週刊？3Dプリンター活用記録

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コメントで良いご質問をいただきましたので、お答えする形で記事を書かせていただきました。
サポートの基本的な考え方と、アンダー面の荒れに対する対策です。


サポートに関しては機種と樹脂が異なる場合は数値でのアドバイスが難しいです。
ですので基本的な考え方を書かせていただきます。


まず、本質的なサポートの役割についてイメージを持つ必要があります。
サポートは造形を安定させるためのものであり、綺麗にするためのものではありません。
細い造形物の横ぶれや、水平に近い張り出しを付かず離れず支えるのがサポートの本当の役割です。


サポートは言葉通りあくまでサポートです。
理想は 「造形物本体がしっかりしていて重力に負けていない状態」 なのです。


アンダー面の荒れが大きな問題であるということは、軟化した樹脂が重力に負けて垂れているということです。
ですので、まずは垂れ対策をする必要があります。
垂れは造形物が熱で軟化して起こります。ノズルの熱を造形物に伝え過ぎないことを意識してください。


すぐにできる対策はこんな感じでしょうか。
　・積層厚を薄くする　（一度にたくさん盛らない、下の層に支えられる面積が増える）
　・ループ数を3以上に増やす　（冷却時間稼ぎと本体の強度アップ）
　・内側からループを描く　（造形済の部分にくっついて垂れを防いでくれる）　
　・ループの速度を調整する（伝わる熱量を調整する）


上記は造形時間以外のデメリットは少なく試しやすいと思います。
造形温度を強度維持できる範囲で下げることも効果的ですが、樹脂の粘性が上がりすぎる場合は細かい部分が汚くなるかもしれません。


ここまで対策をして、それでもアンダー面が荒れるのであれば、そこから先はサポートで支えることになります。
サポートの理想は　「付かず離れず」　です。
造形物がひっついて剥がしづらく、剥がしたあとが荒れてしまうようであれば、サポートとのZ方向の距離を増やしてください。
距離調整は積層厚の倍数になってしまいますので、kisslicerの場合微調整は樹脂量（サポートタブのflow gain）で行うことになります。
逆に、まったくひっついていない場合は、距離が遠いかその部分にサポートが必要が無いということです。


前の記事でも書きましたが、サポートはFDMの限界の一つです。
仕方なく付けるものであり、できるだけ少なくて済む方が良いのです。
サポートを調整しても綺麗に造形できない場合は、元データを分割して理想の方向から造形し、あとで接着する方が時間も手間もかからず綺麗な造形ができる場合が多いです。


もちろんハード面での改善ができるのであればそれに越したことは無いと思います。
積層が正確だとサポートは少なくて済みますし、外すのも楽になります。
また、ABSなど垂れにくい樹脂を使うのも効果があります。（積層間の決着は弱くなる可能性はあります）


文字ばかりで長々と書いてしまいましたが、目指す方向はシンプルです。
　・まず垂れを防ぐ
　・サポートは付かず離れず、少なくて済むのが理想。


写真付きで質問をいただけるとより具体的なアドバイスができるかもしれません・・・できないかもしれませんが・・・。
質問にまっすぐ答えることができておりませんが、お役に立てましたでしょうか？

Qholia(クホリア）をご購入希望のお客様から、紐の結び目のようなものの再現性についてご質問をいただきました。
丁度thingiverseに良いデータがありましたので造形してみました。



造形は方向さえ気を付ければ難しくは無いのですが、サポートだらけで時間はかかりますね。
頭だけテーブルからはがしてから写真を撮り忘れていることに気付きました。

これだけみっちりサポートが付いていても、「大部分は」ペリペリさくさく剥がれます 。
あえて強調して書いたのは、残りのほんの少しにものすごく苦労させられたからです。
それは今回のテーマでもある、結び目の部分です。


