3Dプリンターの光造形方式とは?方式別の特長

3Dプリンターの光造形の方式とは

樹脂材料の3Dプリンティング技術の一角を占める光造形方式。実はこの光造形にもさまざまな造形方式があります。光造形方式は基本的にUVレジンに紫外線を照射して1層ずつ硬化させて物体にする造形テクノロジーですが、SLA方式(ステレオリソグラフィー)、DLP方式(デジタルライトプロセッシング)といった方式があります。またSLA方式、DLP方式を進化させた新たな造形方式も登場しており、方式ごとに特長や性能が異なっています。

今回は光造形の方式にフォーカスし、方式ごとの特長やできることできないこと、おススメ機種などもご紹介します。

光造形代表する二つの方式 SLA方式とDLP方式

冒頭でご紹介したように光造形の方式にはSLA方式とDLP方式という二つの代表的な方式があります。UVレジンに紫外線を当てる基本的な原理は同じですが、特長はそれぞれ異なります。

SLA方式とは?高精細で細かい

SLA方式の仕組み

SLA方式はトレイにUVレジンを入れ、トレイの下からレーザービームを照射してプラットフォームに1層ずつ積層して形にする造形技術です。三次元のCADデータをスライスソフトで積層しデータをプリンターに送ると、そのスライス通りにレーザービームが照射され硬化します。造形が完了するとプラットフォームに吊り下げられて造形物が作られます。

吊り下げられて作られるためサポート材が必要になります。

SLA方式の長所

SLA方式の最大の特長は高精細で細かい造形ができる点です。数十ミクロンのレーザービームを照射しながら塗りつぶすように硬化していくため細かい造形が実現できます。

SLA方式の短所

SLA方式の短所(DLP方式と比較した場合)は、DLP方式に比べて若干造形スピードが遅いことです。またビーム上でレーザーを照射するため複数の造形物を1度に作る場合、若干造形時間が長くなります。

SLA方式の代表的メーカー

SLA方式の代表的なメーカーがFormlabsです。もともと開発したのは3Dsystemsですが、低価格化が進み現在世界的に圧倒的なシェアを誇っているのがFormlabsForm2Form3Form3Lなどの機種です。またのちにご紹介しますが、FormlabsではこのSLA方式を進化させたLFS方式という新たな光造形の方式を開発しました。

DLP方式とは?高速造形

DLP方式の仕組み

DLP方式の仕組みもトレイにUVレジンを入れ、トレイの下からレーザーを照射してプラットフォームに1層ずつ積層して形にする造形技術です。レーザーの照射にプロジェクターを使用するため、SLA方式のようにビームではなくで照射します。三次元のCADデータをスライスソフトで積層しデータをプリンターに送ると、そのスライス通りに硬化します。造形が完了するとプラットフォームに吊り下げられて造形物が作られます。

吊り下げられて作られるためサポート材が必要になります。

DLP方式の長所

DLP方式の最大の特長は造形スピードです。数十ミクロンの面積しかないビームを照射するのとは違い、スライスデータにのっとって一気に面で硬化できるため、造形のスピードが速くなります。また面で硬化するため、1個の造形物をプリントする場合も、複数の造形物を硬化する場合も造形時間は変わりません。

DLP方式の短所

DLP方式の短所は、SLA方式とは違い面ごとに積層していくため、造形物の形状によっては若干粗くなることがあります。また一部極小の穴などが開くケースがあります。

DLP方式の代表的メーカー

DLP方式は非常に多くのメーカーが存在します。また30万円以下の低価格な光造形方式はほぼDLP方式の3Dプリンターになります。

進化する二つの光造形方式

上記でご紹介したSLA方式とDLP方式の二つの光造形方式ですが、最近では開発が進みさらに特長を進化させた光造形方式が登場しています。

LFS方式:SLA方式の進化系

LFS方式とはSLA方式の進化系です。SLA方式でご紹介したFormlabsが開発した新技術でSLA方式の弱点を補い、さらに高精細と滑らかな仕上がりを向上させた技術です。

