光造形3Dプリンターは、紫外線光を使ってUVレジンを硬化させ、3Dモデルを実体化します。光造形方式は、特に精密な部品やプロトタイプの作成に適しています。一方で高価格、材料のコストが高い、材料の性質によっては直射日光に弱い、後処理に手間がかかるといった弱点もあります。その造形方式のメリット・デメリットを解説しながら、光造形3Dプリンターのおすすめの機種を紹介します。
そもそも光造形方式とは？
光造形方式は液体のレジンを紫外線によって硬化させ、樹脂を積層させてオブジェクトを作成する方法です。上の動画では、光造形方式の3DプリンターFormlabs Form3が実際にプリントしている過程を見ることができます。
造形のプロセスについて
光造形方式は、そのプロセスによってSLA（Stereolithography）方式とDLP（Digital Light Processing）方式とLCD方式（Liquid Crystal Display）の3つに分けられます。基本的にどの方式でも滑らかで高精細な仕上がりになりますが、次のような違いがあります。
「繊細さを優先」SLA方式で繊細な造形ができる
SLA方式は、硬質樹脂を使用し、紫外線のレーザーを使って積層させてオブジェクトを作成する方式です。一筆書きの要領でレーザーをレジン液表面の一点に当てて照射する方式で、DLP方式よりも照射する紫外線の範囲が狭いため時間がかかります。しかし3Dデータにより忠実なプリンティングができるため、より繊細な造形に適しています。
「スピード優先」DLP方式でスピーディーな造形が可能
DLP方式は、プロジェクターから紫外線光を照射し、硬質樹脂を積層させてオブジェクトを作成する方式です。紫外線光を面で当てて照射するため、SLA方式と比べるとスピーディーな造形が可能になりますが、プリントされるモデルの各部の造形精度にばらつきが出てしまうこともあります。
「スピードとコストを優先」LCD方式は迅速かつ安価な造形が可能
LCD方式は、LCDディスプレイを使って紫外線光を照射する方式で、DLP方式と同様に面で光を照射してスピーディーに造形を行える利点があります。DLP方式で使われる光源よりLCDディスプレイは一般的に高解像度で導入コストが比較的低いため、現在多くの光造形プリンターではLCD方式が用いられています。ただし、造形の際に発生する熱や紫外線によるLCDディスプレイの劣化が避けられないため、定期的なディスプレイ交換が必須です。またディスプレイのピクセルサイズによっては造形物の表面に段差が生じることもあるため、平滑な表面を持った造形が求められる場合には、高解像度のLCDディスプレイを備えた3Dプリンターを使うことをおすすめします。
光造形方式で使用できる主な材料をご紹介
光造形方式で使用される硬質樹脂の中でも一般的に使用される材料には、以下のようなものがあります。それぞれの材料には特徴があり、耐久性、硬度、耐熱性などに違いがあります。3Dプリントに使用する材料を選択する際には、目的や用途に応じて選択しましょう。
汎用レジン
透明レジン
透明度を高めたレジンで、メーカーに寄っては黄変（おうへん：紫外線によって黄色く変色すること）がしにくいといった特徴がある場合もあります。アクリル樹脂を使う場合、耐久性に劣るため、負荷がかかる場所に使う部品などには適していません。
高機能レジン
ABSライクやPPライクと呼ばれるABSやPPのような特性を持ったものから、高強度で硬さのあるものなど、様々な用途に即した機能性を持つレジンです。
弾性レジン
ゴムやシリコンのように柔らかい素材のレジンです。
水洗いレジン
後処理の洗浄を水で行うことができるレジンです。有機溶剤を使用しないため、家庭でも扱いやすいというメリットがあります。
その他
耐熱レジン、キャスタブルレジン、セラミックレジン、ドラフトレジン、ESDレジンなど、3Dプリントの進化に伴って素材も多様化しています。
光造形方式のメリット
造形スピードが速く生産力が高い
紫外線を照射したレジンが硬化する速度が速いため、他の造形方式に比べて出力する速度が速くなります。また特にDLP方式では面状に紫外線を照射するため、出力の効率が高くなります。１モデルの中に複数の部品があるような場合でも素早く出力できるので、量産にも向いた方式です。
造形精度が高い
熱溶解積層方式（FDM方式）の場合は熱収縮により仕上がり精度が落ちる場合がありますが、光造形方式ではほとんど材料が熱を持つような問題はないため、精度の高い造形が可能になります。
仕上がりを滑らかにできる
積層する際に層と層の滑らかに結合するため、境目がなく、仕上がりが滑らかになります。このため、フィギュアや模型などを制作する場合など、3Dモデルのデザインに近づけて仕上げたい際に適しています。
素材によって透明度の高いものも製作が可能
アクリル系樹脂のように透明性のある素材を選ぶことで、透明度の高い造形物も制作可能です。
高精度で大型の造形物も製作が可能
大型の光造形3Dプリンターと時間が必要になりますが、高精度で大型の造形物を作る場合には、他の造形方式と比べ短時間で高精度の大型オブジェクトを出力することが可能になります。
光造形方式のデメリット
直射日光を避けないといけない
光造形方式では、紫外線で材料を硬化させますが、光硬化性樹脂はプリントした後も紫外線を含む直射日光に晒されてしまうと、造形物が変形したり破損してしまう可能性があります。
