週刊？3Dプリンター活用記録

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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。

引き続き反響の大きさに驚いています。

できる限り情報を公開したいのですが、時間が足りないことと驚いてもらうネタを取って置きた気持ちとの兼ね合いで少しずつになってしまうことをお許しください。
その分展示会では包み隠さず目いっぱいしゃべります！

では少し解説させていただきます。
本体は私の理想を形にした完全独自設計です。　
外装の6面体はそのままフレームを兼ねています。
金属フレームにプラスチック外装という二重構造ではありません。
前側と上側のみ蓋があります。上部はお約束の一部開口です。
開口はフィラメントのスプールローラーを兼ねており、暖かい空気がスプールに当たって逃げていく状態です。
防湿効果のほどは計測しておりませんが、フィラメントの交換はとても楽ですし、また後ろや横にスプールぶら下げるよりもスペースを取りません。

フレームが外装を兼ねているのには大きな理由があります。
電源やモーターの熱を逃がすため、筐体全体で放熱しているのです。
ノートPCによくみられる仕組みですね。
なので正面から見えない天面、背面、底面は無塗装、無垢のアルミ板です。
放熱と蓄熱のバランスは、造形や電子部品への影響を見ながら検討中ですが、
外観が大きく変わるほどの仕様変更は無い予定です。
本体サイズは幅440mm高さ450mm、奥行き310mm程度。
これは若干変更があるかもしれません。

ノズルユニットはボルト一つとコネクタの抜き差しだけで交換可能です。
ワンタッチとはいきませんが、ベッドを温める時間＋1分程度の作業です。

積層が細かいと時間がかかるんじゃない？とよく聞かれますが、その通りです。
これは弊社の3dプリンターに限った話ではなく、一般論として積層厚が半分になれば概ね倍の時間がかかります。
写真を公開しているモデルはほとんど退社時にセット、出社時に回収というフローで作っています。
それくらいまでなら十分ありかなと考えています。
また、ヘッドの高速化には拘っていて、高速に動かしても慣性力の影響を受けにくい構造を採用しています。
他機種と同じ品質で造形するのであればより早く、同じ時間で造形するのであればより美しくを目指しております。

スライサーの設定でも品質を維持しつつ多少高速化することは可能です。
この辺りはまたブログで紹介させていただきたいと思います。

ちなみに造形の最長記録はノズル0.3で3日半です。
これは機械の限界ではなく、当時スライサーを動かしていたPCのメモリの限界でした。
0.2、0.4のノズルでも2日程度の造形は何度もこなしております。

疑問や質問があれば直接コメントなどをいただければ幸いです。
まだ内緒にしておきたいことでなければ、できる限りお答えします。

無事、メイカーズバザール出展を終えました。
ご来場いただいた皆様と、このようなフレンドリーで楽しいイベントを企画開催いただいたロイスエンタテインメント、imedioの皆様には感謝することしきりです。

立ちっぱなしのしゃべりっぱなしで声もかすれておりますが、充実した2日間でした。
本当にありがとうございました。

造形師の浅井真紀さんのブログでご紹介いただいたこと、
ツィッターでメーカーズバザールの様子が広まったことの影響の大きさに驚いております。

現在多数のお問い合わせをいただいており、そのほとんどが造形依頼やサンプル確認依頼です。
本当にありがたく思います。

弊社は10人ほどの規模の会社で、3Dプリンターの開発担当は私だけです。
また試作機は数台あるものの、すべてバージョン違いで造形目的や検証内容を変えて運用しています。
皆様のお問い合わせに等しく丁寧にお答えする充分なリソースが無い状態です。
順番にお応えしますので、今しばらくお待ちくださいませ。
まことに申し訳ありませんが、その旨ご理解いただければ幸いです。