LFS方式とは?SLA方式との違い・改良点

LFS方式は、正式名称がLow Force Stereolithographyで、略すと小さい力のステレオリソグラフィーという意味です。

直訳すると意味が分かりずらいのですが、LFS方式は従来の光造形方式の問題点を克服する仕組みを実現しました。

従来の光造形方式の課題

従来の光造形方式の課題の一つが、ビルドプラットフォームから造形物を引き上げる際にかかる剥離力です。光造形方式は1層ずつ光を照射して硬化する際、造形物ができる土台を上下動しながら積層します。その際、レジンの液面から土台を引き上げる際に剥離力がかかります。この剥離力によって造形物が縦方向に引き延ばされる傾向にあります。

LFS方式の改良点

LFS方式はこの剥離力をレジンを入れるタンクをフィルム化することで極力小さくいものにすることに成功しました。これにより造形物のゆがみを抑え、より高品質な造形を実現した光造形方式になります。ちなみに、LFSLow Forceとは小さい力を意味し、剥離力を小さくしたSLA光造形方式という意味です。

もう一点、LFS方式では従来のSLA方式では実現することができなかった技術的改良があります。それがレーザービームの照射角度です。

従来のSLA方式はレーザービームをガルバノミラーに反射させて照射するため、造形物を作る場所によってレーザーが当たる角度が異なる場合があります。

このレーザーが当たる角度が異なることで、造形物の精度が一定にならず作る場所によって若干異なるという短所があります。

一方、LFS方式ではレーザービームをユニット化することによってどこで造形を行ってもレーザーが垂直に同じ角度で当たることが可能となります。そのため作る場所が異なっても常に一定の精度(25ミクロンの平面解像度)を実現することが可能となりました。

LFS方式の特長・メリット

LFS方式はSLA方式の進化した光造形方式として、従来のSLA方式にはないメリット、特長を発揮します。

高精細・滑らかさの向上

LFS方式はSLA方式に比べてさらに高精細、滑らかさが向上しました。特に従来のSLA方式と比べて平面の解像度が25ミクロンと一定になったことによって微細な表現が可能になりました。よりキメの細かい造形によって、積層跡が目立ちにくく、透明材料の透明度なども向上しています。

サポート材の除去が楽

光造形方式はサポート材が必ず必要になります。サポート材は造形物を支えるために必要な支えで、光造形方式では造形する材料と同じ材料でサポート材を使用します。サポート材を除去する際には通常ニッパーなどを使用して取り除きますが、造形物との接地面が極力小さい方が取り外しやすくなります。LFS方式ではこのサポート材の接地面も小さくすることに成功しました。

LFS方式の代表的な機種:Form3シリーズ

LFS方式はFormlabsが開発した新技術で、Form3Form3BForm3Lに搭載されている技術です。

Form3Form3LForm3Bは上記のLFSの実現によって高精細・滑らかさを実現するだけではなく、1台で複数の材料(18種類程度)が使用できます。

またレジン材料ごとのプリント設定がプログラムされていることで、ミスがほぼない非常に高い安定性を実現します。

CLIP方式:DLP方式の進化系

CLIP方式とはDLP方式の進化系です。DLPの高速造形をさらに進化させた技術です。現在はCarbon社によって保有される技術で、従来の“3Dプリンターよりも100倍速く造形すると話題になりました。

CLIP方式とは?DLP方式との違い・改良点

CLIP方式の代表的な機種:Carbonシリーズ

CLIP方式はCarbon社によって開発されている造形テクノロジーで硬化を阻害する酸素を取り除きレジンの内部で硬化をすることで飛躍的な造形スピードを実現しています。この新技術によって従来の3Dプリンターの常識を覆すスピードを実現しました。例えばCLIP方式を使って実際にアディダスがシューズのミッドソールを生産しています。

ちなみにCarbonも先にご紹介したLFS方式を開発したFormlabsもいずれもMIT出身の企業です。

画像出典/https://www.carbon3d.com/

光造形3Dプリンターの造形方式別の選び方

さて、これまで光造形3Dプリンターの各造形方式についてご紹介してきましたが、実際にどのような視点で選べばよいのでしょうか?

