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レジン 3D プリンターのしくみ ─ 詳細ガイド

3D プリンティングの基礎と生化学に関心のある 3D プリンティング愛好家なら、この記事はあなたにぴったりです。 レジン 3D プリンターの内部の仕組み、つまり複雑で詳細なプロトタイプとモデルをレイヤーごとの精度で作成するために使用される最先端のプロセスを掘り下げます。 この形式の 3D プリントが 3D プリント愛好家の間で人気を集めている理由を探り、そのプロセスがどのように機能するかを見て、レジン 3D プリントの野生の世界に飛び込むために必要なものをカバーします。 読み進めて、3D プリントの表面を突破しましょう!

「ステレオリソグラフィー」とも呼ばれる樹脂印刷は、液体樹脂で行われる 3D 印刷の一種です。 この樹脂は、最終的な形状に必要なすべての層が作成されるまで、制御されたレーザービームによって層ごとに固体形状に硬化されます。 高解像度のプリントと優れたディテールを提供するだけでなく、滑らかな表面と高い構造的完全性も可能にします。 このタイプの印刷は、デスクトップ樹脂プリンターが利用できるようになったことで、これまで以上に利用しやすくなっていますが、樹脂 3D 印刷の長所には代償が伴います。 つまり、特定のタイプのプリントの生産に関わる環境に優しくない材料とプロセスは、時間と費用の両方がかかる可能性があるということです。

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樹脂 3D プリンターの使用をめぐる議論は、多くの場合、持続可能な慣行と、再利用またはアップサイクル可能なアイテムの適切な製造方法であるかどうかに集中しています。 一方では、この形式の 3D プリントにより、他の多くの製造形式よりも高速で正確に詳細なパーツを作成できると主張する人もいます。 しかし一方で、射出成形などの従来の方法は、材料の使用と全体的な廃棄物生成に関する限り、より効率的です。

最終的には、それぞれの状況は、望ましい結果と使用される最終的な資料を考慮して、個々のメリットに基づいて評価する必要があります。 レジン印刷などのコンピューターによるデザイン技術に創造性と革新の余地を残しながら、あらゆる形態の生産が責任を持って実施されることが重要です。 そうは言っても、次は前進して、これらの驚くべきプリンターがどのように機能するかを探る時です.

樹脂プリンターはどのように機能しますか?

レジン 3D プリントは、従来とは大きく異なる働きをします 溶融蒸着モデリング (FDM) プリンター。 加熱されたノズルを通して熱いプラスチック フィラメントを押し出し、それを層ごとに押し出すのではなく、レジン プリンターはフォトポリマー液で満たされたバットから各層に紫外線 (UV) 光を使用します。 このプロセスは、多くの場合、Stereolithography (SLA) または Digital Light Processing (DLP) と呼ばれます。

具体的には、プリンターの紫外線光源が、フレームまたはトレイに保持された樹脂のバットに降り注ぎます。 可動ミラーがタンクの底の正しいスポットに光を投影します。 当たったところが固まる。 同時に、新しい層が固化するにつれて、ピストンまたはその他のメカニズムがプラットフォームを上下に動かします。 硬化を改善するために、多くの樹脂 3D プリンターには、タンク内で発生するパーツを外側から照らすオプションの追加の UV ライトも搭載されています。

FDM と樹脂 3D プリンティングの違いは、樹脂材料で製造された最終オブジェクトが、FDM 対応物と比較して、より薄い壁とより繊細な機能を備えた高品質の表面仕上げを持つことを意味します。 欠点は、レイヤー間の硬化時間が遅いため、FDM プリンターと比較して印刷に時間がかかることです。 ただし、アプリケーションと希望する品質によっては、この余分な時間は、特定のプロジェクトにとって価値がある場合もあれば、不可欠な場合もあります。

樹脂 3D プリンターがどのように機能するかを理解することは、この技術がプロジェクトのニーズに適しているかどうかを判断するのに役立ちます。次に、必要なシステムの種類と、知識を実際に適用する前に学ぶ必要があるその他の設定を特定します。 それを念頭に置いて、レイヤーごとの印刷プロセスを可能にする背後にあるより深い原則を見てみましょう.