その代わりと言っては何ですが、少しでも良いものにすべく造形検証を継続しております。

物理的に大きな仕様変更をする予定はありませんが、例えばフリーのスライサーでも美しく安定した造形ができるような設定値を提供できるように、といったようなことです。
ファンを一つ交換するだけで、造形条件は一変します。
それを様々なノズル径と積層厚で検証と検討を繰り返すような作業をしています。

実は開発を決意するまでに、複数台の市販3Dプリンターを改良して使用しており、大きな課題抽出や設計構想は済んでいましたので初回試作には開発開始から2〜3か月しかかかりませんでした。
それでも現在の造形に近い結果は出せていました。
ただし、部品はあり合わせ、機体は武骨、使い手のスキルがそれなりにあるという条件付きの性能です。
また、安定性にも多少難を残していました。

それらを解決すべく検証を繰り返すことや、部材やその実装方法の検討は容易ではなく、
また省略できる道のりではありません。
人海戦術という手段が選べない以上、数をこなすことでしか歩を進めることは出来ません。

製品開発で最も大変なのは8合目からです。また、頂きの最後の一歩を踏むことは、
それまでの道程以上の努力が必要だといつも痛感しています。

不確定な要素を残す以上、見本市ではお話しすることができる内容でも、
確定した情報と受け取られてしまいかねないネットではいい加減なことは書けないと考えています。
ですが、少しだけ決まっていることを書かせていただきます。

ノズルの径はユーザーが任意に選択できる形で販売致します。
お客様のやりたいことやスキルによって最適解が変わるものですので、向き不向きとメリットデメリットを説明させていいただいた上で、決めていただければと思います。
交換用ノズルユニットも提供いたしますし、簡便な作業で交換できる設計です。

最小積層厚のスペックは、明記を避ける代わりにその積層厚での造形写真を公開し、
判断していただく材料を提供できればと考えております。これは順次拡充していく形になると思います。

微細積層を実用する人は少ないと思いますが、性能の指標にされがちでスペックシートにとても小さな値が記載されていることが多いように思います。
しかし、実際その積層厚での造形サンプル写真が公開されているところはあまり見かけません。（光造形は別として）
ブリッジングが難しくなったり、モデルの複数配置などの小技が必要になる場合もあります。
スペック番長にこだわるのではなく、実際にどこまでできるのか良し悪しもわかっていただける状況を作りたいと思います。

微細積層は、実はFDMへの理解があればたいていのマシンで可能です。
しかし、それが綺麗に、安定してできるかどうかとなると話は違ってきます。

展示での１０ミクロン造形は、０．２ミリのノズルで、安定して、それなりの速さで微細造形ができることを示すために行ったデモで、多少美しさは犠牲にしています。そのようなさじ加減が実際の運用でも必要になるのです。

積層の美しさはFDMで最も重要な要素です。例えば５０ミクロンという積層厚でも、その美しさには明確な差が出ます。
最も力を入れている項目の一つなのですが、それを写真で評価していただくことは手間と機材と撮影の腕前の問題で難しく、できれば見本市などで実際に手に取ることで実物を確認していただきたいところです。

ABSは使用可能です。　ただし、PLAに比べると提供できるスライス設定値に改善の余地が残るかもしれません。
私の用途では収縮の大きな材料は使いにくいため、どうしてもPLAでの造形経験が勝ってしまいます。
また、素材のメーカーやロットでの微妙な差でも、造形の質が大きく変わる可能性のある素材です。

前回書き忘れましたが、ワンフェスのブースはＱ-ho（久宝金属製作所）4-05-04です。
皆様のご来場をお待ち申し上げております。

今日明日の7月9日、10日に大阪ATCにて開催の「メイカーズバザール」に試作機を出展しています。
一日を終えて評判は上々。　
なんと超大手3Dプリンターメーカーの代表様に「美しさでは負けました」とお褒めの言葉をいただきました。




タイトルは、美しく微細に造形できることをアピールするために少し煽り気味に書いております。
3Dプリントは論より証拠だと思っておりますので、言った分だけリスクを負って現場で10ミクロン積層をデモンストレーションさせていただきました。

