光造形3Dプリンターの概要とその魅力
光造形3Dプリンターは、液体のレジンを光で硬化させるタイプの3Dプリンターです。その特徴は、高精細で複雑な形状の造形が可能であること。さらに、透明や柔軟性を持った様々な材料を利用できる点も大きな魅力です。本ガイドでは、光造形3Dプリンターの基本原理から、おすすめ機種、活用事例、メリット・デメリット、あると便利なものまでを徹底解説します。あなたのニーズに合った光造形3Dプリンターを見つけ、効果的な活用法を探求しましょう。
光造形3Dプリンターの基本
光造形3Dプリンターは、紫外線の光を用いてレジンを硬化させ、立体物を作り出す造形方式です。ここでは、その基本的方式や原理と種類について解説します。
光造形技術の原理と種類
光造形の方式には主に二つの種類があります。一つは、SLA（Stereolithography）で、光源としてレーザービームを使用してレジンを硬化させます。もう一つは、DLP（Digital Light Processing）で、光源としてプロジェクターを用いてレジンを硬化させる方式です。どちらも、光硬化性樹脂と呼ばれる、紫外線（UV）や可視光線に反応して硬化する樹脂を使用します。
SLAとDLPの違い
SLAとDLPは、違いがいくつかの点が挙げられます。光源の違いが主な相違点ですが、SLAではレーザーを用いて樹脂を硬化させるため、高い精度が特長で、DLPはプロジェクターを用いて一度に大きな面積を硬化させるため、造形速度が速いのが特徴です。ただし、解像度はプロジェクターの画素数に依存します。またDLPと似た方式でLEDを光源として使用するLCD方式もあります。LCDは低価格機種が中心です。
新たな方式 LFS、CLIPなど
最近では、より高速かつ高精度な光造形技術が登場しています。LFS（Low Force Stereolithography）は、Formlabsの技術で従来のSLA技術を改良し、造形中の力を低減させることで、より精密で複雑な形状の造形が可能になっています。また、CLIP（Continuous Liquid Interface Production）は、DLP方式を利用しながら、樹脂を硬化させる過程を連続的に行うことで、高速かつ滑らかな造形を実現しています。これらの新技術は、光造形3Dプリンターの可能性をさらに広げる要素となっています。
光造形3Dプリンターの特長とメリット
光造形3Dプリンターは、その高い精度と複雑な形状の造形能力から、多くの分野で活用されています。ここでは、光造形3Dプリンターの主な特長とメリットについて詳しく解説します。
高精細で滑らかな表面仕上げ
光造形3Dプリンターの最大のメリットの一つは、高精細で滑らかな表面仕上げが得られることです。光硬化性樹脂を使用することで、従来のFDM（Fused Deposition Modeling）方式の3Dプリンターでは実現が難しい、細かいディテールや曲面を表現できます。また、レイヤーの厚さが非常に薄く設定できるため、滑らかな表面が得られるのが特徴です。
複雑な形状の製作が可能
光造形3Dプリンターは、紫外線でレジンを硬化させる際、サポート材といわれる支柱を用いることで、浮遊するような複雑な形状や、内部に空間を持つ構造物も造形することが可能です。このため、従来の製造方法では困難だったデザインの実現が可能になり、製品開発や研究開発などの分野で大きなメリットが生まれています。
透明材料
光造形3Dプリンターは、透明な光硬化性樹脂を用いることで、透明度の高いプリントが可能です。これにより、光学部品やレンズなどの試作品の作成や、アート作品、模型の透明パーツなど、透明性が求められる用途での利用が増えています。また透明な造形物は、表面の研磨やコーティングでさらに透明度をUPします。
豊富な材料
光造形3Dプリンター用の光硬化性樹脂は、機能性や特性に応じて多様な種類が開発されています。例えば、強度や耐熱性が高いレジン、柔軟性や耐衝撃性があるレジン、生体適合性や歯科用のレジン、透明性が高いレジン、耐候性があり量産グレードで使用できうものなど、幅広い用途に対応した樹脂が利用できます。これにより、光造形3Dプリンターは、より多くの分野で活用されるようになっています。
造形時間と生産性
