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3Dプリンターの選び方

過去10年間で、3Dプリンティングは広く普及し、厳密な産業用途から小規模ビジネス、学校、趣味のワークショップへと拡大しました。市場での競争の激化は、適切な3Dプリンターを選ぶことがこれまで以上に難しくなっていることを意味します。

私たちは、特定のプリンターをお勧めするのではなく、お客様のご要望やお好みに合わせて、お客様自身が選択できるようご案内することで、お客様が考えるプロセス全体をお手伝いしたいと考えています。

技術と応用

3Dプリンティングには幅広い応用があります。その中には、金属やバイオマテリアルで印刷できる特殊なプリンターや、大きな印刷ボリュームを持つプリンターが必要なものもあります。ここでは、一般のお客様が手に入れやすい「デスクトップ」プリンターに焦点を当てます。しかし、それが簡単な作業や趣味目的にしか適していないというわけではありません。むしろ、多くのプリンターはビジネス、科学、医療などで頻繁に使用されており、場合によってはプリントファーム、つまり数十台、あるいは数百台のプリンターを組み合わせて使用することもあります。

多くの Original Prusa i3 MK3S プリンターからなる巨大なプリントファーム。

このカテゴリのプリンターの中にも、多くの違いがあることを念頭に置いてください。さまざまな用途に応じて、いくつかのオプションが他よりも適している場合があります。このガイドの後半では、プリンターをプロフェッショナルに（または基本的に重い用途に）使用する予定がある場合に考慮すべき要素についても触れる予定です。

ちなみに、まだ特定の用途を考えていない場合や、単に3Dプリンティングが楽しそうだと思っているだけでも心配する必要はありません。インターネットには、ダウンロード用の3Dモデルがたくさんあります。もちろん、明確な好みがまだない場合は、適切なプリンターを選ぶプロセスが少し難しくなるかもしれません。

このトピックをさらに深く掘り下げる前に、どちらの2つの人気の3Dプリンティング技術が自分に適しているかを選ぶべきです。その違いはかなり大きいことがあります：

FFF（時には FDM と呼ばれることもあります）技術は、溶かしたプラスチックのフィラメントをノズルから押し出して印刷します。大きくて非常に精密なホットグルーガンを想像してください。材料を慎重に層に重ねていき、すぐに冷却されて固体のオブジェクトが形成されます。これは最も人気のある3Dプリンティング技術です。

その主な利点は、大きな印刷ボリューム、使いやすさ、および印刷材料（フィラメント）の操作性です。フィラメントは多くの異なる色や材料で、さまざまな機能的特性を持つものが用意されています。

主な欠点は、目に見える印刷層です。特に小さくて詳細な印刷物では気になることがあります。

FFF（黒）とSLA（オレンジ）の目に見える印刷層の比較。FFF技術は、詳細が少ないがはるかに大きくて頑丈なオブジェクトの印刷が可能です。

SLA 技術（MSLA や DLP とも呼ばれる - 用語については後のSLAプリンターの構造に関する章で詳しく説明します）は、液体のレジンから印刷し、UVライト源によって硬化させます。

主な利点は、FFF技術よりもはるかに小さく、より精密な詳細を印刷できることです。最近のSLAプリンターは、非常に速いことも特徴です。

主な欠点は、印刷ボリュームが小さく、印刷材料（粘着性の液体で、しばしば不快な匂いを伴う）の操作が難しいことです。新しく印刷されたものには追加のケアが必要です。まず、未硬化のレジンを洗い流し、その後、完全に硬化させるためにさらにUV光にさらす必要があります。

SLAプリント（オレンジ色のタワーとシアン色の胸像）とFFFプリントのコレクションです。チェスの駒には化学的に滑らかにされた表面があり（目に見える印刷層を克服しています）。

基本的な用語についての詳細は、例えば私たちの電子書籍「Basics of 3D Printing」にあります。こちらから無料でダウンロードできます。

SLAとFFF技術は互いに非常に異なるため、まずはそれぞれを別々に考えます。最後の数章では、両方の技術に共通するいくつかの側面（価格、技術サポートなど）についても説明します。

FFFプリンターの選び方

FFFプリンターの構造

各FFFプリンターには2つの基本的なコンポーネントがあります。1つは、溶かしたフィラメントを押し出すプリントヘッドで、もう1つはプリントベッドです。押し出された材料は層ごとに積み重なり、プリントベッドの上に形作られます。