後処理の工程に手間がかかってしまう
プリントされた直後には造形物に余計なレジンが付着しています。モデルをそのレジンを洗浄し、硬化させる必要があります。エタノールや水で洗浄する必要がありますが、洗浄した液はレジンを含んでいるためそのまま一般家庭の下水に流すことはできません。また造形物を出力した後も、サポート材を除去したり、レジンが硬化し終わっていない場合、紫外線を２次照射して再度硬化作業を行う必要があり、そのためには手間も時間もかかります。
レジンや洗浄液の毒性への配慮が必要、また処分にも手間がかかる
レジンには揮発性有機化合物が含まれていて、プリント中に臭いが発生するため、十分に換気する必要があります。またレジンにはアクリル酸エステルなどの有害な成分を含んでいることがあるため、長時間にわたる露出は健康に害を与える可能性があります。特に、肌に接触すると皮膚炎を引き起こす場合があります。また後処理の過程で付着したレジンを洗った洗浄液が有害な成分を含んでいる場合は、廃棄のための処理が必要になります。
初期費用や材料などのランニングコストがかかる
機材によって用いるレジンの種類が変わりますが、500mlあたり数千円から数万円と価格帯が広く、レジンは3Dプリンティングにおいて比較的高価な材料であることが言えます。また3Dプリンター本体の値段も比較的高いため、初期投資の費用が高くついてしまう場合もあります。また他の造形方式と比べると、材料のレジンに加えて、後処理のための洗浄液のコストもかかり、ランニングコストが高くつきます。
素材管理・保管に手間がかかってしまう
光造形方式では材料の特性上、環境光が当たるだけでその品質に影響が出る可能性があります。そのため管理・保管の際には冷暗所を確保するといった配慮が必要になります。
光造形の3Dプリンターの簡単な選び方
目的で選ぶ
・試作品の作成やラピッドプロトタイピング
試作品やプロトタイプを素早く制作し、耐久性を検証するためには光造形方式が向いています。
・フィギュアやアクセサリーの原型
仕上がりが滑らかで造形精度が高いため、3Dデータで制作されたフィギュアやアクセサリーの造形を実際に出力して確かめる原型を作る目的にも光造形方式は向いています。
おすすめの3Dプリンター3選の特徴と価格を紹介
比較表：
| ３Dプリンター | Elegoo Mars3 Pro | Phrozen Sonic Mini 8K | Formlabs Form3 |
|---|---|---|---|
| 価格帯 | 4〜5万円 | 14〜17万円 | 90〜100万円 |
| ビルドボリューム | 143 x 89.6 x 175 mm | 165 x 72 x 180 mm | 145 x 145 x 185 mm |
| 方式 | LCD方式（4Kモノクロ） | LCD方式（7.1インチ8Kモノクロ） | LFS方式 |
| 分解能力 | 35 mm | 22 μm | 25 μm |
| タッチスクリーン | 3.5 インチ | 3.5 インチ | 5.5インチ |
| 参考ページ | https://skhonpo.com/products/elegoo-3dprinter-mars3-pro | https://skhonpo.com/products/phrozen-sonic-mini-8k_sonicmini8k | https://www.form2.shop/form3 |
Elegoo Mars3 Proの特徴
- 低価格: Elegoo Mars3 Proは、手頃な価格ながらも高品質な3D印刷が可能な3Dプリンターです。
- 簡単操作: Elegoo Mars3 Proは、タッチスクリーンを採用しており、簡単かつスムーズな操作が可能です。
Phrozen Sonic Mini 8Kの特徴
- ハイレゾリューション: Phrozen Sonic Mini 8Kは、高解像度グレースケールLCDを採用しており、高精度かつ細部まで細かいオブジェクトを印刷できます。
- コストパフォーマンス: Phrozen Sonic Mini 8Kは、ハイエンドの3Dプリンターに比べて低価格ながらも高品質な3D印刷を実現しています。
Form3の特徴
- 高品質: Form3は、LFS方式という独自の光造形技術を採用しており、高品質な3D印刷が可能です。LFS方式では、造形物にかかるフィルムの抵抗力を軽減し、従来より滑らかな出力を実現できます。
- 用途: 歯科や医療モデル、産業用のプロトタイプ、美術品の複製など、幅広い用途に使われています。
光造形方式3Dプリントは気軽に外注する方がいい場合も
一般に3Dプリンターを所有することには、プロトタイピングを容易に行えるといった利点がありますが、光造形方式に関してはデメリットの項目で説明したように、光造形3Dプリンターを所有して内製するための手間やコストが他の方法よりもかかってしまうと言えます。個人や小規模なオフィスで光造形方式の3Dプリントを行おうと考えるなら、まずメンテナンスや後処理を行う上でかかる時間や製造コストを計算して、内製ではなく外注する選択肢も検討してみてください。
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