光造形3Dプリンターは、従来のFDM方式に比べて、造形時間が短縮される場合があります。これは、光造形方式では、一度に複数の層を硬化させることができるためです。ただし、造形時間は使用する樹脂や機器の性能、造形物の形状や大きさによって異なります。また、一部の光造形3Dプリンターでは、連続的な造形（LFSやCLIP方式）が可能で、さらに高速な造形が実現できます。これにより、短期間での試作や小ロット生産が可能となり、生産性の向上につながります。
これらの特長とメリットから、光造形3Dプリンターは、プロトタイプの製作や試作品の開発、デザイン確認、小ロット生産など、様々な用途で活用されています。また、高精細で複雑な形状の造形が可能であるため、製品開発や研究開発、アートやデザインの分野においても大変重宝されています。
光造形3Dプリンターのデメリットと注意点
光造形3Dプリンターは、その高精細さや複雑な形状の造形能力から多くの利点がありますが、デメリットや注意点も存在します。これらの問題を理解し、適切な対処法を用いることで、より効果的な造形が可能になります。
サポート材の跡
光造形3Dプリンターで造形する際、オーバーハングや空中に浮いた部分を支えるために、サポート材が必要となります。しかし、造形後にサポート材を取り除く際に、表面に跡が残ることがあります。これを解決するためには、サポート材の取り除き方や後処理技術を磨くことが重要です。また、設計段階でサポート材が最小限になるよう配慮することも効果的です。
カップ形状の課題
光造形3Dプリンターは、カップ形状の物体を造形する際に問題が発生することがあります。これは、カップ内部の空気が抜けずに圧力がかかり、造形物がゆがんだり、線が入ったり変形することがあります。この問題を解決するためには、設計段階でカップ内部に通気孔を設けたり、造形時の向きや配置を工夫することが求められます。
耐候性の課題
光造形3Dプリンターで使用されるレジンは、紫外線や湿気に弱いことが一般的です。これにより、屋外での使用や長期間の保存に適さない場合があります。耐候性を向上させるためには、特別な耐候性レジンを選択するか、造形物に塗装やコーティングを施すことが効果的です。また、樹脂の性質を理解し、用途に応じて適切な樹脂を選択することが重要です。
光造形3Dプリンターの活用事例・作れるもの
光造形3Dプリンターは、その高い精度と複雑な形状の再現性から、さまざまな分野で幅広く活用されています。本章では、光造形3Dプリンターの活用事例や作れるものを紹介します。
製品の試作開発
製品開発においては、試作品が重要な役割を果たします。光造形3Dプリンターを用いることで、高精細で複雑な形状の試作品を短期間で作成することが可能です。これにより、デザインや機能性の確認・改善が容易になり、製品開発のスピードアップにつながります。
小ロット量産
光造形3Dプリンターは、小ロットの量産にも適しています。一般的な金型を用いた量産と比較して、光造形による量産は迅速でコスト効率が高いため、小ロットの製品やカスタマイズされた製品の生産に適しています。小ロット量産では、耐候性などが高く劣化しない材料が必要です。
教育用途と研究開発
教育現場や研究機関では、光造形3Dプリンターを用いて教材や研究モデルの作成が行われています。高い精度や複雑な形状の再現性が求められる医学や生物学、建築学などの分野では、光造形3Dプリンターが特に活躍しています。
樹脂金型での活用
光造形3Dプリンターは、樹脂金型の作成にも利用されています。樹脂金型は、金属製の金型よりもコストが低く、短期間で作成できるため、試作品や小ロット生産の金型として活用されています。光造形のレジンは金型で使用される熱可塑性樹脂とは異なる物性なためくっつきません。
フィギュア・模型・ジオラマ系
光造形3Dプリンターは、フィギュアや模型、ジオラマの製作にも適しています。高い精細さと複雑な形状の再現性により、リアルな表現が可能です。趣味の模型製作やプロの模型師にも、光造形3Dプリンターは広く支持されています。
部品・パーツ系
光造形3Dプリンターは、機械部品や電子部品などの製作にも利用されています。高い精度と複雑な形状の再現性が求められる部品製作において、光造形3Dプリンターは優れた性能を発揮します。また、耐熱性や強度のある特殊な樹脂を用いることで、実用レベルの部品製作も可能です。
