3Dプリンター愛好家が直面する問題の一つは、3Dプリントにおける穴や隙間です。これらの問題は、どんな3Dプリントでも（たとえ最高級の3Dプリンターであっても）発生する可能性があり、プリントの構造的完全性と全体的な強度を損ない、通常はプリントの表面に小さな亀裂として現れます。時には、意図した形状精度を歪めるより深刻な弱点として現れ、特に機能的なプリントやプロトタイプにおいて、精度と信頼性が極めて重要な分野では、機械的な故障につながる可能性があります。
他の3Dプリントの問題と同様に、対処方法を知るには根本原因を理解する必要があります。プリント物には、位置、サイズ、構造に応じてさまざまな種類の穴や隙間が発生する可能性があります。ここでは、主な穴や隙間とその解決方法を見ていきます。
1. プリントの上部にある穴や隙間
3Dプリントの上部に穴や隙間ができるのはすぐに分かります。通常、上部表面が空洞になったり、へこんだりする部分として特徴付けられます。これらは通常、3Dプリントプロセスの冷却段階で発生し、堆積された層が収縮または縮むことで、上部表面に空洞が残ります。また、上部層の充填が不十分な場合にも発生することがあります。これらの問題を解決するには、上部層の厚さを増やしてより多くの材料を堆積させ、より強固な表面を作ります。
出力を上げる際には、充填パターンも確認し、ジャイロイドやハニカムなど、ピローイングが発生しにくいものを使用するようにしてください。層が十分に冷却されるように冷却を調整することも重要です。3Dプリンタースライサーのファン速度を調整することで、必要に応じて動作させることができます。
プリントの最上層に固体表面を形成するための十分なサポートまたは材料がない場合、堆積されたフィラメントが収縮して、穴やくぼみとして現れる空隙が残ることがあります。
2. 3Dプリントの壁の小さな穴
壁面に小さな穴や隙間ができるのは、プリンターが十分なフィラメントを押し出せないことが原因で、特に複雑な形状を通過する際に、押し出し不足の問題が発生するためです。また、ノズルの詰まり、直径のばらつき、プリンターのキャリブレーションの不備などにより、層の接着が一定でないことが原因となる場合もあります。この問題に対処するには、3Dプリンターを点検し、ノズルが詰まっていないか定期的に清掃する必要があります。また、エクストルーダーも点検し、適切にキャリブレーションされていること、ギアシステムなどの他のコンポーネントが正常に動作していることを確認する必要があります。さらに、流量補正、温度、速度を調整することでも押し出し不足の問題に対処できます。これらの設定はスライサーで確認できます。
プリンターが薄壁の印刷に苦労して隙間ができている場合は、Cura Slicer（お使いの場合）の「薄壁を印刷」設定、またはPrusaSlicer をお使いの場合は「薄壁を検出」設定を有効にする必要があります。デザインの水平方向の壁がノズルの直径よりも薄い場合、プリンターは印刷対象の特定の領域にフィラメントを堆積させるのに苦労することがあります。この機能を有効にすると、スライサーは薄壁の押し出しフローを最適化し、より正確なフィラメント堆積を実現します。
Tom's Hardware の最高のニュースと詳細なレビューをあなたの受信箱に直接お届けします。
Curaでは、 「壁」セクションにあります。 「薄い壁を印刷」のボックスを選択してください。
3. 層分離につながる大きな隙間
層同士が正しく接着しないと、層が剥がれ始め、目に見える隙間やひび割れが生じ、印刷が弱くなり、層が剥がれてしまうことがあります。この問題の主な原因の一つは、ノズル温度不足やベッドの接着不良による層同士の接着不足です。
この問題を解決するには、温度設定を最適化して一貫性を保つ必要があります。また、使用するフィラメントとプリンターに応じて、最適な値に達するまで様々な温度範囲で実験する必要があります。温度タワーを3Dプリントし、それを使って様々な温度で実験し、適切な値を見つけることもできます。
また、使用するフィラメントに合わせてベッド温度を正しく設定し、最初の層に安定した基盤を作り、全体の接着力を高める必要があります。層ごとに冷却速度が異なると、特に端の部分で層が分離する原因となる可能性があります。そのため、層が適切に冷却されるようにファンの冷却設定を調整する必要があります。