例によって0.2mmノズルの0.05mm積層、素材はバーベイタムABSシルバーです。
ニッパーとカッターとピンセットでサポート除去、ナイロンブラシとメラミンスポンジで細かい粉掃除をしていますが、やすりなどはかけていません。
前、大きさは10円玉と比べてみてください。10分の1くらいのスケールではないでしょうか。


後ろにも結び目があります。頭頂や腰や右手など、オーバーハングがきつかったところはやはり多少荒れます。


リボンの薄さと隙間の狭さはこんな感じです。


胸元の隙間が再現できて良かった・・・とにやつきながらローアングル。　完全にカメラ小僧です。　変態です。

お気付きでしょうか？
元データと比べると、胸のリボンが一部足りません。ここはサポート除去時に一緒に外れてしまいました。

「サポートよりも結着が弱い部品からサポートが剥がせない」　というFDMの限界ですね。
リボン周りにサポートが入り込まない角度から造形すれば良かったのですが、より高難度な背中のリボンを優先したために、胸元のリボンが犠牲になりました。
2射出にしてサポートを溶かす手もあるかもしれませんが、2射出で細かい造形は難易度も高いですし、時間がものすごくかかり過ぎて現実的ではないと思います。

最善手は　「細かいところは光造形を使う」　・・・ミもフタも無いですね。
FDMで再現できるレベルの部品で極端にもろい部分は　「別部品にして理想の方向から造形する」　のがよいのではないでしょうか。
実際髪の毛の結んだ部分は別データになっていました。
裏技的には　「見えない角度で部品を太く、強くする」　という手もあります。
このモデルもサポート除去後、リボンの裏側にゼリー状瞬間接着剤を塗っております。

サポートはFDMの限界の一つです。　できるだけ少ない方が、できれば無い方が良いのです。
造形時間もサポートを剥がす手間も減らせますし、サポート由来の肌荒れも無くなります。
ですので、サポートが不要になったり、少なくて済むようにモデルを分割することはものすごーく大切です。

FDMでの出力前提でデータを作成するのであれば、分割したものとしていないもので出力を比較してみることをお勧めします。
分割したモデルの方が綺麗で時間もかからないということが多いと思いますよ。

今回は書き順でも　シーム = 終始点　について解説します。

以前造形した DELMO の ゆきがっせん です。


だいたい人型は逆立ちでの造形になります。



そしてサポートみっちり。オーバーハングを支えるというよりも、樹脂をぬり、引きずる抵抗に負けて、細かい部分が折れたりずれたりすることを防ぐために付けています。



底面だったリボン以外は荒れも少なく悪くない出来映え？
いやいや、シームを前側に出すという痛恨のミスを犯しております。
水着の縫い目と前髪が荒れているのはそのせいです。



その代わり後ろは割りと綺麗。
シームはこちらから見て目立たないように、右斜め後ろ（こちらから見て）に出すことが多いのですが、逆立ちで向きが変わったことを忘れていたようです。

kisslicerは自由にシームの角度を変えることができます。右下の時計みたいなのがそうです。
またシームを最寄りの角に持っていくというスイッチもありますよ。 (use corners)
kisslicer上でモデルの向きを水平回転してもシームの位置には反映されません。
時計は元データにとっての角度表示で、造形ステージ上での向きは関係ないようです。
必ず時計をいじって最適な位置を探ってくださいね。




FDMの原理上、終始点の荒れ＝シームは完全にはなくなりません。
でも、目立たない位置に持って行ったり、仕上げやすい場所に固めることはできます。
シームでお困りの方はぜひお試しください。

追伸： DELMO　辞めちゃうんですね。
残念ですが今のうちにデータ落としておこうっと。

再び浅井真紀氏のブログでご紹介頂きました。


慧眼な考察で3Dプリンターの現状、Qholiaの立ち位置を書いていらっしゃいます。
私も同様の認識を持っております。

記事の内容通り、FDMは光造形機の役割を兼ねません。
FDMがどんなに進化しても、ノズルを使って物理的に押し出す方法では、光造形機の平面解像度を上回ることはできません。
その代わり、準備清掃や管理が楽だったり、道具として使えるだけの強度を出せたり、材料が安かったり・・・と光造形機にはまねのできない良さもあります。