光造形3Dプリンターは、その高い精度と複雑な形状の再現性から、さまざまな分野で幅広い活用が可能です。製品の試作開発や小ロット生産、教育用途、樹脂金型の製作、フィギュアや模型、部品・パーツ製作など、多様な用途で光造形3Dプリンターが支持されています。これらの活用事例を参考に、自分のニーズに合った光造形3Dプリンターの活用方法を見つけてみてください。
光造形3Dプリンターに必要なもの
光造形3Dプリンターを始めるには、いくつかの基本的な機器と材料が必要です。
基本的な機器と材料
まず、光造形3Dプリンター本体を選びましょう。機種によっては、専用の樹脂も必要となります。樹脂は、一般的なものから特殊な用途向けのものまで様々な種類がありますので、用途に合わせて選びましょう。
オプション機能や付属品
光造形3Dプリンターの利便性を向上させるオプション機能や付属品もあります。例えば、自動洗浄機は、造形物を手作業で洗浄する手間を省き、効率的に作業を進めることができます。
さらに、光造形3Dプリンターを活用する際には、適切な環境や設置場所も考慮する必要があります。特に、樹脂が光や熱に影響を受けやすいため、直射日光の当たらない場所や、温度・湿度が一定の環境での使用が推奨されます。また、作業中に発生する樹脂の臭いに配慮して、換気の良い場所での使用が望ましいです。
光造形3Dプリンターの値段・価格
光造形3Dプリンターは、その性能や機能によって価格帯が大きく異なります。本章では、価格帯別の機種比較とランニングコストや維持費について解説します。
価格帯別の機種比較
低価格帯（1万円～20万円）
低価格帯（1万円～20万円）の光造形3Dプリンターは、初心者や趣味で3Dプリントを行う人に向けたエントリーモデルが主流です。これらの機種は、価格が手頃であることから手軽に始められますが、造形サイズや精度は限定されることが多いです。また操作方法も設定が難しい場合があります。
中価格帯（20万円～100万円）
中価格帯（20万円～100万円）の光造形3Dプリンターは、プロフェッショナルや中小企業、教育機関などで利用されることが多く、性能とコストのバランスが良い機種が揃っています。これらの機種では、高精度な造形や大型の造形物が作成できることが多いです。
高価格帯（100万円以上）
高価格帯（100万円以上）の光造形3Dプリンターは、大規模な企業や研究機関での利用が一般的で、最高品質の造形や特殊な材料を用いた造形が可能です。また、大型サイズや連続造形が可能な機種もあり、生産性の向上が期待できます。
ランニングコストと維持費
光造形3Dプリンターのランニングコストは、主に樹脂の価格や消耗品の交換によって決まります。樹脂の価格は、一般的な樹脂で3,000円～10,000円/kg程度、特殊樹脂では10,000円以上/kgとなることがあります。また、光造形3Dプリンターは、レジンタンクやFEPフィルムなどの消耗品が必要になり、これらの交換もコストに影響します。
維持費に関しては、定期的なメンテナンスや部品交換が必要になることがあります。特に、光源の交換は高額になることがあるため、購入前に機種ごとの維持費を確認しておくことが重要です。また、オプション機能やアフターサービスも維持費に影響する要素となります。例えば、自動サポート生成機能や高速連続造形機能など、付加価値を提供するオプションがある機種は、初期投資が高くなる場合がありますが、長期的には効率化やコスト削減につながることがあります。
光造形3Dプリンターの価格やランニングコスト、維持費は、購入を検討する際の重要なポイントです。用途や予算に合った機種を選ぶことが、効果的な3Dプリント活用のカギとなります。
光造形3Dプリンターのレジン材料
光造形3Dプリンターで使用される主要な材料は、レジンと呼ばれる液体樹脂です。レジンは、紫外線や光によって硬化する性質を持っており、3Dプリントの過程で様々な形状に成形されます。
レジンの種類と特徴
レジンには様々な種類があり、用途や特性に応じて選ぶことが大切です。一般的なレジン種類には、標準レジン、柔軟性のあるレジン、耐熱性レジン、透明レジン、耐衝撃レジンなどがあります。
レジンの選び方と注意点
レジンを選ぶ際は、まず目的や用途に合った特性を持つものを選ぶことが重要です。また3Dプリンターがそのレジンに対応しているかどうかも事前に確認する必要があります。また、特定の用途向けに開発されたレジンも存在し、歯科用やジュエリー鋳造用などの専門性の高いレジンもあります。