朝に車で搬入し、設置後なんの調整もせずのスタートでしたが、0.2ミリノズルで丸一日ぶっ通し造形しまったくトラブルなく完走。
色の薄いモアイ君が10ミクロン積層デモで造形したものです。




この3Dプリンター、7月24日開催のワンダーフェスティバルにも出展させていただきます。
そして、7月29日、弊社　株式会社久宝金属製作所　でお披露目会を開催します。
ばたばたしていることもあり、本格的な情報発信はその後になります。

6月はえらい大変でした。　会社の財務用PCは壊れるわ。　
私のPCは勝手にwindows10 になりブルースクリーン連発で動かなくなるわ。　
親が仕事に使っているmac book air のssdが壊れてデータサルベージする事になるわ。　
風邪こじらせて中耳炎を長患いするわ（子供か）。　

PCの環境再構築と3Dプリンター発表前の追い込みでなかなか更新できませんでした。
ちょくちょくのぞかせていただいている先達さまのページでツッコミをいただく始末。
ぼちぼち再起動致します。

でも良い事もたくさんありました。
windows10がようやく動いたのでメモリ24Gまで認識するようになり、3dプリントのスライスが楽になりました。
そして会社に試作スペース（社長部屋）ができました。　
作業場所を探して社内を彷徨わなくてよくなった！・・・まだてんやわんやですけど。

さらに、最近参加させていただいた、プロトマーケティングで第一回目のベストアドバイザー賞を頂きました！
プロトマーケティングとは試作段階の製品のブラッシュアップをサポートするクローズドSNSみたいな感じの新しい試みです。

第一回目のテーマはipresence社さまのテレプレゼンス製品のプロトタイプについてでした。
テレプレゼンスとは、遠く離れた場所にいる人とのコミュニケーションを便利で楽しくする仕組みです。　

アバターの現実世界版といった感じ。
百聞は一見に如かず、面白い製品なのでぜひページで確認してみてください。



プロトマーケティングに感想や意見を書き込むとともに、アイディアを説明するために絵を投稿させていただきました。

といってもボールペンでコピー紙に書いた落書きをスマホで撮影しただけのもので、画力も画質も突っ込みどころ満載なものです。

（投稿画像はアイディアや説明部分を削除編集しております）
それでも人に見てもらうために絵を書くのは20年近くぶりのことで、楽しかったしベストアドバイザー賞としてamazon商品券もいただけるみたいだし、本当に良い経験をさせていただきました。

たまには大きなものでも、と試作機で作ったガチャガチャです。　
構想10分　設計1時間　造形半日　仕上げ1時間。　
積層は0.15mmです。設計や設定を工夫すればもう少し早く造形できると思います。

お菓子の大きさがランダムなのでたまに出てこなかったり二個出てきたりしますがちゃんと動きました。　
上はウィルキンソンの1リットルボトルですよ。

先に反りや割れとその対策を紹介しようと思いましたが、写真がなかなか用意できないので
後回しにして、　3. モーターの脱調による位置ずれ　を解説します。
まずは写真を見てください。




スネ夫みたいになっていますが、ヘアスタイルでもファッションでもなく積層ずれです。
なぜこのようなことが起こってしまうのでしょうか？

殆どのFDMは綺麗に造形しようと考えてはくれません。
造形物を観察する機能がないので、造形物に不具合があっても修復も補正もしません。
何らかの理由でいちど位置がずれてしまった場合でも、ずれたまま動き続けてしまうのです。