Original Prusa i3 MK3Sのプリントベッドで、新しいオブジェクトがちょうど仕上がりつつあります。

FFF技術にはさらにいくつかのサブカテゴリがあり、それぞれがこの2つのコンポーネントを対向させるための異なる手段を持っています。最も一般的なのはカーテシアン構造で、プリントベッドは通常前後に移動し、プリントヘッドはベッドの上を垂直および水平の軸でスライドしながら移動します。他にもデルタ、コアXY、ポーラなどの構造タイプがあり、それぞれ異なる動きのパターンを持っています。例えば、プリントベッドが静止していたり、回転したり、上下に移動したりすることがあります。

ここでは異なる構造とその利点・欠点については触れません。それは独立した記事に値する複雑なトピックです。基本的な説明は、私たちの電子書籍「Basics of 3D Printing」にあります。もしこのトピックを詳細に学ぶつもりがない場合でも心配する必要はありません。他のパラメーターを考慮すれば、新しいプリンターを選ぶのに問題はありません。

プリントベッドは、ガラスなどさまざまな材料で製造することができますが、現代のプリンターでは通常、特殊なコーティングが施された取り外し可能な鋼板が使用されています。プリントベッドの加熱は非常に重要な機能です。

取り外し可能なプリントシートの例（Original Prusa i3 MK3S）。

プリントヘッドには2つの主要な構造バリアントがあります。1つ目のバリアントはダイレクトまたはダイレクトドライブと呼ばれ、フィラメントをノズルに押し込むための駆動ギアがプリントヘッド内に直接配置されています。これをまとめてエクストルーダーと呼びます。2つ目のバリアントはボーデンで、駆動ギアが別のコンポーネント（エクストルーダーと呼ばれる）に配置されます。これにより、プリントヘッドが軽くなります。フィラメントは、ボーデンチューブを通じてエクストルーダーとプリントヘッドの間を移動します。

ボーデンバリアントの例：白いボーデンチューブがエクストルーダーとプリントヘッドを接続しています（Original Prusa MINI）。

いくつかの「プレミアム」FFFプリンターの機能について、例えば以下のようなものがあります。

フィラメントセンサー：プリンターがフィラメント切れになると、センサーが新しいスプールを挿入するように促し、印刷を再開します。センサーがない場合、プリンターは空の状態で印刷を続け、印刷が失敗することになります。
「パワーパニック」つまり、停電対策（電源が復旧した際に印刷を再開できる機能を追加します）
プリンターのリモートコントロール手段（Wi-Fi、Bluetoothなど）

明らかに、プリンターの外観は他の製品と同様に私たちの決定に影響を与えます。純粋な美的要因と、プリンターの機能や使いやすさに影響を与える要因を区別するようにしましょう。例えば、クローズドデザイン（印刷機構全体がケース内にあるデザイン）は、よりプロフェッショナルに見え、しばしば高価ですが（しばしばコストパフォーマンスが悪いこともあります）。しかし、クローズドデザインは、大きなオブジェクトや特殊な材料を印刷する際に実際に印刷品質に影響を与えることがあります。なぜなら、安定した温度を保つのに役立つからです。一方、オープンデザインは「DIY」感が強いですが、メンテナンスや印刷中の介入がしやすくなります。

両方の利点を兼ね備えた方法：オープンデザインのプリンター（Original Prusa i3 MK3S）をカスタムエンクロージャーに入れて、安定した温度を保つ。

上記で言及したさまざまな機能がプリンターの速度や印刷品質などにどのように影響するかについては、次の章でさらに多くの例を示します。

ちなみに、プリンターの外観をカスタマイズして、本当に個性的なルックにすることができます。プリンターがオープンソースの場合、通常、印刷可能なパーツが提供されており、コミュニティによってさまざまな改造が共有されています。

カスタム改造の例：Original Prusa MINI用の四脚の「MINI Base」アドオン。

プリントマテリアル（フィラメント）

次に、プリンターの機能を印刷材料の観点から見てみましょう。

FFFプリンターには、さまざまな物理的特性（強度、化学的または温度耐性など）を持つフィラメントの幅広い選択肢があります。

特殊な材料は通常、印刷が難しくなります。1つの要因は最小限のノズル温度です。ほとんどの場合、200-300 °C（392-572 °F）の温度に達する必要があります。使用する予定の材料の要求を満たすことができるプリンターであることを確認してください。
ほとんどの印刷材料には、加熱されたプリントベッドも必要です。これにより、印刷物が変形したり、プリントベッドから剥がれたりするリスクが減ります。プリントベッドの表面も重要で、特別なコーティングが接着性を高めます。