レイヤーごとの印刷プロセス

ソース: top3dshop.com

レイヤーごとの印刷は、樹脂 3D 印刷の最も重要な側面の 0.05 つであり、良好な結果を得るには印刷プロセスに関する深い知識が必要です。 レジンプリンターが作業を開始すると、まず、建物のプラットフォームまたはトレイにフォトポリマーレジンを超薄層で配置することから始めます。 層の厚さは、印刷する必要があるモデルの複雑さに応じて、0.2mm から XNUMXmm の範囲です。 各層が配置されると、UV光源が表面を通過して、樹脂を目的の形状に固化させます。

レイヤーごとの印刷には、従来の 3D 印刷方法に比べて多くの利点があります。これは、超薄層を使用して UV 光で硬化させることで精度が向上し、細部まで非常に正確な解像度を提供できるためです。 これにより、パウダーベッドや溶融堆積モデリング (FDM) などの他の方法と比較して、表面が滑らかになり、層の線が目立たなくなります。

さらに、この印刷方法は、従来の 3D 印刷方法よりもはるかに簡単に曲線形状を作成することができ、これまで他の方法では不可能だったオブジェクトを作成できます。 一方で、このレジンプリント法は、洗浄や硬化などの後処理に手間がかかるため、他の3Dプリンターに比べて製造コストが高くなるというデメリットがあります。 さらに、紫外線光源に依存しているため、レイヤーバイレイヤー印刷は、フォトポリマー樹脂を含む特定の種類の材料のみに制限されており、さまざまな材料を使用できる他のプリンターと比較して、潜在的な用途が制限される可能性があります。

これらの長所と短所があるため、樹脂 3D プリンターを検討している個人は、選択肢を慎重に検討し、この方法が自分のプロジェクトとアプリケーションに適しているかどうかを判断してから、投資することが重要です。 この知識に基づいて、次のセクションでは、樹脂 3D プリントで一般的に使用されるいくつかの材料を見て、それらの利点と欠点について詳しく説明します。

  1. レジン 3D プリントでは、通常、UV 光硬化型フォトポリマー樹脂を使用して XNUMX 次元オブジェクトを構築します。
  2. アメリカ物理学会によると、SLA または ステレオリソグラフィー 最も一般的なタイプの樹脂 3D プリントで、さまざまな材料特性を持つオブジェクトをプリントできます。
  3. 2020 年に発表された研究によると、フォトポリマー樹脂が硬化する正確な温度は材料によって異なりますが、一般的に言えば、硬化温度は材料によっては室温から 250℃ までの範囲です。

樹脂印刷に使用される材料

ソース: www.thongguan.com

レジン 3D プリントで使用される材料は、多くの場合、感光性分子を含むフォトポリマー樹脂で構成されています。 レイヤーごとの印刷プロセスでは、液状のフォトポリマー樹脂が紫外線 (UV) 光源にさらされます。 この紫外線により、レジンが固まり、固まります。 UV 光の強度と持続時間を変えることで、さまざまな材料特性を実現できます。 3D プリントで一般的に使用される樹脂は、硬度、柔軟性、 熱安定性、および化学薬品および液体への抵抗。

伝統的な金属またはプラスチック材料の支持者は、樹脂 3D プリントで使用されるフォトポリマー樹脂よりも貯蔵寿命が長いため、費用対効果が高いと主張しています。 ただし、フォトポリマー樹脂の使用を支持する人は、これらの材料が提供するさまざまな独自の特性により、歯科用インプラント、宝石の型、消費者製品のプロトタイプ部品などの特殊な用途に理想的であると指摘しています。 さらに、これらの材料は軽量で加工が容易です。 熱ではなく紫外線に当てると硬化するため、製造時のエネルギー消費が大幅に削減されます。

さまざまな 3D プリント材料の長所または短所に関する意見に関係なく、現在の研究が技術と材料選択の両方で多くの新しい進歩をもたらしていることは明らかです。 イノベーションが次々と出現するにつれて、3D プリント製品の可能性はますます大きくなる一方です。 さまざまなカテゴリの製品やコンポーネントでますます精度と精度が向上しているため、デザイナーは 3D プリンターでオブジェクトを作成する際に、前例のないレベルのカスタマイズ オプションにアクセスできるようになりました。 今後、樹脂の種類に関する選択が性能にどのように影響するかを理解することは、これらの複雑なプロトタイプや最終製品を設計するエンジニアにとって重要です。