光造形3Dプリンターの後処理
光造形3Dプリンターで出力したオブジェクトは、出力後にいくつかの後処理が必要です。基本的な後処理手順は以下の通りです。
後処理の基本手順
洗浄
洗浄は、3Dプリントされたオブジェクトの表面に付着した未硬化のレジンを取り除く工程です。洗浄には、専用の洗浄液（エタコールやイソプロピルアルコールやエタノールなど）を使用し、浸漬するか、専用の洗浄器具を用いて洗浄します。洗浄後、洗浄液を十分に揮発させるため、乾燥させます。
洗浄後の廃液は産業廃棄物処理扱いとなります。便利な廃液処理かんたん引き取りサービスをご利用いただくことで、廃液の処理の手間を減らし、産業廃棄物処理のコストを減らします。
提供から廃棄までワンストップ！手間いらずでエコな3Dプリンター洗浄液サービス
樹脂製品の洗浄に使用される洗浄液は、環境に配慮されたものや効率的な洗浄が行えるものが用意されています。また、お手軽な洗浄サービスも利用可能です。
二次硬化
二次硬化は、3Dプリント後のオブジェクトをさらに硬化させる工程です。これにより、物体の強度や耐久性が向上します。二次硬化は、UVライトを照射することで行われます。市販やメーカー純正のUV硬化装置や、自然光を利用した硬化も可能ですが、UV硬化装置を使用した方が、より効率的で均一な硬化が得られます。硬化時間は、使用するレジンや硬化装置によって異なりますので、製品の指示に従って適切な時間を確保しましょう。
後処理は、3Dプリントの品質や見た目に大きく影響するため、正確な手順を踏むことが重要です。これらの工程を経て、光造形3Dプリンターで出力したオブジェクトの品質が向上し、より完成度の高い製品が得られます。
コツと注意点
光造形3Dプリンターにはさまざまなコツや注意点があります。
プリント設定とサポート材
光造形3Dプリンターでのプリント品質を向上させるために、適切な設定とサポート材の使用が重要です。レイヤーの厚さや曝光時間を調整することで、精度や表面品質を向上させることができます。また、傾斜やオーバーハング部分にはサポート材を適切に配置することで、ディテールが損なわれずに出力できます。
失敗例と対策
光造形3Dプリンターで失敗する場合は、以下のような原因が考えられます。
レジンの充填不足: レジンタンクを適切な量で保つことが重要です。
部品の剥離不良: ビルドプラットフォームとオブジェクトがうまく接着しない場合、プラットフォームの清掃やレベリングを見直しましょう。
サポート材の不足: 傾斜やオーバーハング部分に十分なサポート材を配置しましょう。
これらの失敗例を踏まえ、適切な対策を行うことで、品質の高いプリントが可能になります。
ビルドプラットフォームの剥がし方
3Dプリント後、オブジェクトをビルドプラットフォームから剥がす際には、注意が必要です。まず、付属のスパチュラや専用の剥がし道具を使用し、オブジェクトとプラットフォームの間に挿入します。力を入れすぎず、ゆっくりと剥がしていくことで、オブジェクトにダメージを与えずに剥がすことができます。剥がした後は、プラットフォームを清掃し、次のプリントに備えましょう。
おすすめの光造形3Dプリンター機種と選び方
用途に応じた機種選びのポイント
光造形3Dプリンターを選ぶ際は、用途や予算、造形物のサイズや精度など、様々な要素を考慮する必要があります。また、機器の使いやすさやアフターサポートも重要な要素です。最適な機種を選ぶために、まずは用途を明確にし、必要な機能や性能をリストアップしましょう。
| 予算 | 価格帯で光造形3Dプリンターのできることは大きく異なります。 |
| 用途 | 試作品・パーツ、量産グレード、透明など用途を明確にすると選びやすくなります。 |
| 使いやすさ | 機種によって自動化されていたり、アナログだったり、使いやすさが大きく異なります。 |
| 対応材料 | そのレジンが使用できるだけではなく安定してプリントできるかどうかも判断ポイントです。 |
| アフターサポート | 不具合時の対応や造形アドバイスなど、3Dプリンター購入後のアフターサポートも重要です。 |
主要メーカーと人気機種の紹介