プリンターのクローズドデザイン（ケース付き）は、安定した温度を維持するのに役立ちます。「オープン」プリンターもケースに入れることができ、例えばフォトスタジオのライトテントやIKEAのLackテーブルを使用したさまざまなDIYソリューションがあります。
ダイレクトドライブプリンターは、特にTPU/TPEなどの柔らかくて柔軟な材料（一般的に「フレックス」と呼ばれる）の印刷をはるかに容易にします。これらのプリンターはまた、低品質のフィラメントによる問題（直径の不均一や表面の凹凸でボーデンチューブに詰まることなど）にもなりにくいです。一方、ボーデンプリンターは、軽量なプリントヘッドにより動きが滑らかで、振動による印刷欠陥が少なくなります。したがって、どちらの構造ソリューションが優れているかを明確に言うのは難しいです。
一部の材料（例えば金属粒子やカーボンファイバーを含むもの）は研磨性があるため、通常のノズルを硬化ノズルに交換することが推奨されます。

ちなみに、FFF技術では多色（または複数材料）印刷が可能です。さまざまなソリューションがあり、高価なプリンターには複数のノズルやプリントヘッド（エクストルーダー）が搭載されている場合もあります。

例えば、私たちのOriginal Prusa i3 MK3S+のMMU2Sアップグレードのように、通常の単一ノズルプリンターでも色を切り替えるためのアップグレードがあります。

簡単な多色印刷は、ほとんどのFFFプリンターである程度可能です—印刷ジョブを一時停止して、手動でフィラメントを交換するだけです。

さまざまなフィラメント材料に関する詳細な情報は、ナレッジベースでご確認いただけます。

プリント品質

このトピックは次の2つの側面に分けられます：

a) 「解像度」のレベル、つまりプリンターがどれだけ細かいディテールを再現できるかです。これは最小プリント層の高さとノズル径に依存します。ノズルを変更すること（選択したプリンターでこれが可能であることを確認してください）で、最も一般的な0.4mm径から、例えば0.25mmに変更すると、ディテールが非常に顕著に向上します。ただし、プリンターもかなり遅くなるため、どちらを優先するかによって選択が異なります。

b) 印刷欠陥がないこと。例えば、層のずれ、不均一または「波打つ」表面などです。これはプリンターの構造品質に関わる問題であり、個々のコンポーネントやその組み立てが影響します。

一部のメーカーは最小プリント層の高さが非常に小さい値（0.02mm程度）であると主張していますが、現実的には結果はノズル径やFFF技術の特性（熱いプラスチックの押し出しは絶対に正確にはならない）にも制約されます。
フィラメントの選択も印刷品質に影響します。ある材料はディテールをうまく再現できなかったり、印刷欠陥が発生しやすかったりします。
しっかりと作られたプリンターの初期の利点を維持するためには、定期的なメンテナンスが必要です（緩んだベルトの締め付け、ベアリングの潤滑、ファームウェアの更新など）。
印刷前の3Dモデルの最適化は非常に効果的です（モデルをプリントベッド上でどのように配置するかといった簡単なことでも、品質に大きく影響します）。
仕上がった印刷物の外観は、充填、研磨、さまざまな表面スムージング技術などの後処理技術によって大幅に向上させることができます。

プリント速度

多くの場合、印刷品質と速度には反比例の関係があります。例えば、シンプルなプロトタイプや機能的なパーツが必要な場合は、大径ノズル（例えば、0.4mmではなく0.6mm）を取り付けたり、ソフトウェア設定を変更したりして、細部を犠牲にしつつ印刷を速くすることができます。例えば、印刷層の高さを大きくする設定などがあります。

同じ印刷時間であっても、異なるノズル径では異なるサイズのオブジェクトが生成されます。

プリンターの可動部の速度を直接上げることもできますが、それにより印刷欠陥のリスクも増加します。例えば、動きが速くなると振動が発生し、フィラメントが冷えて硬化する時間が足りなくなるなどの問題が生じます。
異なるプリンターをメーカーが提供する統計だけで比較するのは難しいです。その速度でプリンターがどの程度の品質を実現できるかを見る必要があります。また、具体的な速度は特定の3Dモデルに依存します。プリンターによっては、特定の形状に対して得意または苦手があるかもしれません。
結局のところ、最も効果的なスピードアップ方法は再び印刷前の最適化です。不要なサポートの印刷や、過度に密なインフィル構造に時間を浪費しないことが重要です。これらのコツは、例えばオンラインの初心者向けコースなどで学ぶことができます。