樹脂の種類

ソース: melliescraftbazaar.com

樹脂印刷に使用される材料について説明した後、利用可能なさまざまな種類の樹脂に注意を向ける時が来ました. 一般に、樹脂には、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の 3 つの主要なカテゴリがあります。 これら XNUMX つのカテゴリには、フレキシブル樹脂からキャスタブル樹脂、高温樹脂、歯科用樹脂まで、XNUMXD プリント用のさまざまな特殊樹脂が存在します。

熱硬化性樹脂システムは液体として始まりますが、熱または紫外線で硬化した後、最終的に硬化して固体になります。 これらの樹脂は一度硬化すると、再軟化または再形成することはできません。 熱可塑性樹脂は、硬化する必要がなく、何度も再加熱して再成形できるため、はるかに柔軟なオプションを提供します.

樹脂の種類ごとに独自の利点と欠点があります。そのため、現実的には、どの樹脂がプリンターと必要な用途に最も適合するかを知るには、経験が必要です。 それにもかかわらず、3D プリント愛好家が一般的に使用するカテゴリには、ポリウレタン (PU)、 エポキシ系樹脂、ポリアミド、ポリエステル。 シリコーンベースの樹脂は、複雑なデザインの非常に詳細な部品を印刷したい人の間でも人気が高まっています.どのタイプの樹脂がプロジェクトに最適であるかに関係なく、それを最大限に活用するには、各材料の特性を研究することが重要です. 3D プリントに使用できるさまざまな種類の樹脂について説明したので、それらを使用する市場のさまざまな種類のプリンターを調べてみましょう。

レジンプリンターの種類

ソース: history-computer.com

レジン 3D プリンターに関しては、選択肢がたくさんあります。 プリンタの各タイプには、他のプリンタと比較して独自の設計と一連の機能があります。 従来の SLA プリンターは、UV 光を使用して液体樹脂の層をすばやく硬化させますが、DLP プリンターは通常、プロジェクターを使用してより厚い層を一度に硬化させます。 マルチジェット イメージング (MJI) プリンタは、一連のプロジェクタを使用して、非常に高い解像度で複雑なオブジェクトを作成します。

プリンタの種類ごとにさまざまな利点と欠点があるため、特定のプロジェクトやアプリケーションに最適なプリンタを評価することが重要です。SLA プリンタは通常、対応するプリンタよりも小型で手頃な価格であるため、愛好家やカジュアルなユーザーに最適です。複雑なディテールや大量生産を必要としないユーザー。 また、フィニッシュラインが目立たず、表面がより詳細なプリントを作成します。

一方、DLP および MJI プリンターはより高価ですが、より正確で詳細な印刷が可能で、大量の印刷も可能です。 また、SLA システムと比較して印刷時間が大幅に短縮されます。

総じて、レジン 3D プリントに関しては万能というものはありません。 代わりに、特定のアプリケーションに最適なマシンをケースバイケースで決定する必要があります。 各タイプのプリンタの長所と短所をよく理解することで、ユーザーは、ニーズに最適な結果をもたらすプリンタについて十分な情報に基づいた決定を下すことができます。 この知識があれば、選択したツールを最大限に活用し、素晴らしい 3D プリントを簡単に作成できるようになります。

3D プロジェクトがどれほど複雑であるか単純であるかに関係なく、コンピュータ化されたマシンが材料とどのように相互作用するかを理解することは、印刷プロジェクトを次のレベルに引き上げるのに役立ちます。 科学、技術、芸術が一緒に利用されると強力な組み合わせを形成することは明らかです。適切なアプローチがあれば、驚くべき創造物をすぐに作ることができます!

