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？

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。

できるだけサポート材の影響を受けずにきれいなカップを作りたいと思いますので、直付のパターンをメインに、できるだけサポート材を減らした手動プリントのパターンとを比較検証していきます。

1.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

※カップ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設定しています。

2 .直付プリント（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)

※サポート設定をしないでカップ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。

検証2 : カッピングはどこまで造形に影響が出るのか？

＜カッピングとは＞
カッピングとは、光造形法のプリントが逆さまになる時に起きる現象で、Form3の光造形法で空洞のある造形を３Dプリントする場合に、注意しなければなりません。

先程お伝えしたように、Form3は反転方式の光造形3Dプリンターです。プリントする造形に空洞または凸面があると、その部分がプリント中に空気を閉じ込める吸引カップとなり、造形を破裂させてしまうことがあります。タンクに浸かったビルドプラットフォームが持ち上がる時に、カップ内の空間が大きくなりカップ内の空気圧が下がり真空状態になっていきます。そして周りの壁が内側に密着されすぎてしまい、圧力に耐えきれずに内側に曲がってしまいます。この現象をカッピングと言います。空気の逃げ場が無くなり、造形が破裂や潰れてしまうことがあります。

※カッピングを解決しないままプリントすると、「ブローアウト」と呼ばれることが多い破裂が起き、プリント
が失敗する原因になります。

今回の検証では、このカッピングの現象がどこまで造形に影響が出るのかを見ていきたいと思います。
カッピングは、３DソフトウェアのPreFormでプリントの設定をする時に、確認することができます。

＜カッピングを解決する為には＞

●空気を逃す穴を開ける
造形に影響が出ないように3Dデータに穴を開ける方法、見た目の精度は上がるが造形に穴が開いてしまう。

●造形を半分ずつプリントして接合
造形を半分ずつプリントして後で造形を接合させる方法、継ぎ目がどうしても残ってしまうが穴は開かない。

今回は、カッピング現象の影響を見たいので、手動プリントと、直付プリントで検証していきます。
実際に、プリントする内容でPreFormのカッピングを確認していきましょう。

1 .手動プリント

こちらが、カッピングを解消する為にカップに穴を開けた3Dデータになります。

2 .直付プリント（サポート設定なし)

カップ症状が出ていますが、そのまま直付プリントで進めていきます。

カップの3Dプリント結果

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＞

パターン1.円形カップ小 1mm(直付)

・表面の仕上がりは、少しザラザラしています。精度で見ると直付の始まり部分が少し広がっています。
・寸法精度で言うと、外側の寸歩が縦に0.4mm縮んでしまいました。内側の円の寸法は、円の直径が0.１mm縮みました。
・底面と内側の角の仕上がりは、底面の角がきれいに出ています。内側部分の角もきれいに出ています。
・カップの縁の仕上がりは、きれいに出ています。

パターン1.円形カップ大 1mm(直付)

・表面の仕上がりは、滑らかに仕上がっています。精度で見ると直付の始まり部分が少し広がっています。
・寸法精度で言うと、外側の寸歩が縦に0.3mm縮んでしまいました。内側の寸法は、内側の円の寸法は,縦に0.1mm、横に0.3mm縮んでしまいました。
・底面と内側の角の仕上がりは、底面の角がきれいに出ています。内側部分の角もきれいに出ています。
・カップ縁の仕上がりは、きれいに出ています。

パターン2.円形カップ小 1mm(手動)

・表面の仕上がりは、滑らかに仕上がっています。精度で見ると形状に少し歪みが出てしまいました。
・寸法精度で言うと、外側の寸歩が縦に0.1mm縮んでしまいました。内側の円の寸法は,縦に0.2mm、横に0.7mm縮み円が歪んでしまいました。
・底面と内側の角の仕上がりは、底面のサポート材の面の角が変形して丸くなってしまった。内側部分の角はきれいに出ていました。
・カップ縁の仕上がりは、きれいに出ています。

パターン2.円形カップ大 1mm(手動)

・表面の仕上がりは、ザラザラに仕上がっている。精度で見ると形状に少し歪みが出てしまいました。
・寸法精度で言うと、外側の寸歩が縦に0.3mm縮んでしまった。内側の円の寸法は,縦に0.1mm、横に0.5mm縮み円が歪んでしまいました。
・底面と内側の角の仕上がりは、底面のサポート材の面の角が変形して丸くなってしまいました。一部に剥がれたような影響が見られました。内側部分の角はきれいに出ていました。
・カップ縁の仕上がりは、きれいに出ています。

パターン3.円形カップ大 3mm(直付)