プリントボリューム

大規模な印刷のオプションは、FFF技術の主な利点の一つです。

ただし、大きな印刷ボリュームを持つプリンターを探す際には、以下の点を考慮してください：

ほとんどの材料では、最大印刷サイズは、プリント層間の熱差による反りによって制限されるでしょう。
基本的に、本当に大きな印刷に適しているのはPLAだけです（最も一般的な材料で、物理的特性が平均的です - 比較的脆く、熱にはあまり強くありません）。
反りの問題は、閉じたデザイン（またはプリンターをエンクロージャー内に置くこと）によって大幅に軽減できます。これにより安定した温度が維持されます。
プリンターが大きくなるほど、印刷の精度と品質を維持するために、より安定してしっかりとした構造が必要です。
通常、大きなオブジェクトを複数のパーツに分けて印刷する方が、複数のプリンターで一度に印刷する方が迅速で、また信頼性も高いです。その後、パーツを接着、スナップフィット、またはネジで組み合わせることができます。したがって、最大印刷ボリュームがプリンター選びの最も重要な要素である必要はありません。

本当に大きなオブジェクトの印刷には数日かかることがあり、その場合、印刷の失敗は時間と材料の大きな浪費を意味します。この点において価値があるのは、上記で述べたフィラメントセンサーとパワーパニック（停電保護）の2つの機能です。

プリンターの使用: 騒音、換気、必要なスペース

プリンターがオフィスやリビングルームに置かれる場合、騒音は重要な要素となります。FFFプリンターは、ファン、ステッピングモーター、軸に沿ったすべての動きによってかなりの音がすることがあります。良い現代のプリンターは、平均騒音レベルが50 dBで、古いまたは安価なモデルでは65 dBになることがあります。これが大きな違いに思えないかもしれませんが、コンピュータで作業する際にノイズが非常に気になる閾値を超えているのです。騒音レベルは、プリンターの設定やメンテナンス（例えば、潤滑された/摩耗したベアリング）にも影響されます。
プリンター自体が占めるスペース（全側面に少し余裕を持たせる）に加え、スプールホルダーや材料、ツール、完成品の保管や操作のためのスペースも必要です。
より高度な材料の一部（例えば、ASAやABSフィラメント）は、印刷中に不快な臭いを発することがあります。したがって、プリンターは換気の良い部屋に置くべきですが、同時に風通しが良すぎると（材料が反りやすくなる問題があるため、ASAやABSも含まれます）、問題が増えることがあります。
臭いのない材料（PLA、PETG）でも、プラスチックの微細粒子が放出される可能性があることを忘れないでください。換気の悪い場所では、これらが有害な濃度に達することがあります。

SLAプリンターの選び方

SLAプリンターの構造

すべてのSLAプリンターは、液体樹脂をUV光で硬化させて印刷します。しかし、この技術には複数のサブカテゴリがあります。UV光の発生源とその分配方法によって、樹脂が正しい場所と瞬間だけで硬化します。ここでは、MSLA（マスクド・ステレオリソグラフィー）というサブカテゴリの1つだけを説明します。簡略化のために、これを単にSLAと呼びます。MSLAは、すべてのSLAプリンターの中で最も一般的なサブカテゴリであり、多くの人がこれらの名前を同義語と認識しています。他のサブカテゴリの簡単な説明については、『Basics of 3D Printing』に記載されています。

液体樹脂をタンクに注ぐところです。上にある長方形の金属プラットフォームに注目してください。

基本的な構成要素は、液体樹脂が入ったタンクです。タンクの底は透明で、FEPフィルムで作られています。タンクの下にはディスプレイがあり、その下にUVリフレクターがあります。ディスプレイは、FEPフィルム上に個々の印刷層のシルエットを投影し、これがマスクとなってUV光が必要な場所だけ通過します。プラットフォームは上下に移動し、樹脂タンクに沈み込み、印刷された各層がそれに付着し、同時にFEPフィルムから剥がれ、タンクの底を次の印刷層の準備を整えます。説明的な画像は、『Basics of 3D Printing』にあります。

より高品質なSLAプリンターには、チルト機構が備わっていることが多いです。印刷層がプラットフォームに付着している場合、FEPフィルムから直接上に移動するのではなく、樹脂タンクをわずかに揺らすことで剥がされます。これにより、プロセスがより穏やかで信頼性が高くなります。