3Dプリンターがひととおり出揃ってきて、それぞれにコンセプトが異なり擁する機能も様々、
お客様にとっては　「選べるけど迷う」　という状況なのではないかと思います。

「もっと大きなものを作れる機械は作らないの？」　というご質問を良くいただくのですが、
いつも、　「3Dプリンターは大が小を兼ねませんよ」　と前置きしてお答えさせていただいております。
そうです。3dプリンターって　〜は〜を兼ねないものなのです。
大きなものも製作可能ですが、Qholiaである程度運用実績を積んだ後のステップにするつもりです。

大きな機械には、小さなものを作る場合でもベッドの加熱を待たなければならなかったり、普通サイズの機械よりも精度が出ないなどのデメリットがあります。
シャフトやベルトが長くなると、たわみや伸びもそれだけ増えます。
部品の太さなどで対策を講じると、今度は隙間が増えたり鈍重になってしまうのです。
特にultimaker型の機構を踏襲した機種だと、ベルトや梁のたわみが倍になる構造なのでこの傾向はより強くなります。

同様に、デュアル機はシングル機として使う場合、シングル以下の性能と安定性になってしまいます。

大きなものの出力や　二素材使用が主な目的であれば、それぞれ必要な機能、仕様だと思いますが、「色々やりたいが質は落としたくない」　場合は機械を使い分ける必要が出てきます。
頻度が少ないのであれば出力サービスの方がお金もかからず造形の質が良い場合もあるでしょう。

3Dプリンターは色々な形のもの作れる機械で、目的や使い方も多様なのですが、あくまで道具であり手段のひとつです。　
目的や使い方のイメージをはっきりさせて機械をお選びになると、満足する結果に近づけると思います。

右からガイア、マッシュ、オルテガです。・・・嘘です。
ドズル・・・じゃないノズル径による、造形品質の違いを調べるために出力しました。

右が0.2mmノズル、真ん中が0.3mmノズル、左が0.4mmノズルです。
大きさは全身で10cm弱です。

耳元や髪の毛を比較すると造形品質の違いが良くわかります。
細かい突起や小さく入り組んだ形状は、ノズルの径が細い方が再現性が高くダマの発生も少ないですね。


造形時間は0.4mmで10時間程度、0.3mmが0.4mmの一割増しくらい。0.2が1.5倍くらいかかったかと思います。
0.3mmと0.4mmの造形時間がほぼ同じなのは、外殻のループ数が同じ3だからです。
つまり、0.3mmの外殻は0.9mm厚、0.4mmは1.2mm厚です。
ループを描く際、ノズルの移動速度は、中身やサポートよりもゆっくりにするのが一般的です。
ですので、ループ数は造形時間に大きく影響します。
0.2ミリノズルでの造形は、4〜6ループ程度必要だと思います。
モデルの形状や大きさ、造形時間を考慮に入れてループ数を決めています。

0.4mmは2ループでも構わないのですが、きついオーバーハング部分の品質は悪くなります。
下の写真は0.4ミリでの2ループ(右と3ループ(左)の造形物の比較です。
人型は逆立ちさせて造形する方がサポートが少なく安定する場合が多いため、このモデルも倒立造形です。
ですので、頭長と肩が極端なオーバーハング部となっております。
オーバーハングの品質が目に見えて違いますね。




フィギュアのように、中身がスカスカで構わない出力メインであれば、0.3mm以下のノズル径をお勧めします。
特に0.3mmは、0.4mmに比べ、さほど変わらない時間で造形できて、仕上がりが目に見えて良くなりますよ。