位置ずれの殆どはステッピングモーターの脱調によるものです。

原因と対策を紹介していきましょう。私の環境で頻度の高い順です。


脱調の原因その１　ノズルの衝突
　　　これが脱調の原因ダントツナンバーワンです。
　　　反り、外れた造形物やサポート、ノズルから垂れ落ちて固まったゴミなどのでっぱりに
　　　ノズルがぶつかるとあっさり脱調してしまいます。
　
　　　対策は以下の通り、やりやすさと効果を意識して並べております。
　　　　　ノズルの掃除や固定ネジの締め直しなどのメンテナンスをまめに行う。
　　　　　Z-lift設定で、空走時のノズルの位置を上げ、衝突を避ける。
　　　　　ノズルの空走速度を下げる。
　　　　　ブリムやラフトで反りを抑える。
　　　　　造形物の厚みが極端に変わる場所を見直し反りを減らす。
　　　　　サポートの密度を上げ、外れにくくする。
　　　　　材料を反りが少ないものに変える。（ABSからPLAなど）


　　　　　　
脱調の原因その２　モーターのパワーダウン
　　ステッピングモーターは早く回転させるとトルクが下がります。
　　また、連続使用などによる発熱でもトルクが下がってしまいます。

　　対策はモーターの回転速度を下げる、モーターをファンなどで強制的に冷やすなどです。



脱調の原因その3　ヘッドの反転など急な移動で生じる慣性力にモーターが力負け
　　モーターの力がノズルユニットの慣性力に負けてしまうと脱調します。

　　対策は、スライサーの加速度の上限値を低く設定する。
　　ノズルユニットを軽量化する。　(ダイレクトならボーデンタイプにするなど）
　　x軸、Y軸のモーターに供給する電流を増やす。
　　x軸、Y軸のモーターを大きくトルクの高いものに交換するなどです。


いかがでしょうか。　
対策は衝突を避けることが最重要視してください。
モーターのトルクは移動の慣性力に負けない程度は必要ですが、
衝突しても脱調しない事を目指す必要は無いと私は考えています。
（脱調を回避できても造形物が変形したり壊れてしまいます）

スライサーの設定だけでもけっこうな対策ができますので
脱調でお悩みであれば一度お試しください。
　

delmoというサイトで配布されているデータ「水中遺跡」です。
美しいしストーリーが想像できて良いですね。
0.2mmノズル、0.05mm積層です。
開発中の3Dプリンターのパラメータ出しを兼ねて造形しました。

kisslicerで読み込むと20mm位の小さなデータだったので、5倍か6倍に拡大して出力しました。

サポートから掘り出す作業はサルベージの気分。


足ひれがペラペラで、ラフトから綺麗にはがせなかったので、次に挑戦するときは分割して方向を変えてみようかな。

長かった初期定着不良対策もいよいよラストです。


　4.造形物の方向や形状、ブリム、ラフトを設定する

　　ブリムとラフトはどちらも造形物の底面積を増やし、はがれにくくするためのものです。
　　それぞれの特徴と使い分けを説明しましょう。

　　ブリムは一層目の面積を拡大してミミにするだけで、全体のレイヤー数は変わりません。
　　厚さ0.1mm〜0.2mmなら、外すのもミミの部分を千切るだけで割とかんたんです。
　　
　　　
　　ラフトは網状のレイヤーを2層ほど敷き詰めてから造形を始めるためレイヤー数が増えます。
　　底面積を増やすだけでなく、ベッドの凹凸の影響を減らす役割があります。
　　こう聞くとラフトの方が良さそうに思えますが、造形時間が増えるデメリットがあります。
　　また、温度や樹脂量が適切でないと、ラフトが造形物とくっついて外れなくなる場合があります。
　　特にPLAはつきやすいので、一層目が出来上がったらすぐに造形物用のファンを回すと良いでしょう。
　　最初からファンを回すと一層目がはがれやすくなるので、スライサーで冷却開始設定をしてください。


　　ブリムとラフトの使い分けについて
　　　　ブリムはベッドとノズルの隙間がきちんと調整されているときに使うと良いと思います。
　　　　特に、底が平たく広い造形物にむいています。
　　　　しっかりつく上に、造形にかかる時間も仕上げにかかる時間も少なくて済みます。
　　　　ただし底面積を増やすだけなので、底がとても狭い場合はブリムを付けても不安定なままです。
　　　　また、サポートにはブリムを付けてくれない場合があります。
　　　　少なくとも私が使っているkisslicerは付きませんので、サポートが細く貧弱な場合は
　　　　サポートの一層目がはがれやすくなりますので気を付けてください。

