FDM方式(熱溶解積層方式)と光造形方式の違い

造形方法
造形方法に関しては、FDM方式では素材を熱で溶かし、それを積み上げ造形する。

光造形方式では、素材を光で照射して素材を固形化させてそれを積み上げ造形するという明確な違いがあります。

寸法精度の違い
FDM方式と光造形方式では造形する際の寸法精度に違いが見られます。

FDM方式は、積層時にテーブルから造形物が離れたりすることで少しズレたり、造形の際にヘッドが動くことから、かみ合わせが少しでもズレると造形物がズレるリスクが有ります。

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それに対し光造形方式は、光で照射していることやヘッドがズレることがはないことから光造形機の寸法精度は、FDM方式に比べて約1.5倍ほど優れています。しかし、FDM方式でも、ノズルやフィラメントを質の良いものに変更することにより光造形機レベルの寸法精度を再現することができます。

造形時に使用する素材の違い

FDM方式と光造形方式では、使用される素材もそれぞれ変わってきます。FDM方式の3Dプリンターで使用する素材をフィラメントと呼び、光造形方式で使用する素材をレジンと呼びます。

FDM方式で使用されるフィラメントとは、樹脂を溶かしそれを糸状にしたものです。
それに対して、光造形方式で使用されるレジンは液体です。

フィラメントは、様々な樹脂を織り交ぜて作成することが可能で、色のバリエーションが豊富で材質の幅も広いです。
またフィラメントの中には、水溶性のものやTPU素材という軟性・弾性の高い素材のものもあります。

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それに対してレジンは、液体であることから、素材を混ぜることができません。
そのため素材の違いを生み出すことは難しく、色のバリエーションも少なく、材質の幅は狭いと言えます。

このように、FDM方式と光造形方式では、造形方法・寸法精度・使用する素材の3つの項目で大きな違いが見られます。

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アクセサリーを3Dプリンターで作るメリット

アクセサリー作りは、ハンドメイドや外注などの方法でも行えます。さまざまな方法がありますが、3Dプリンターでアクセサリーを作ると次のようなメリットがあります。

誰でも簡単にアクセサリーが作れる
3Dプリンターでアクセサリーを作る方法は簡単です。シルバーアクセサリーの場合は「デザイン」「3Dプリンティング」「鋳造」の流れで作りますが、各工程を簡略化できます。

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デザイン:オープンデータをダウンロードする
3Dプリンティング:代行サービスを利用する
鋳造:代行サービスを利用する
そのため、誰でも簡単にアクセサリー作りが楽しめます。

多品種少量生産ができる
3Dプリンターでアクセサリー作りをすれば、多品種少量生産ができます。ピアスや指輪、ストラップなど、あらゆるアクセサリーが3Dプリンターで作れます。多品種少量生産の特徴を活かして、ジュエリー販売などの物販でビジネスをする方も増えてきています。

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デザイン性の高いアクセサリーが作れる
3Dプリンターは微細な設計を忠実に出力できます。そのため、デザイン性の高いアクセサリーが作れます。また、ポリエステルやナイロンなど豊富な種類のフィラメント(材料)が使用できるため、デザインだけでなく素材にもこだわれます。

強度が高いアクセサリーが作れる
3Dプリンターで使用するフィラメント(材料)には、豊富な種類があります。アクセサリーにどの程度の強度が必要かで素材を選べることもメリットとなっています。

低価格でアクセサリーが作れる
3Dプリンタープリンティングの外注費用の相場は以下の通りです。3Dプリンターで自作すれば、低価格でアクセサリーが作れます。3Dプリンティングの費用が抑えられて、後の加工を専門業者に直接依頼することで、製造原価が安く抑えられます。

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3Dフードプリンターのメリット

食品の自由度の向上
3Dフードプリンターは、樹脂造形などを行う従来の3Dプリンターと同じように、複数の材料を使って立体的に積層を行うなどして、自由度の高い食品を製造できます。