流量の調整は、ノズルから押し出されるフィラメントの量と太さを一定に保つために不可欠です。流量が低すぎると、フィラメントの押し出し量が不足し、隙間が目立つようになります。
フローキャリブレーションキューブを3Dプリントして、最適な値を見つけることもできます。レイヤーハイト（堆積される各層間の距離）も下げる必要があります。デフォルト値は通常0.2mmです。3Dプリント速度を遅くすると、堆積が改善され、層間の接着が改善されるため、問題の解決に役立つ場合があります。これらの設定を調整するだけでなく、使用するフィラメントが乾燥していることを確認する必要があります。フィラメントに水分が含まれていると、ノズル内に圧力が蓄積される可能性があります。押し出した際に意図した通りにフィラメントが出てこない場合があり、これが問題の原因となります。また、フィラメントの直径が全体にわたって一定であることも確認する必要があります。
4. 3Dプリントの最初の数層に隙間がある
プリントの初期層に隙間が生じる原因は、プリントベッドの水平調整が不十分なことにあります。ノズルとベッドの距離が不均一な場合も、隙間の原因となる可能性があります。例えば、ノズルとベッドの距離が近すぎると、フィラメントが圧縮され、スムーズな流れが阻害され、材料が押し出されにくくなり、隙間が生じる可能性があります。
また、ノズルがベッドから離れすぎると、フィラメントが表面に十分に付着しない可能性があります。ノズルとベッドの距離のばらつきは、最初の層の均一性を損なう可能性があります。この問題に対処するには、3Dプリンターベッドを適切に水平にし、Zオフセットが正しく設定されていることを確認する必要があります。
3Dプリンターベッドの水平調整は手動で行うこともできますが、ほとんどの高性能3Dプリンターに搭載されている自動ベッドレベリング機能を使用することもできます。3DプリンターのZオフセットは、ベッドに紙を置いた際にノズルの高さを調整することで手動で正しく設定できます。Zオフセットの設定は、3Dプリンターのメニューで確認できます。
5. プリントの角の穴や隙間
3Dプリンターは、特に角が鋭角なコーナーを印刷する際に課題に直面することがよくあります。これは、エクストルーダーがコーナーを通過する際に、短時間で方向転換して加速する必要があるためです。プリンターがコーナーを通過する際にエクストルーダーに圧力が蓄積され、押し出しのばらつきにつながる可能性があります。特に高速印刷ではその傾向が顕著です。この問題を解決するには、まず加速とジャークの設定を調整し、エクストルーダーが過度の振動を生じさせることなく、スムーズに方向転換できるようにする必要があります。
ジャークと加速の設定に加えて、プリンターが鋭角に近づく際に急激な方向転換をうまく制御できるように、印刷速度を落とす必要があります。また、リトラクション設定を微調整することで、3Dプリントにおける塊や糸引きといった問題を最小限に抑えることができます。これらの問題は、深刻なケースではコーナーに隙間が生じる原因となる可能性があります。
上記の戦略は、3Dプリントの穴や隙間に関する問題の解決に役立ちます。これらの問題が発生したプリントがある場合は、後処理によって修復することができます。例えば、隙間や穴のある部分にボンドやミリパットなどの充填材を塗布し、外観と構造的な完全性を改善する方法があります。アセトン蒸気による平滑化や塗装などの他の戦略も、より滑らかな表面を実現するのに役立ちますが、すべてのプリントに効果があるとは限りません。
続き: 3DプリントのZバンディングを修正する5つの方法
詳細: FreeCAD を使った 3D プリントの方法
詳細: OBJファイルを3Dプリント用のSTLファイルに変換する方法
詳細: PrusaSlicerの使い方: 初心者向けガイド
サミー・エカランは、Tom's Hardwareのフリーランスライターです。3Dプリントのチュートリアルやガイドに関する執筆を専門としています。彼の作品は、Makeuseof、All3dp、3Dsourcedなど、様々な出版物に掲載されています。