　　　　ラフトはベッドに凹凸がある場合や、モデルの底に平面がなくサポートが多い場合に向いています。
　　　　底の広い造形物にラフトを付けると、はがすのが大変になりますので気を付けてください。



　5.高めの温度でゆっくりと樹脂をなすり付ける
　　ベッドに樹脂がくっつかないのは表面張力の影響が大きいと思います。
　　樹脂の温度を上げて表面張力を弱くして、表面張力を上回る力で押し付ければ樹脂はくっつきます。
　　この説明だとわかりにくいと思うので、具体的にやることを書きます。

　　樹脂の温度が高いと押し出された時に液体に近い状態ですので、良く垂れてしっかりくっつきます。
　　また、ベッドの温度が高いと樹脂が冷めにくくなるため垂れてくっつく時間をかせげます。
　　樹脂もベッドも温度が高い方がくっつきやすくなります。

　　ベッドを加熱できない機種の場合は、高めの温度で特にゆっくり樹脂をなすり付けてください。
　　ノズルの温度がベッドに伝わるので、ベッドが温かい状態に近づけることができます。
　　また、ベッドとノズルの距離は近い（一層目が薄い）ほど、しっかりとなすり付けることができます。



これらの対策の組み合わせで一層目のはがれは激減すると思います。
初期定着不良にお悩みの方はぜひお試しください。

初期定着不良対策、残りの説明をしちゃいましょう。


まずは、3. のベッドの表面を樹脂がくっつきやすくする　です。

　・油などの汚れを取る。

　　手油や埃などの汚れは樹脂はがれの原因になります。
　　また、以前のプリントのカス等の凸凹は、ノズルとの激突脱調の原因になります。
　　どちらもパーツクリーナーを使うと簡単に取れますのできちんと取り除きましょう。
　　マスキングテープや糊のカスは、マスキングテープをちぎったものを
　　ペタペタつけたりはがしたりすると簡単に取れますよ。



　・自動車塗装用のマスキングテープをベッドに貼る。

　　自動車塗装向けを使う理由は熱に強いからです。
　　3Mの343がメジャーなようですが、私はnittoのNo.7235を使っています。
　　伸びにくく、糊も強いため樹脂の反りに負けません。
　　そうそう、マスキングテープはベッドの保温効果もありますし、
　　厚みがほぼ0.1mmですのでベッドとノズルの隙間を簡易的に調整したいときに計算が楽です。
　　凹凸の大きい部分を2重貼りにするとベッドの凹凸対策にもなりますよ。



　・ヘアスプレー、スプレーのり、スティックのりなどをぬりつけて定着力強化をはかる。

　　私はたまに使う程度ですが、ABSを使うときに一定の効果はあるようです。
　　ヘアスプレーはケープスーパーハード、スティックのりはしわなしピットがメジャーなようです。
　　

　・ビルドタックや、ポリカーボネートフィルムなどのシートを貼る

　　ビルドタックは3Dプリンター用に開発されたベッドへの定着力強化用のシートです。
　　特にABSを使うときに効果を発揮するようです。
　　PLAの場合は付きすぎて造形物がはがせなくなるため、ベッドを加熱せず使用する方が良いようです。
　　私はPLAを使うことが多いため、メリットを感じることができずすぐに使用を止めてしまいました。
　　ポリカーボネートフィルムは本来は防犯用途でガラスの飛散防止目的のものです。
　　ビルドタックと同様の効果があるようです。
　　私はichibeyさんのブログ記事を拝見し在試してみました。
　　現在お試し中ですので詳しくありませんが、PLAでつきすぎるというほどでなく、
　　安いので試しやすいと思いました。