらい造形に影響していた。1０0ミクロンの場合よりも目立たなくなっている。

積層表面の仕上がり
・直付の場合で、プリント終わりの積層面が滑らかに仕上がっていた。

積層跡の影響

どのサポート設定のパターンの場合でも、160ミクロンから25ミクロンになるにつれて積層跡が徐々に目立たなくなっていった。
25ミクロンでは、ほとんど積層跡がわからないくらいにプリントできていた。

積層表面の仕上がり

どのサポート設定のパターンの場合でも、160ミクロンから25ミクロンになるにつれて積層表面は徐々にきれいになっている。手動と直付の場合のプリント終わりの平らな面は、滑らかできれいに仕上がっている。

今回の検証結果を踏まえると、

とにかく滑らかで精度の高い立方体を作りたい場合

◾️積層ピッチ  25ミクロン

◾️サポート設定  直付

精度は普通でプリント時間を短く作りたい場合

◾️積層ピッチ  100ミクロン

◾️サポート設定  直付

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3Dプリントの参考にしていただけたらと思います。