※7/26　記事の間違いをご指摘いただきましたので、訂正致しました。

トリケラのつがい？です。
いずれも0.05mm積層ですが、赤は0.4mmノズル、グレーは0.2mmノズルで造形しています。
元データを半分くらいのサイズで出したはずなのですが、どうも元データか縮尺を間違えたようで、赤がちょっとだけ小さくなってしまいました。



0.4mmも頑張っていますが、襟の突起など細かいところ、くちばしなど薄いところは0.2mmノズルに軍配が上がります。
これは0.4mmのノズルをいかに微細に動かしても、0.4ｍｍ以下の線や半径0.2以下の円は描けないことに起因します。
同様に、0.2mmノズルでも、平面解像度では光造形の微細さにかないません。（荒い光造形機もあります）

その分積層の美しさが重要になるのですが、その積層も0.4mmノズルよりも0.2mmノズルの方が綺麗です。
FDMは原理上、樹脂の動きを完璧にコントロールすることができません。
小さなループや鋭利な角などノズルが急激に動く場所やパスの始まりと終わりなど、どうしても樹脂が足りない、余るといった現象が起こります。
0.4mmノズルに比べて線幅で半分、面積比で4分の一になる0.2mmノズルは、その問題が少なくなります。

こう書くと、0.2mmノズル最強のように聞こえてしまいますが、やはりデメリットもあります。
0.4mmノズルに比べてどうしても時間がかかります。
樹脂の量が体積比で4分の一なので、理屈では4倍かかることになります。
これは、ノズルを効率よく早く動かす、外郭を薄くする、中身をスカスカにする、などの設定で改善できますが、それでも限界はあります。
私のよく使う設定では、0.4mmノズルの1.5倍〜2倍程度の時間がかかる印象です。

時間に関しては0.2mmノズルの方がサポートが取りやすくなったり、仕上げが楽になったりという造形後の手間も変わってきますので、一概に比較はできませんが、機械を使う時間は概ね1.5〜2倍をイメージしてください。

最近3Dプリンターを購入した人から相談を受けています。
やり取りの中でこれは大切だと思い出したのがこの　押し出し量のキャリブレーション　です。

これは書かねば、と思っていたのですが　素晴らしい先達である
ジンジャエール&ソフトクリーム　の　たぬきち様が詳しい解説をまとめていらっしゃるのを読み、
改めて私も書くべきかどうか迷いました。

いろいろ考えた結果、初心者にも向いていると思う内容を書かせていただくことにしました。
本体に画面のついているreprap機であれば、PCすら必要のない簡単な方法です。
ギア等を交換しない限り一回しかやらないで良いことですが、とても大切なので読んでいただけると幸いです。

さて本題です。
3Dプリンター、特に安価なreprap機は、吐出し量の初期設定が適切でないことが多いように思います。
少なくとも私が購入した3機種（国産機１台、中華キット２台）はすべて少な目で設定されていました。
うち一台は致命的に押し出し量が少なかったため設定の不備に気づくきっかけとなりました。

少な目に設定されている理由と原因を推察します。
　・押し出しギアの外径から計算して設定している。
　　押し出し量はギアの外径よりもギアがフィラメントに食い込む分だけ少なくなります。　

　・押し出し抵抗で、計算通りにフィラメントが送られていない。
　　高速造形、低温、小径ノズル使用など、押し出し抵抗が大きい使い方をするほど
　　ギアとフィラメントの間で滑りが起こり、その分だけ押し出し量が少なくなります。

　・トラブル回避のため、あえて押し出し量を少な目に設定している。
　　押し出し量は多すぎると様々なトラブルの原因になります。
　　特にソリッド（infill100%）で造形する際は、余分な樹脂の逃げ場がないので
　　側面や天面でダマや凸となり、ノズルと衝突、脱調の原因となることもあります。
　　少な目だと大きなトラブルは起きにくいため、あえて少な目にしている可能性は考えられます。　
　　まあ、中華キットの場合は適当に計算値を入れてるだけだと思いますが・・・。