コンピュータ化された機械と材料の組み合わせ

ソース: HP.com

異なるタイプの樹脂 3D プリンターは、一般的に同じ基本的なコンポーネントとプロセスを共有しています。 ただし、それらの大きな違いの XNUMX つは、洗練度のレベルです。 シンプルな単一材料システムもあれば、より幅広い技術と材料を利用できるシステムもあります。 コンピュータ化された機械は、印刷品質と材料の組み合わせの点でより多様です。

コンピュータ化された機械には、温度、速度、位置、およびその他の要因を手動の機械よりも正確に測定するモーターとセンサーが装備されています。 これにより、寸法精度の高い高解像度モデルを生成できます。 さらに、高度な電圧モニターにより、均一な露光が保証され、より滑らかな表面でより高速な出力が得られます。 さらに、一部のコンピューター制御システムは、ポリマーからセラミックまで、さまざまな材料の組み合わせをサポートできる場合もあります。

これらのより複雑なマシンは、印刷プロセスをより細かく制御できるため、印刷プロセス中にさまざまなレベルのスキャンと露光を自動的に切り替えることで、オペレーターがプロセスのすべてのステップを処理する必要がある手動システムと比較して、高速化を実現できます。 これにより、従来の大量生産プロセスでは達成できないことが多い、より多くの生産量に対するスループットの高速化とリードタイムの​​短縮が可能になります。

産業用途に関して言えば、コンピューター化された樹脂 3D プリンターは、材料の最適化と費用対効果に関して比類のない多様性を提供します。 環境をより適切に制御し、ジョブを開始する前に材料をプリンターにプリロードできるようにすることで、従来の製造装置では不可能または遅すぎた新しいアプリケーションが出現します。

コンピューター化された樹脂 3D プリンターは、手動の対応するプリンターと比較して、速度と品質の両方の点で大きな利点をもたらします。 技術の進歩により能力が向上し続けているため、これらのマシンは、ファッションから医療用途に至るまで、商業用途でますます人気が高まっています. この傾向は今後も続き、ユーザーはコストを削減しながら印刷物で高レベルの精度と詳細を実現する方法を模索しています。 これらすべてを念頭に置いて、樹脂 3D プリンティングがこの新しい技術の利用に関心のあるユーザーに提供できる利点のいくつかを見てみましょう。

レジンプリンターのメリット

出典:formlabs.com

さまざまな用途に樹脂 3D プリンターを使用する利点は数多くあります。 ラピッド プロトタイピングから装飾まで、この技術は企業や個人が部品、製品、装飾を作成する方法に革命をもたらしました。

レジン 3D プリントの主な利点の 3 つは、詳細なオブジェクトを迅速かつ最小限の無駄で作成できることです。 層をゆっくりと構築する必要がある他の 3D プリント技術とは異なり、樹脂 XNUMXD プリントは、サポート構造を必要とせずに非常に複雑なオブジェクトをほぼ瞬時に生成できます。 このレベルの複雑なディテールは、製造時に精密さが要求される多くの微細な特徴を備えたジュエリーや歯科用インプラントの製造に理想的です。 また、サポートがないため、プロジェクトの完了に必要な時間が短縮され、追加の手順や後処理なしで複雑な形状を作成できます。

樹脂 3D プリンターを使用するもう 3 つの利点は、利用可能な材料の種類の多様性です。 樹脂 XNUMXD プリンターは、ABS、ナイロン、PETG、SLA/フォトポリマー、PEEK/ポリエーテルエーテルケトン、さらには炭素繊維充填樹脂。 各タイプの材料は、さまざまな用途に固有の特性を提供し、特定のプロジェクトに最適なソリューションを提供できます。 たとえば、ABS は強度と耐熱性を提供しますが、他の材料は柔軟性や透明性を提供します。

さらに、樹脂 3D プリンターは、他のアディティブ マニュファクチャリング技術と比較して、運用コストが低いことを誇っています。 これは、他の 3D 印刷技術に関連するものよりも低い資本投資と継続的なメンテナンス コストのみを必要とするため、予算内の企業や個人にとって魅力的な選択肢となります。 さらに、新しい樹脂の研究開発が拡大し続けているおかげで、フォトポリマーなどの材料のコストはますます手頃な価格になっています。

最後に、一部のユーザーは、樹脂 3D 印刷が、溶融フィラメント製造 (FFF) プリンターなどの他のタイプの積層造形装置と比較して、ノイズが比較的少ないという事実を高く評価する場合があります。 FFF マシンは通常、機械的な動きが大きく、電力要件が高いため、より多くの混乱を引き起こすと認識されています。 したがって、これは、一度に複数の人がいるオフィス環境や、近くに住む他の人にとって騒音公害が問題になる可能性がある通常の時間帯に自宅で仕事をする場合に有益です。

要約すると、レジン 3D プリンターの使用には多くの利点があります。 利用可能な材料の種類に関する多様性。 運用コストが低い。 他のタイプのアディティブ マニュファクチャリング装置と比較した場合の低騒音レベル。

よくある質問の説明

ソース:3dnatives.com

レジンプリンターで3Dプリントを作る工程は?