チョコレート細工のようにデザイン性も重視したスイーツを作る場合でも、3Dフードプリンターであれば、人間の手では造形が難しい食品でも製造が可能になります。

また、機械による製造のため、同じ原材料や出力設定、互換性のある3Dフードプリンターがあれば、全く同じレシピの再現も期待できます。

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栄養価を調整した食品の製造
3Dフードプリンターは、使用する材料のタンパク質・ビタミン・ミネラル・糖分などの量を調整することができます。これにより、高齢者や病院での患者など、決められた食事しか取れない方に対して、健康面に配慮した食事を提供できます。

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食品ロスの低減
3Dフードプリンターは、使用する材料に野菜のくずや、虫などを利用できるとの考えもあります。一般的には廃棄される材料や、見た目の問題で食材として利用されないようなモノを活用することで、食品ロスの低減が期待できます。

古くなったパンやフルーツの皮をペースト状にして、3Dフードプリンターで印刷したものをオーブンで焼き、水分が残らないように乾燥させれば、長期保存が可能な食品が得られるとの事例もあります。

将来、3Dフードプリンターが普及すれば、廃棄される食材が減り、SDGs(持続可能な開発目標)の飢餓をゼロにするなどの目標に貢献できるかもしれません。

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フィギュア制作に必要な3Dデータの作り方

ここでは3Dデータを用意するための方法について解説します。

フィギュアを3Dプリントするには、元データとなる3Dデータを用意しなければなりません。しかしデータの作り方などによっては、あまり時間をかけずに用意することが可能です。

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3DCADによるデータ作成
3DCADは、主に機械製品や建築物などの3Dモデリングをするのに使われているソフトウェアです。

3DCADではモデリングするには、製品寸法や角度などのパラメータを入力しながら進めます。そのため構造物や部品など、寸法が決まったモノをモデリングしたい場合は、3DCADが適しています。

3DCGによるデータ作成
1から3Dデータを作成するには、3DCGソフトを利用するという方法もあります。

3DCGは3DCADと違い、四角や三角形などの図形を組み合わせたり、曲面を使ってモデリングを行う仕組みで、主に見た目を重要視するモノに対して利用されています。

そのため、見た目が重要なフィギュアを制作するのであれば、3DCGを利用するのがおすすめです。

また、オリジナルのキャラクターを作るのであれば、ピクシブ株式会社が提供しているソフトウェア「VRoid Studio」を利用する方法もあります。

VRoid Studioは、3D制作初心者の方でも簡単にキャラクターメイキングができるほか、利用するのに費用がかからないのもポイントです。制作したキャラクターを3Dプリントする際は、有料サービスの「pixivFACTORY」を利用することでプリントが可能です。

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3Dスキャナーで実物をスキャン

3Dスキャナーを用いれば、既にあるフィギュアをスキャンして、3Dデータ化することが可能です。3Dスキャナーは、3DCADやCGソフトからデータを作成できない方でも、現物から簡単に3Dデータを用意できるのがメリットです。

ダウンロードサイトから3Dデータを取得
オリジナルのデータでなくてもよい場合は、インターネット上で3Dデータを提供しているサイトなどを利用する方法もあります。

サイトの検索欄から3Dプリントしたいジャンルを入力して、お気に入りのデータをダウンロードしてみましょう。

ただし、ダウンロードサイトを利用する際はトラブルが起きないよう、あらかじめ著作権や商用利用などのライセンスを確認してから利用するようにしてください。

3Dデータ作成サービスを利用
3Dデータ作成サービスを利用すれば、フィギュア化したいイラストや写真から、3Dデータを作成してもらえます。また、サービス内容によっては3Dプリントまで対応できるところもあります。

造形物の精度や素材、対応するサイズ、後加工の内容、納期などはサービスを提供している業者により異なるので、詳細についてしっかりと相談するようにしましょう。

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3Dプリンター用データの作成方法

3Dプリンター用データの作成方法は、「3DCAD」 「3DCG」 「3DSCAN」の3つがあります。

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3DCAD
3DCAD(3次元コンピュータ支援設計)は、建築設計や工具の試作品設計などの製造現場で利用されているソフトです。詳細情報が記載できるため、完成品の精度を高められます。そのため、製造物の完成精度を重視したい方は、3DCADの導入を検討してみてください。