いずれにせよ、押し出し量は把握して、適切に設定する必要があります。
3Dプリンターの設定で何が一番大切かを問われたら、迷わず押し出し量と答えます。
僅差で次点は温度かな？　それくらい大切だと思っています。
増減させるにせよ目的を持って意識してやらねばならんということです。


さて、その大切なキャリブレーションの方法です。
まず、100mmの長さを測るものを用意してください。
定規でも良いですが、PTFEチューブの端材があれば、それを100mmに切ると良いでしょう。
写真はパースのせいで100ｍｍ以上に見えますが、100mmで切っています。


次にフィラメントの端材を用意してください。
ダイレクトなら200ｍｍもあれば充分ですが、ボーデンだとチューブの長さ＋200mm位必要です。

ノズルを造形温度に温め、先から樹脂が出るまで送ります。
樹脂の入り口から100mmの長さでフィラメントにしるしをつけます。


造形する時の温度で、造形速度程度の送り速度で100ｍｍ送ります。
速度、温度は押し出し抵抗をできるだけ再現するための設定です。
実際の造形ではノズル先が造形物に押し付けられているため、さらに押し出し抵抗は大きくなります。

入り口から印までの距離を測ります。
写真ではわかりやすいように物差しを使っていますが、しるしと入り口がぴったり合わさるまで
1mmづつ送っても測ることは出来ます。　行き過ぎている場合は戻してくださいね。


写真では2mm余ったので、100mmの命令に対して98ｍｍ動いたことになりますね。


LCD画面からコンフィグでエクストルーダーの1mm送りあたりのステップ数を調べて・・・。





以下のように計算します。送り量を100mmにしたので計算が楽ですね。
現在の1mmあたりのステップ数　÷　計測した移動量　×　100　＝　適切な送り量のステップ数
95　÷　98　×　100　≒　97

同じくLCD画面のコンフィグから適切なステップ数を上書きしてください。

この方法の良いところは、PCが不要で3Dプリンターの操作だけで完結することです。
まあフィラメントをちょうど100mm使うデータを造形して測るのが良いんですけど、
標準的なのreprap機の分解能だとほとんど差は出ないと思います。



購入したままの状態で押し出し量のキャリブレーションをしていなければ、ぜひお試しあれ。

ハイテク機器と思われがちな3dプリンターですが、FDMに関しては
ケーキのデコレーションや左官に近いアナログなローテクが出口です。
設計も出力も、そこを意識するだけで、品質が大きく変わります。
私が意識していることとアプローチ法をつらつらと書きます。
自分に合っていると思ったら参考にしていただければ幸いです。


・3Dプリントはマシンとユーザーの二人羽織り！

　3Dプリンター（パーソナルFDM）は、綺麗に作ろうと考えてくれる機械ではありません。
　剥がれようが、ずれようが、詰まろうがお構いなしで動き続けます。
　慣れないうちは、焦げた造形物、宙に浮いた物体X、かた焼きそば、エア造形の量産機です。
　意中の女の子がつくる炭化した手料理を想像し、やすっぽいラブコメの主人公になったつもりで
　対処するのが3Dプリンターと楽しく付き合うコツだと思います。
　手取り足取り正しく指導してやると、造形が正確に、綺麗に、早くなってきます。一種の育てゲーですね。
　そのためには使い手が正しく現状を観察し、把握し、対処法を知っている必要があります。


・論より証拠、目の前の現物が一番確かな情報

　3Dプリンターの情報はネットを探せば色々でてきます。
　でも、自分の目の前で起こっていること、自分の作った物以上の情報源はありません。
　機種の個性、気温など環境の違い、バラつきのある材料特性、サーミスタの不確かさ・・・全てが関係して結果があります。
　同じ環境でない限り、目安にはなっても再現性の保証は無いのです。
　参考にすべきは、様々な機種や材料を知る人、同じ機種を使っている人、安定して美しく正確な造形が出来ている人の情報ですが、やはり自分の機械と造形を徹底的に観察し、仮説、実践を繰り返しながら
　知識と経験を積むのが一番です。　応用力がつきます。
　