レジン プリンターで 3D プリントを作成するには、いくつかの重要な手順が必要です。 まず、CADなどの3Dモデリングソフトでモデルを作成します(コンピュータ支援設計) または 3D スカルプト ソフトウェア。 次に、モデルをレイヤーにスライスし、レジン プリンターが理解できる指示に変換します。 指示はプリンターに送信され、プリンターは与えられた指示に従ってレイヤーごとにオブジェクトを構築します。

レジン 3D プリントで使用されるレジンは、レイヤー構築プロセスごとに光で硬化する必要があります。 この硬化プロセスは、液体レジンを硬化させ、その上に次の層を作成できるようにします。 各レイヤーが硬化した後、ビルド プラットフォームが下がり、完成するまで造形物の高さが高くなります。

この時点で、オブジェクトが印刷されると、通常、余分なサポート材を取り除き、欠陥を滑らかにするなど、いくつかの後処理が必要になります。 これらのタスクが完了すると、新しく印刷された 3D オブジェクトを楽しむことができます。

レジン 3D プリンターの主要コンポーネントは何ですか?

レジン 3D プリンターの主なコンポーネントは、印刷プラットフォーム、ビルド プラットフォーム、光源、印刷ソフトウェア、および液体フォトポリマーで満たされたバットです。 プリント プラットフォームは、プリントされる 3D オブジェクトを所定の位置に保持し、通常はビルド プラットフォームとフィルムまたはプラスチックの層で構成されます。 ビルド プラットフォームは、3D オブジェクトのレイヤーが時間をかけて印刷される平面です。 これは通常、FEP (フッ素化エチレン プロピレン) フィルムまたは PEI (ポリエーテルイミド) のシートで覆われたステンレス鋼でできています。

光源は樹脂を硬化させ、印刷中に硬化させます。 すべてのレジン 3D プリンターは、何らかの形の LED 技術を使用して UV 光を印刷面に投影し、レジンを重合させて目的の形状にします。

最後に、適切なソフトウェアを使用することが、3D プリンターで良好なプリントを得る鍵となります。 レジン 3D プリンターの場合、レイヤー時間や印刷プロセス全体の露出などの設定を制御できるソフトウェア オプションがいくつか用意されています。 これらの設定を微調整することで、すべての印刷ジョブで高品質の印刷を確実に得ることができます。

これらの必須要素に加えて、ほとんどの樹脂 3D プリンターには、プリンター設定を制御するための LCD 画面や、印刷操作を制御するためのコンピューター化されたシステムなど、他の部品もあります。 長時間の印刷中に温度を下げるのに役立つ冷却ファンなどの他のコンポーネントも含まれる場合があります。

レジン3Dプリンターで使える素材は?

レジン 3D プリンターで使用できる材料のタイプは、通常、光を当てると硬化する光硬化性液体レジンです。 これらの樹脂には、さまざまな色と硬度のグレードがあり、目的の用途に応じてプリントをカスタマイズできます。 一般的な材料には、リジッド レジン、フレキシブル レジン、高温レジン、キャスタブル レジンなどがあります。 材料の種類ごとに、特定の用途に適したさまざまな特性があります。

たとえば、リジッド レジンは、優れた層接着性と高解像度の印刷機能を提供するため、非常に詳細で複雑なモデルに最適です。 フレキシブル レジンは弾性のあるパーツやコンポーネントの作成に最適ですが、ハイ テンプ レジンは耐熱性パーツの作成に適しています。 最後に、Castable Resin は、後処理ステップを必要とせずにすぐに使用できる、耐久性があり正確な鋳造を作成するのに最適です。

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