3DCG
3DCG(3次元コンピュータグラフィックス)は、3次元空間にある仮想的な立体物を、2次元に変換できるソフトです。3DCADと比較した場合、細かな設定には向いていません。

3次元空間にある立体物を2次元に変換できるため、デザイン性を重視したモノづくりに適しています。フィギュアなどの試作品を製造する場合に3DCGが良く利用されます。

3DSCAN
3DSCANは、3Dスキャナーを使用して物体の3次元データを取り込む方法です。対象物を3次元の座標(x,y,z)にプロットして自動でデータを生成していきます。3DCADや3DCGと比較すると精度は落ちてしまいますが、設計が不要という強みを持っています。

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STLファイルへの変換
3DCADや3DCGで作成したデータは、STLファイルに変換します。STLファイルは、3Dプリンター業界を牽引してきたリーディングカンパニー3DSystems社によって開発されたもので、多くの3DCADソフトはSTLファイル形式をサポートしています。STLファイルの検証では、表面に厚みがないか、穴が空いていないかを確かめます。

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サポート材が必要になる形状とは?

サポート材は3Dプリンターでの造形時に必ず必要になるわけではなく、製品の形状によってはサポート材による支えがいらずモデル材だけで造形できる場合もあります。

ここでは、サポート材が必要になる形状を三つご紹介します。いずれかに該当する場合は、サポート材を使う前提で造形方法を検討しなければならないので、覚えておいてください。

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オーバーハング
オーバーハングとは、簡単に言うとアルファベットのTやYのような形状です。TやYの上部はサポート材がないとモデル材を積み上げられなかったり、自重で崩れてしまったりします。
ただし、Y形状は二股に別れる部分の角度によってはサポート材が不要なケースもあります。一般的には、45度以上になるとサポート材が必要とされていますが、機種や材料によって異なるためメーカーに確認しましょう。

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●ブリッジ
橋やアルファベットのHのように、中央部分が空中に浮いている形状もサポート材が必須です。中央部分を支えるためにサポート材を下から積み上げていかなくてはなりません

●穴・空洞
製品の側面に穴が空いていたり、内部に空洞がある場合もサポート材が必須です。造形時にはサポート材で埋めておき、造形後に除去することで穴や空洞が完成します。

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シーケンス制御の仕組み

(1)フィードバック制御との違い
フィードバック制御とは、設定した出力の目標値を達成するために、出力の結果と目標値とのズレの分をフィードバックしながら行う制御です。

イメージとしてはエアコンを想像するとわかりやすいです。

室温28度で25度に設定する
室温を感知しフィードバック
25度になるまで冷風を出す
室温を測定しながら、2と3を繰り返す
25度に達したら冷風停止で温度上がったら冷風、以後感知とフィードバックの繰り返し
対してシーケンス制御にはこうした細かなフィードバックはなく、基本的にはシーケンスのとおりにプログラムを実行します(センサーの検知結果による工程の選択はあり)。

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(2)リレーとPLCとの違い
シーケンス制御の形式でよく用いられるのは、リレーによる制御とPLCによる制御です。

①リレーシーケンス制御
リレーシーケンス制御とは、シーケンス制御回路にリレー(電磁継電器)を組み込んだ回路にて制御する方式です。リレーは電磁石と接点で構成されています。

リレーは電気を流すと磁力が発生し、接点の開閉が変化します。この開閉によってスイッチや工程のON/OFFを切り替えられるため、出力結果(電気やモーターのON/OFFなど)も変化するのです。

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②PLCシーケンス制御
PLCシーケンス制御は、PLC(Program Mable Controller)と呼ばれる機器に内蔵した疑似リレー回路のようなプログラムを基に、ロボットを動作・制御する仕組みです。

リレー回路よりも複雑な動作を命令できるため、より精密な動作・調整に向いている制御方式です。現在は、こちらのPLC制御が主流になりつつあります。

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