3Dプリント: 基礎と仕組み
3Dプリントは多くの人にとってSFのように聞こえるが、デスクトップ3Dプリンターはすでに趣味の部屋、オフィス、学校で活躍しています。この記事は3Dプリントの世界への入門を提供します。
Quelle: 独自の表現
3Dプリントの基礎
3Dプリントは、ブロックを削って成形するのではなく、層ごとに積み上げて物体を作る加工法です。別名として 付加製造. 3Dプリントにはデジタルの3Dモデル、3Dプリンター、材料が必要です。材料は通常プラスチックフィラメントまたは液体レジンです。プリンターはデジタルモデルを仮想的に薄い層に分割し、それを層ごとに実体として積み上げて再構築します。
最も一般的な技術：FDM（フィラメント印刷）
初心者にとっては FDM（溶融堆積成形） 最も関連性の高い技術です。FDMプリンターは世界で最もよく使われている3Dプリンターで、手頃で操作も比較的簡単だからです。
FDMの仕組み:
- フィラメントのロール（例: PLA）を挿入します。
- フィラメントをノズルで加熱して軟らかくします。
- ノズルがプリントベッドの上を移動し、最初の層を載せます。
- プリントベッドが下がる（またはプリントヘッドが上がる）と、次の層がのせられます。
- 最終的に硬い3Dオブジェクトが完成します。
FDMプリンターは、正確で自動化されたホットグルーガンのようなものとして理解できます。
Quelle: 3d-drucker-test.eu
FDM型3Dプリンターの構成: ここには Ultimaker 2 の主要なコンポーネントを紹介します。
他の印刷方法を短く紹介
- SLA / DLP / MSLA (Resin-Druck): ここでは液体の樹脂を光で硬化させます。利点は非常に細かなディテールが得られ、ミニチュアやフィギュアに最適な点です。欠点は樹脂の取り扱い、アルコールやUV光による後処理、匂いなどです。 (Formlabs)
- SLS / MJF (Pulverdruck): 粉末（プラスチックまたは金属）はレーザーや熱で結合されます。これらの工程は産業用・プロフェッショナル分野に位置づけられます。 (Sinterit 3D Drucker und Zubehör)
家庭での入門としては、FDMが引き続き最適な選択です。
材料にはどんな種類があるのですか？
初めのうちは、特に次の2つの材料が重要です：
- PLA: 生物由来のプラスチックで、主にトウモロコシのデンプンから作られます。非常に印刷が容易で、フィギュア、装飾品、ホルダー、プロトタイプに理想的です。
- PETG: PLAよりやや粘りがあり、耐熱性も高い。荷重に耐える部品、例えばアウトドア用ホルダーに適しています。
ABSやTPU（柔軟性のある素材）などの材料も利用可能ですが、PLAを使えば多くの初心者向けプロジェクトを実現できます。 (weerg.com)
3Dプリントを始める
3Dプリントを始めるには、いくつかの基本的なものが必要です：
1. 初心者向けの3Dプリンター（FDM）
初心者モデルの典型的な特徴は以下のとおりです：
- 印刷範囲は約220×220×250 mmです。
- オープン設計または半オープンの筐体。
- 自動または半自動ベッドレベリング。PLAのサポート、しばしばPETGも対応。 (3DJake Schweiz)
2. フィラメント（PLA）
多くの小さなプロジェクトにはPLAフィラメント1巻で十分です。後でさまざまな色や材料を試すことができます。
3. スライサーソフトウェア
スライサーは3Dモデルを層と印刷指示（Gコード）に翻訳するプログラムです。代表的な例としてCura、PrusaSlicer、Bambu Studioがあります。
4. 3Dモデル
無料の3Dモデルが掲載されたプラットフォームがあります（例：ペン立て、部品、フィギュア）。モデルは STL ファイルとしてダウンロードしてそのまま印刷できます。
典型的なワークフロー – モデルから完成部品へ
デジタルモデルから物理オブジェクトへのプロセスは、いくつかの段階を含みます：
- モデルを入手するか作成する： ファイルは通常 .stl または .3mf 形式で保存されています。
- スライサーに読み込む： プリンターと材料（例：PLA）を選択し、解像度/品質を設定します。
- スライスしてGコードを保存： スライサーは層を計算し、Gコードを生成します。
- プリンターに読み込む： これは機器によって、SDカード、USBメモリ、またはネットワーク経由で行われます。
- 印刷開始： ベッドとノズルが加熱され、フィラメントが供給され、印刷が開始します。
- 後処理： 必要なら、サポート材を取り除き、必要に応じて研磨・塗装・組み立てを行います。
Quelle: darc.de
3Dプリントプロセス: アイデアから完成品へ。
限界と応用
3Dプリントには多くの可能性がありますが、注意すべき制限もあります。
限界はどこにあるのですか？
3Dプリントは魔法のトリックではなく、それぞれ固有の特性があります：
- 所要時間： 大きな印刷は6〜12時間以上かかることがあります。
- 表面： FDMプリンターでは、層がしばしば見えることがあります。特に丸い形状で目立ちます。 (Formlabs)
- 機械系と保守： ノズルは詰まりやすく、プリントベッドの合わせやベルトのテンション調整が必要です。
- 設計： 非常に特殊な部品には、最終的には自分でCADで設計する必要があります。
3Dプリントは何に使えますか？
3Dプリントの適用範囲は多岐にわたります：
- スマホ用またはコントローラ用ホルダー
- 机や作業場用オーガナイザー
- 予備部品（クリップ、ホルダー、ボタン）
- ミニチュアとフィギュア
- 電子機器プロジェクト用のケース
- 学習モデル（例：分子、解剖学、建築）
多くの企業が3Dプリントをプロトタイプ作成や量産にも利用しています。 (Wikipedia)
Quelle: ユーザー追加
FDM型3Dプリンターの構成: ここには Ultimaker 2 の主要なコンポーネントを示します。
初心者向けの結論
もし手作業や器用さを楽しみ、技術的な問題を解決したり自分のものを設計したりしたい場合、3Dプリントは魅力的な選択肢です。一定の学習曲線はありますが、手頃な入門機器と大規模なコミュニティのおかげで、今では始めるのが以前よりも容易です。