・ドロッとした熱いものをなすりつけているというイメージを持つ。
　結局のところFDMのやっていることはこれだけです。
　押し出された後の樹脂は、ドロッとしている間は流れるし垂れます。
　冷却でその時間をコントロールできますが、長い直線と、突起などの小さなループでは挙動が変わります。
　また、垂れないように早く冷えればよいというものでもありません。
　層間の密着が悪くなり、壊れやすい造形になってしまいます。


・樹脂量は適正に！押し出された樹脂は、増えないし消えない。
　つくりたいものの形ピッタリに樹脂が収まってくれるのが理想です。
　どこかが出っ張ると、どこかが足りなくなります。またその逆もありです。
　はみ出し、ブツブツ、糸ひきなどコントロールから外れる樹脂は少ないほど良いのです。
　ただ、コントロールが甘いのであれば、若干足りない目から調整する方がトラブルは減ります。
　樹脂が多めの状態で造形を続けると、余った樹脂の塊とノズルがぶつかります。
　結果、造形物の破損や脱調というやっかいなトラブルが起こります。


・機械の潜在能力を活かすために、材料、量、温度、速度、冷却をきっちり指導してあげるのが使い手の務め。
紙の印刷でも公正という工程があります。
でも、3Dプリントにはまだ確立されたチェック法が存在していません。
パーソナル3Dプリンターは作るものも用途も多様だからこそ、最適解もパーソナルだったりします。
自由で開かれた可能性と、制限だらけだけどお任せできるブラックボックス（業務用機の方針はこっちです）。
私には苦労つきの自由の方がむいていたようです。

Box型　



フレームのみのものもありますが、Box型でまとめちゃいます。

メリット
本体剛性が出しやすく、一度きちんと組めれば狂いにくい。
カバーがある機種も多く、設計や組み立てが良ければ温度などの条件を安定させやすい。
高温部が骨組みやカバーで囲まれているので、ちょっとだけ安全。



デメリット
設計や組み立ての良し悪しで、造形品質に天と地ほどの差が出る。
不調時、メンテナンスがしにくいことが多い。
改造に大規模な分解を伴うことが多い。



良いものは良く、悪いものはとことん悪い、つぶしが利きにくいのがBox型です。
思うような造形結果が得られない場合、軸や部品を調べることになるのですが、
カバーされている分手間がかかります。
改善が必要な場合、ほぼ分解が必要となります。
自分でやるなら手間の問題ですが、サポートを依頼すると梱包や送料も問題になります。

設計、組み立て、サポートの良いBox型機であれば、良い造型を安定して得ることができると思います。
Box型機を購入するのであれば、事前に良く調べておくことを強くお勧めします。

デルタ型


動きが面白く、メカメカしていてなんだかカッコいいデルタ型

メリット
組みやすい、メンテしやすい。
3つのモーターが連動してXYZ全ての方向にヘッドを動かすため一つのモーターに負荷が集中しにくい。
ヘッドを高速で動かしやすい。
ベッドが固定で造形物を動かすことが無く造形の品質が高さに影響されないため、背の高い造形が得意。
z方向の送り量や移動方向が大きく狂いにくい。


デメリット
3つのモーターが常に連動しているため、不具合の原因特定が難しい場合がある。
ヘッド移動量の計算や調整が直交型ほどシンプルではない。
設置体積に比べて造形できる大きさが小さめ。
エクストルーダーがほぼボーデン式に限られる。
z方向移動の理論上の分解能が低め。

デルタ型は設計や組み立てに問題が無ければ、そこそこ綺麗な造形は割と簡単に実現できると思います。
微細なコントロールをしようとすると、ボーデン式エクストルーダーであることやz方向の分解能の
低さを意識して設定を詰める必要があります。