・表面の仕上がりは、一部表面が滑らかに仕上がっている。精度で見ると直付の始まり部分が少し広がっています。
・寸法精度で言うと、外側と内側の寸法は、ほぼ寸法通りの精度でプリントできました。
今回の検証の形状パターン中で一番きれいにプリントできました。
・底面と内側の角の仕上がりは、底面の角がきれいに出ています。内側部分の角もきれいに出ています。
・カップ縁の仕上がりは、とてもきれいに出ている。3mmと厚みにある形状だったので、縁の面の影響が分かりやすく滑らかに出ていました。

パターン3.四角カップ 3mm(直付)

・表面の仕上がりは、とても滑らかに仕上がっている。精度で見ると直付の始まり部分が少し広がっています。今回の検証の形状パターンの中で、一番表面がきれいにプリントできました。
・寸法精度で言うと、外側の寸法が横に0.2mmのびた。内側の寸法は、ほぼ寸法通りでプリントできました。
・底面と内側の角の仕上がりは、底面の角がきれいに出ている。内側部分の角もきれいに出ています。
・カップ縁の仕上がりは、とてもきれいに出ている。3mmと厚みにある形状だったので、縁の面の影響が分かりやすく滑らかに出ていました。

今回のプリント結果を表にまとめたものです。

検証2: カッピングはどこまで造形に影響が出るのか？

＜結果＞

今回比較検証した直付プリントと、手動プリントで、3Dプリントしたパターン別に結果を見ていきましよう。

パターン1.円形カップ小 1mm(直付)

・カッピングを解決せずに直付プリントしましたが、寸法が縦に縮んでしまいました。
・積層跡の影響は、外側と内側にも出ていました。
・特にカップ外側の下部分に濃い積層跡が見られました。
・カッピングにより、特に造形始まり部分に大きく圧力がかかり、圧縮により造形が歪んでしまいました。
・直付部分が圧力により潰れて広がった造形になってしまいました。

パターン1.円形カップ大 1mm(直付)

・カッピングを解決せずに直付プリントしましたが、寸法は全体的に縮んでしまいました。
・積層跡の影響は、外側と内側に薄っすら出ていました。
・カップ外側の下部分に段差の積層跡が見られました。
・造形に、縦にラインが入ってしまいました。
・カッピングにより、特に造形始まり部分に大きく圧力がかかり段差ができ、圧縮により造形も歪んでしまいました。
・直付部分が圧力により潰れて広がった造形になってしまいました。

パターン2.円形カップ小 1mm(手動)

・空気穴を開けてプリントしましたが、寸法が縦に縮み、カップの円も縦横に歪んでしまいました。
・積層跡の影響は、外側と内側に薄っすら出ていました。
・カッピングにより、圧力がかかり圧縮して造形が大きく歪んでしまいました。
・穴は塞がらずにプリントできていたが、サポート材の影響なのか穴の効果はそこまで感じられませんでした。

パターン2.円形カップ 1mm(手動)

・空気穴を開けてプリントしましたが、寸法が縦に縮み、カップの円も縦横に歪んでしまいました。
・積層跡の影響は、外側と内側に圧縮された積層跡が目立ちました。
・カッピングにより、圧力がかかり圧縮して造形が大きく歪んでしまいました。
・穴は塞がらずにプリントできていたが、サポート材の影響なのか穴の効果はそこまで感じられませんでした。

パターン3.円形カップ大 3mm(直付)

・カッピングを解決せずに直付プリントしましたが、寸法はほぼ寸法通りにプリントできました。
・積層跡の影響は、外側と内側に薄っすら出ていました。
・カップ外側の下部分に濃い積層跡が見られました。
・造形に、縦にラインが入ってしまった。特に内側部分の方が目立ちます。
・カッピングの影響は、今回の検証では一番影響がなくプリントができました。
・直付部分が圧力により潰れて広がった造形になってしまいました。

パターン3.四角カップ 3mm(直付)

・カッピングを解決せずに直付プリントしましたが、寸法が少しだけ歪んでしまいました。
・積層跡の影響は、ほとんど見られません。
・カップ外側の下部分に積層跡の段差が見られました。
・カッピングにより、特に造形始まり部分に圧力がかかり、圧縮により造形が歪んでしまいました。
・直付部分が圧力により潰れて広がった造形になってしまいました。
・円形のカップよりもカッピングの影響が少なくプリントできていました。

今回のプリント結果を表にまとめたものです。

今回３Dプリントした6種類のカップの造形時間と材料コストの一覧表になリます。
※今回の検証の場合は、4回に分けてプリントをしています。