Last updated: November 2013 - 2010. Kajiyama          [3D printing 目次に戻る ]

3D プリンターで立体模型を製作するための基礎知識


  1. 製作過程で外国製のソフトウェアを使用するので,ファイル名やパスには日本語を使わない注意深さが必要.

  2. ちまたではやりの言葉を調べてみる.

    1. ファブラボ (Fab Lab: fabrication laboratory)」

    2. ラピッドプロトタイピング

      • 建築や自動車・電化製品・化粧ビンなどの外観の試作品・模型(prototype)を 木型(モックアップ mockup)や粘土(クレイモデル clay model)で造形している.

      • これらの製品開発で,素早く,試作品を3次元造形する行為ラピッド・プロトタイピング(rapid prototyping)と呼ぶ.

      • 試作品をそのまま実用品として使用する方法が可能になり,ラピッド・マニュファクチャリング (rapid manufacturing)も現れてきた.調べてください.


  3. 3Dプリンターはラピッドプロトタイピングのための工作機械である.

    1. 3Dプリンターが使用する造形方法は,積層造形法(Additive Manufacturing)である.

      • 樹脂で平面図形をXY平面上に2次元加工し,これをZ軸方向に積み重ねていき,三次元の立体を樹脂で造形する.

      • その種類は,光造形法 ・ 粉末法 ・ 熱溶解積層法(FDM法) ・ シート積層法 ・ インクジェット法がある.

      • パーソナルな3Dプリンターでは熱溶解積層法が主流である.その歴史は,RepRap Projectにある.

    2. 積層造形法で3次元造形するには,まずNC加工(あるいはCNC加工)の工作機械である3Dプリンターを知っておくほうがよい


    3. CAM(computer aided manufacturing)は,3Dプリンターをコントロールするためのデジタル・データを作成するソフトウェア

      • CAM はCADのデータをもとに,NC加工のためのCNCプログラムを出力するシステムである.

      • CAMは,CADで作成した3次元形状データをSTL(Stereo lithography)データ形式で入力されるのが好き.

      • CAMは,CADで作成した次元形状の情報から工作機械を動かすためのGコード(CNCコード)を生成する.

    4. CAMはCADのSTLファイルを3Dプリンターで使用するG-codeファイルに変換する過程で,次の3つのソフトウェアを使用する.

      • Slicing Softwareは,3次元形状(STL形式)を水平に薄切りにし,積層形式の立体モデルを作成する.

        次にこの薄い一枚ごとの層をプラスチックで製作するために,3Dプリンターのノズルが動くルートを計画しこれをGコードで作成させる.

        この過程で模型加工に必要なサポート材・土台を自動的に付け加えることもできる.Skeinforge / Slic3r

      • G-code interpreter は,3DプリンターのXYZ軸のモータの動きや,ノズルのヒータの温度管理を行うために,

        Gコードファイルを3Dプリンターの電気信号に翻訳する.

      • G-code sender は,Gコードを1行ずつ,コンピュータのUSBあるいはシリアルポートを通して3Dプリンターの翻訳装置に直接送り込む.

      • コンピュータをつながず,3Dプリンターに直接メモリーカードで送り込むこともある.こちらがお勧め.ReplicatorG / Repetier-Host

  4. 3Dプリンターでのモデリングに必要な追加部品の知識

    1. Layer Height(積層の厚み)
    2. Number of shells(模型の外壁の厚み)
    3. サポート材(模型の足場)
    4. Raft(模型の土台)
    5. Object Infill(模型内部の充填密度)


  5. 熱溶解積層法で使用するプラスチックの造形素材と性質

    1. フィラメントと呼ぶ樹脂は細い線の形状で,3Dプリンターのノズル(エクストルーダー)から熱でとかして吐き出し造形する.

    2. フィラメントの材料

      • フィラメントの材料ABS樹脂はアクリロニトリル (Acrylonitrile),ブタジエン (Butadiene),スチレン (Styrene)を重合した樹脂.

        ・熱可塑性・常用耐熱温度は70〜100℃

      • フィラメントの材料PLA樹脂ポリ乳酸,polylactic acid,PLA)はポリエステル類である.

        ・成型温度はABS樹脂よりも低く,粘りが少なく強度がある.

      • フィラメントの材料「Dissolvable Filament(溶ける素材)」はリモネン溶液に浸けると溶解してしまう性質を持つ.ラフトやサポート部分に用いる.

        ・リモネン溶液はレモンやオレンジなど、柑橘類の皮に豊富に含まれている精油成分.

    3. 熱溶解積層法でのサポート材の除去方法

      ・刃物で削ぎ落とすブレイクアウェイ方式・温水による除去・水酸化ナトリウムによる除去がある.

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