週刊？3Dプリンター活用記録

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ベッドとノズルの距離が適切でも初期定着不良は起こります。
事例と原因を紹介します。

2.　溶けたフィラメントのテーブルへのひっつきが悪い。
　距離が適切でも樹脂が定着しないことがあります。考えられる原因を列挙します。
　・ベッドがアルミやガラスの生地など樹脂がはり付きにくい素材である。
　・ベッドの表面が油分で汚れているなど、樹脂がはり付きにくい状態である。
　・ベッドが冷たく、樹脂が触れた瞬間に冷えて固まってしまっている。


3.　造形物がはがれやすい形状である。
　はがれやすい形というものがあります。はがれやすさを左右する要素をあげます。
　・肉厚が急激に変化する場所がある。（収縮の不均等で反る）
　・底面積が少ない。　＝　ベッドに食いつく力が少ない
　・大きい　＝　全体としての収縮や反りも大きい


４．不適切な冷却で、造形物を反りやすくしてしまっている。
　造形物を冷やすファンは一層目から回してはいけません。
　一層目はできるだけ熱くドロッとした状態を維持し、垂れてベッドに食いついてくれた方が良いのです。
　冷却と同様に、冬場など低温の空気に造形物がさらされると反りやすくなります。
　Y軸でベッドを動かす機種は、常に造形物に風が当たっているのと同じことなので、
　冷却ファンを付けていなくても反りやすいです。


以上の症状と原因をふまえて、次回以降では初期定着不良に対する私なりのアプローチを紹介します。

3Dプリントにおいて、一層目はとても大切です。
建築でいうと基礎にあたるもので、ここで失敗するとリカバリー不可のトラブルに見舞われます。

まずはノズルとテーブルの距離を適切に設定しなければなりません。
それには適切な状態とはどういうものなのかを知り、見極める必要があります。

FDMでやっていることを小人になったつもりで観察してみましょう。



ノズルの穴から押し出された樹脂をなすりつけて重ねています。
空中であれば、樹脂はおおむねノズルの口径より少し大きめの円形に押し出されますが、
ベッドになすり付けられるので平たく変形します。
また、押し出されたばかりの樹脂はドロドロなので、液体のように自重でも少し垂れるように変形します。

それらを踏まえた上で、ノズルとベッドの距離について観察してみましょう。


ノズルとベッドの距離が適切であれば、一層目は平たく一体化します。
ベッドにも定着しますし、隣の描線とも結着するのでよりはがれにくくなります。


ノズルとベッドの距離が近すぎる場合、樹脂が余ります。
余った樹脂はノズルの先端面からはみ出し、一層目の表面は凸凹になります。
ベッドには定着しますが凸凹がノズルと衝突し、脱調、積層ずれの要因が生まれてしまいます。
改めて別の項目でも説明しますが、ステッピングモーターの脱調は、ノズルと造形物の衝突が原因であることが殆どです。
脱調はリカバリが面倒な不具合なので避けたいですね。そのためには造形を凸らせないことがとても大切です。


ノズルとベッドの距離が遠すぎる場合、樹脂は十分になすり付けられないため、
ベッドや隣の描線との接触面積も少なくなってしまいます。
樹脂がばらばらの線として造形されるため、とてもはがれやすくなってしまいます。
造形のはがれは脱調以上に致命的で、やり直し以外の選択肢がありません。
あってはならないことですね。

次回はノズルとベッドの距離以外の初期定着不良の原因をサラッと説明していきます。
その後で解決のための私なりのアプローチを紹介します。

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。

インフルエンザB型に家族ぐるみでやられていました。
今日からようやく復帰です。

さて、FDMでの3Dプリントは一層ずつ積み重ねるやり方です。
建物をたてるのと同じで、基礎がしっかりしていないと後で問題が起こります。

タイトルの初期定着不良は、基礎となる一層目が造形テーブルにきちんとつかない現象です。
このまま造形を続けると・・・以下の問題が起こります。

• 造形物が反って出来が悪くなる。
• 反った造形物とノズルが衝突して、造形が壊れる。
• 反った造形物とノズルが衝突して、モーターが脱調し積層がずれる。
• 造形物が完全に剥がれてしまう。

どれも致命的ですね。


考えられる原因を挙げてみましょう。

1. ノズルとテーブルの距離が（部分的にでも）適切でない。
2. 溶けたフィラメントのテーブルへのひっつきが悪い。
3. 造形物がはがれやすい形状である。
4. 不適切な冷却で、造形物を反りやすくしてしまっている。

これくらいでしょうか・・・。押し出し量が問題の場合もありますが、これは一層目に限らない話なので別に説明します。
まずは、1.ノズルとテーブルの距離が（部分的にでも）適切でない　から、順番に説明していきますね。（つづく）

3dプリンターはトラブルの多い機械です。
その中でもプリントをやり直さなければならないレベルのものは以下に分類できると思います。

1.　初期定着不良
2.　反りによる剥がれ、割れ
3.　モーターの脱調による位置ずれ
4.　樹脂の押し出し不良

何回かに分けて、それぞれの原因と対策を説明していきます。

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。

ノズル0.2＊積層0.05mm。
このノズル径、積層厚だとブリッジングの難易度が高いです。
造形できるスピードがかなり限定されます。
ちょこちょこ引きで歪みが出てしまっています。
安い樹脂なので仕方無いですが、造形物のコントラストがはっきりするので
テスト造形にはぴったりです。

個人向けFDMに使える材料はABS、PLAが主流です。　それぞれ一長一短があります。

ABS　　ガレージキットの作家やモデラーによく使われている素材のようです。

　　長所
　　やすりがけなどの仕上げが容易である、塗料のノリが良い、軽い、靭性がある。
　　アセトンで造形痕をある程度ごまかせる。

　　短所
　　融点が高い。ヒーテッドベッドなしでの造形が困難。
　　反り易く、大きな造形、肉厚の造形に向かず、細かい分割、均等厚化、薄肉化などの工夫が必要。
　　造形中に出る気体が有毒らしい。毒性には詳しくありませんが臭いのは間違いないです。
　　温度変化で収縮するため、嵌め合いのある造形など精度が必要な用途には向かない。
　


PLA　　最も使われている素材だと思います。

　　長所
　　融点が低く、造形速度を上げやすい。
　　収縮がすくなくそりが少ない。肉厚や大きな造形が可能。
　　サイズが割と正確に出るため、治具や部品に向く。
　　カーボンニュートラルでエコと言われている。造形中の匂いが少ない。
　　
　　短所
　　ABSに比べると靭性が無く、硬い。６０度程度で軟化し始めるので耐熱性が無い。
　　やすりがけしにくい。（摩擦熱で軟化し、ちぎれにくくなったり、自己潤滑してしまったり、極微細な糸引きでの毛羽だちなどが主因だと思います。水砥ぎは可能です）
　　積層痕消しには水砥ぎ、モデリングコート、プライマーやサフ吹きなどの手間が必要。


　　

サッフォ像　0.05�o造形の高速化設定の確認。
今日は暖かかったので、オーバーハングがほんの少し荒れてしまった。
見た目には分かりませんが、オーバーハング面は少しざらついた感触。
他は絹のような手触りで触っていて気持ちいいです。