下記が改めて整理した一覧表ですが、実際に3Dプリンターを導入する際には、造形方式に加え、①安定性、②造形サイズ、③使える材料、④価格という要素が入ってきます。

そのため一概に造形方式別だけでは判断することができません。

そこで、i-MAKERでは上記の要素も加えた一覧表を作りました。

SLALFS方式一覧表

SLALFS方式ではほぼ、FormalbsForm2Form3、Form3Lが中心です。出荷台数も世界1位で、非常に高い安定性と高性能、1台で16種類~18種類の材料が使用できるのが魅力です。人気の理由はたくさんありますが、何よりも①かんたんで、②ミスがほぼなく、③高品質という点が大きいでしょう。

製品名

方式

造形サイズ

材料の種類

自動化

価格

Form2

SLA

145×145×175

18種類

(スタンダード~高強度、高耐熱、鋳造用など)

各種自動化によって高い安定性

263,000円(税別)

リフロービッシュ品のみ

ProJet 1200

SLA

43×27 ×150 mm

3種類

不明

4,900ドル(540,000円)

ノーベル 1.0A

SLA

128× 128×200 mm

8種類

200,000

Form3

LFS

145×145×185

18種類

(スタンダード~高強度、高耐熱、鋳造用など)

各種自動化によって高い安定性

641,000

Form3L

LFS

200×300×220

16種類(スタンダード~高強度)

各種自動化によって高い安定性

2,070,000

DLP方式一覧表

DLP方式は、ほぼ低価格帯の光造形3Dプリンターで占められています。20万円以下のDLP方式の光造形3Dプリンターははっきり言って、どれも違いはありません。DLPの解像度の違いをうたっていますが、品質に違いはなく、自動化されていないので、調整が大変です。

製品名

方式

造形サイズ

材料の種類

自動化

価格

ELEGOO Saturn 3Dプリンター

DLP

192×120×200 mm

4~5種類

(スタンダード系)

54,900

ANYCUBIC Photon Mono X

DLP

192×120×250 mm

4~5種類

(スタンダード系)

85,900

ANYCUBIC Photon Mono

DLP

130×80×165 mm

4~5種類

(スタンダード系)

36,999

ANYCUBIC Photon Mono SE

DLP

130×78×160 mm

4~5種類

(スタンダード系)

54,999

NOVA3D ELFIN3 MINI

DLP

120×65×150 mm

4~5種類

(スタンダード系)

20,999

CLIP方式一覧表

CLIP方式は完全に産業用、生産用に近い3Dプリンターです。Carbon社からは3機種登場していますが、どれも高速&高強度&用途特化型の材料です。ただ生産目的で多量にプリントすることを目的に開発されているため、契約が売り切りではなくサブスクリプションという珍しいビジネス展開をしています。

製品名

方式

造形サイズ

材料の種類

自動化

価格

M1

CLIP

141 ×79× 326 mm

24種類

(スタンダード系~高強度、歯科用まで)

年間約400万円~(サブスクリプション)

M2

CLIP

189×118 ×326 mm

24種類

(スタンダード系~高強度、歯科用まで)

年間約400万円~(サブスクリプション)

L1

CLIP

400×250× 460 mm

24種類

(スタンダード系~高強度、歯科用まで)

年間約400万円~(サブスクリプション)

まとめ 造形方式別でのおススメは?

これまで光造形方式について造形方式別についてご紹介してまいりましたが、用途や予算によって選ぶことが重要です。CLIP方式のCarbonは完全に生産の代替手段としてでなければ、コストが合いません。また、安価なDLP方式は初期導入コストは安いですが、導入後、調整やミスプリント時のリカバリなどを自ら行わなければなりません。価格帯と安定性、簡単手軽さなどバランスを考えるとForm2Form3がおススメです。

2022.1.27 投稿者:hananma

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