光造形3Dプリンターの主要メーカーには、Formlabsや3Dasysmtesなどがあります。FormlabsのForm 3＋は、高精細で滑らかな造形が特長で、かつプリント設定が簡単な点から使いやすさが評価されており、プロフェッショナルから趣味まで幅広い用途に対応しています。3DsystemsのFigure4は量産品として使用できる高品質が特長で、最終品の製造に人気があります。
大型サイズのおすすめ光造形3Dプリンター
大型の造形物が必要な場合は、大型サイズに対応した光造形3Dプリンターが必要です。FormlabsのForm3Lは最大300×330×200ｍｍのサイズまで対応しており、大型サイズの造形物にも対応しつつ、高精細で高品質な出力が可能です。
Form3L
Form3LはForm3＋よりも造形サイズが大型の光造形3Dプリンターです。造形サイズが300×330×200ｍｍの大型造形が可能で、Form3＋と同様のレジン（キャスタブル系以外）が使用可能です。
量産グレードのおすすめ光造形3Dプリンター
量産に適した光造形3Dプリンターは、生産性が高く、信頼性も重視されます。特に材料が劣化せず、耐候性や靭性、強度など成形品レベルの強さが求められます。３DsystemsのFigure4は、それらの要求に応える優れた性能を持ち、量産での利用に適しています。
Figure4
Figure4は3Dsystemsの光造形3Dプリンターです。1台で11種類のレジン材料に対応しており、より高精度でかつ高強度な3Dプリントができます。また経年による寸法の劣化が極めて少なく最終品製造に適した3Dプリンターです。
歯科用・生体適合のおすすめ光造形3Dプリンター
特殊な材料や高精度が求められるため、対応した光造形3Dプリンターが必要です。歯科用途におすすめの機種は、FormlabsのForm 3BやEnvisionTECのVida。これらの機種は、歯科用途に特化した高精度な出力や、専用の生体適合材料に対応しています。
Form3Ｂ＋
光造形プリンターで、高い精度と速度を持ち、歯科用途に特化した生体適合レジンに対応しています。歯科技工物や歯科用ガイドの製作に最適です。
ジュエリー鋳造用のおすすめ光造形3Dプリンター
ジュエリー鋳造用途では、高い精度と微細なディテールが求められます。また、鋳造用ワックス材料に対応した機種が必要です。FormlabsのForm3＋や、Figure4のジュエリー対応材料を使用すると、鋳造性が高く、直接データから微細なワックスモデルを作ることが可能です。
Form3＋
Form3＋は光造形3Dプリンターの中でも代表的な機種です。1台で18種類の材料が使用でき、非常に高い安定性を誇っています。LFSテクノロジーによって高精細で滑らかな3Dプリントが可能です。
Figure4
Figure4は3Dsystemsの光造形3Dプリンターです。1台で11種類のレジン材料に対応しており、より高精度でかつ高強度な3Dプリントができます。また経年による寸法の劣化が極めて少なく最終品製造に適した3Dプリンターです。
光造形3Dプリンター選びは、用途や要求される性能、予算など多くの要素を考慮する必要があります。この章で紹介した機種や選び方のポイントを参考に、自分に適した光造形3Dプリンターを見つけてください。そして、光造形3Dプリンターの高い精度と柔軟性を活かして、素晴らしい3Dプリント作品を生み出してください。
光造形用レジンに関するお問い合わせとテストプリント
専門家に相談する
光造形3Dプリンター用のレジンを利用する際に、疑問や悩みが生じることがあります。そんなときは、是非i-MAKERの専門家に相談しましょう。弊社では3Dプリンターに関するさまざまな情報源があります。専門家のアドバイスを活用することで、問題の解決やスキルの向上が期待できます。
3Dプリンターの疑問・不安、お答えします！
「3Dプリンターのことがわからない」、「初めて導入するにはどの機種を選んだら良いのかわからない」、「価格帯と性能の違いがわからない」など3Dプリンターに関する疑問、不安にお答えします！お気軽にご相談ください。
TEL:042-444-7220
ZOOMも対応しております。
テストプリントの依頼方法
光造形3Dプリンターレジンを使用する前に、テストプリントをおすすめします。I-MAKERでは、テストプリントのサービスを提供しています。是非実際の出力品質や適合性を確認するためにご利用ください。
