デュアルエクストルーダー3Dプリンター:IDEX、ツールチェンジャー、ツインノズル

FDMで2色または2種類の材料を造形する3つの方法

「デュアルエクストルーダー」という言葉は、機械的には同じように動かない構造を指しています。2つのエクストルーダーを同じ軸上で完全に独立して動かすマシンもあれば、完全なツールごと物理的に材料を交換するマシンもあり、さらに、1つのヘッドとして動く1つのキャリッジに2つのノズルを搭載するマシンもあります。これらの違いが、マシンに実際にできること、つまり2つの物体を並行して造形すること、2種類のフィラメント間の汚染をゼロにすること、あるいは単に色替え時の材料の無駄を減らすことのどれができるかを決めます。

スペック表を比べる前に、「デュアルエクストルーダー」として販売されているマシンが実際にどのタイプに属するのかを確かめておく価値があります。ほかの機種と同じように動くと決めつけるべきではありません。プリンター検索では、ノズル数だけでなく、まさにこの基準でカタログを絞り込めます。

IDEX：本当に独立した2基のエクストルーダー

Snapmaker J1sのようなIDEX(Independent Dual Extrusion)マシンでは、メーカーによると2つのエクストルーダーがX軸上で独立して動くため、使っていないエクストルーダーがアクティブな造形物に材料を垂らすことなく、2つの部品を並行して造形できます。この独立性により、IDEX固有の2つのモードが使えます。コピーモードは同一の部品を2つ同時に造形し、一方を止めてももう一方に影響しません。ミラーモードは、1回のジョブで部品とその鏡像を自動的に造形します。

メーカーはさらに、造形中に一方のエクストルーダーに問題が起きると自動的にもう一方に切り替わるバックアップモードと、手作業での取り外しを容易にする可溶性サポートおよびブレイクアウェイフィラメントへの対応も挙げています。これらのマシンは高速をうたっており、メーカーによるとJ1sでは最大350 mm/sですが、この数値のメリットが大きいのは並行造形で、1つの部品を2色で造形する場合ではありません。

ツールチェンジャー：材料ごとに専用のツールを用意

Prusa XLは、第3のアプローチを示しています。最大5つの独立したプリントヘッド(それぞれ専用のエクストルーダー、ホットエンド、ノズルを備える)を保持できる自動ツールチェンジャーで、メーカーによると1つ、2つ、または5つのヘッドを搭載した状態で販売され、後から追加することもできます。各ヘッドが共有のフィラメント経路を使わず、それぞれ自分のノズルを待機させておくため、メーカーは、パージによる廃棄がほぼなく、材料間の相互汚染もないとしています。材料交換のたびに共有経路を空にして入れ直す方式に対する明確な優位点です。

この構造では、専用ヘッドから可溶性の有機サポート材を造形することもでき、メーカーは取り外しが簡単、または水に溶かせると説明しています。複雑な形状でも手作業が不要です。Prusa XLの造形サイズは360 × 360 × 360 mmで、小さな試作品ではなく、ある程度大きな部品に複数の材料を組み合わせる余地があります。

1つのキャリッジに2本のノズル：デュアルノズルという妥協策

Bambu Lab H2DやBambu Lab X2Dなどの第3のグループのマシンは、2つの完全に独立したシステムではなく、1つのキャリッジに2つのノズルを搭載しています。両方のノズルが一緒に動くため、IDEX固有のコピー・ミラーモードは使えませんが、異なるフィラメントを2つのノズルに振り分けられるため、1つのノズルを複数のフィラメントで共有するマシンと比べて、色や材料の交換に必要なパージの回数を減らせます。

この折衷案が主に狙うのは、本格的なマルチヘッドのツールチェンジャーや、レール上の2つの独立したエクストルーダーに投資せずに、たまに2色やマルチマテリアルで造形したいユーザーです。2つの別々の部品を並行して造形する柔軟性ではIDEXに及ばず、相互汚染をなくす徹底度ではツールチェンジャーに及びません。そのため、ほかの2つの方式の直接の代替ではなく、中間的な選択肢になります。

コピーモードとミラーモード：1回の造形で2個の部品を作る

コピーモードとミラーモードは、J1sのようなIDEXマシン固有のもので、主に変わるのは1つの部品の品質ではなくスループットです。コピーモードは同一部品の少量バッチに向いており、途中で問題が出ても、一方の造形を止めてもう一方を失わずに済みます。長時間の造形では役立つ保険です。

ミラーモードは、特定のブラケットや取り付け部品のように、左右の対称なペアで存在する部品向けで、シングルエクストルーダーのマシンで2回続けて造形するより総時間を短縮できます。どちらのモードもIDEX構造固有のもので、ツールチェンジャーも共有キャリッジのツインノズルも、ツールが互いに独立して動かないため、同じ形では提供できません。

水溶性サポートと2色の部品：これらのシステムが実際にもたらすもの

可溶性サポートと2色の部品は、どの構造を選ぶにしても、デュアルエクストルーダーを選ぶ最も具体的な理由です。J1sのようなIDEXでは、メーカーが、浸すと溶ける可溶性フィラメント(PVAタイプ)と、手で簡単に折り取れるよう設計されたブレイクアウェイフィラメントへの対応を挙げています。Prusa XLのようなツールチェンジャーでは、専用の可溶性有機サポート材が、メーカーによると水に溶け、他の方法では手が届かない複雑なオーバーハングや内部の空洞からも取り除きやすくなります。

色同士の汚染ゼロが必須でない単純な2色の物体なら、H2DやX2Dのツインノズルで通常は十分以上で、より複雑なシステムへの投資を避けられます。必要性がたまにしかないなら、デュアルエクストルーダーに手を伸ばす前に、フィラメントを自動で交換するシングルノズルのシステムも、検討に値する4つ目の選択肢です。

本当にデュアルエクストルーダーが必要な人は？

プロジェクトで、性質が相いれない2つの材料を同じ部品に組み合わせる場合、たとえば剛性のあるベースに柔らかい部分を設ける場合や、後から手で簡単にきれいに外せないサポートが必要な場合には、デュアルエクストルーダーが選ぶ価値を持ちます。同一または対称な機能部品の少量バッチを定期的に作る人にとっても、IDEXのコピー・ミラーモードが本当に時間の節約になるため、元が取れます。

たまの2色造形や2トーンのロゴなら、IDEXやツールチェンジャーは通常、必要以上の装備です。H2Dのようなマシンのツインノズルや、フィラメントを自動で切り替えるシングルエクストルーダーのシステムでも、ほとんどのケースをカバーできます。初期費用の予算ツールを使えば、決める前にそれぞれの方式のコストを比較検討できます。

出典と限界

• Prusa — Original Prusa XL
• Snapmaker — J1s High Speed IDEX 3Dプリンター

当サイトはメーカーとコミュニティの資料を整理したもので、これらの製品を自分たちで実測したわけではありません。お使いの機種の取扱説明書が、一般的なガイダンスより優先されます。