3Dプリントの角の反り・ざらつき:原因、診断、対処法

層が積まれるとき、角で何が起きているか

角は、あらゆる造形物の中で最も外気にさらされやすい箇所です。ノズルは急に向きを変えなければならず、樹脂は二方向が空気に囲まれ、余分な材料がたまりやすくなります。冷却、ツールヘッドの動き、押し出し量という3つの要素が同じ小さな領域で重なります。そのため、不良の角には、肉眼では見分けがつかない複数の原因が考えられます。

Simplify3Dのトラブルシューティングガイドによると、造形の最初ではなく途中で現れる反りは、ほぼ間違いなく過熱が原因です。樹脂はノズルから非常に高温で出てくるため、すぐに冷えないと固まる前に変形し続けます。新しい層が積まれるたびに下の層が再加熱され、角は1パスごとに少しずつ浮き上がり、やがてノズルが引きずってしまい、ざらついて裂けたような縁が残ります。

同じガイドは、最初の層から見られる反りは別の問題で、造形物がベッドに貼りついていないのだと述べています。そのため、冷却設定に手を付ける前に、不良がいつ始まるのかを突き止めてください。この1つの観察が、このページのどちらの半分があなたに当てはまるかを決めます。

不良が出る場所とタイミングから読み取る

まず高さから考えましょう。最初の数層が浮いている場合は、ベッド密着性の問題です。プレートの汚れ、ノズルが高すぎる、またはベッド温度が素材に合っていないことが考えられます。対処の手順はベッド密着性のガイドにあり、近い関連の反りには専用のページがあります。最初の数層がきれいで、反りがもっと上の層、たいていは細い部分から始まる場合は、まず熱の問題として扱ってください。

次に、不良の形を見てください。きれいに浮いていて、表面は滑らかでも曲がっている角は、収縮したときに樹脂がまだ柔らかかったことを意味します。角がざらざらして小さなバリが付いている場合は、ノズルが固まっていない材料、または盛り上がりすぎた材料を削ったことを意味します。角から始まり壁に沿って薄れていく規則的な波状の跡は、冷却の問題ではまったくありません。これは機械の振動によるもので、ゴースティングとリンギングのガイドで扱っています。

原因を切り分けるには、立方体や細いタワーのような、鋭い角を持つ小さくて単純な物体を造形してください。物体が小さくなるほど不良が悪化するなら、原因は過熱です。サイズに関係なく同じなら、機構または流量を調べてください。

過熱:各層が固まる時間を確保する

Simplify3Dははっきり述べています。反りを防ぐには、各層が固まる前に変形できないよう、十分速く冷やすことです。最初の手段はパーツ冷却です。パーツファンが実際に回っていること、ダクトが余ったフィラメントの塊で詰まっていないこと、そして風がキャリッジの側面ではなくノズル先端に届いていることを確認してください。読み込んだプロファイルも確認しましょう。ABSのような隙間風に敏感な素材向けにファンを絞ったプロファイルを、誤ってPLAに使うと、角が過熱してしまいます。

2つ目の手段は時間です。ごく小さな層では、ノズルは一瞬で同じ場所に戻ってくるため、樹脂が冷える機会がありません。ほとんどのスライサーは、短い層で自動的に減速できますし、どれも物体を2個同時に造形できるため、もう一方の部品を造形している間に各層が一息つけます。細いタワーなら、2個を並べて造形するのが、最もすっきりした対処になることが多いです。

3つ目の手段はノズル温度です。高温で押し出された樹脂は、柔らかい状態が長く続きます。フィラメントメーカーが公表している範囲に近づけ、角が改善し続ける間は、少しずつ下げてください。

加速度と振動:鋭角でツールヘッドに起きること

角では、ツールヘッドは減速し、向きを反転し、再び加速しなければなりません。加速度が高いほどこの切り替えは激しくなり、曲がった直後にガントリー全体がより強く揺れます。Simplify3Dが、振動とリンギングを反りの関連トピックとして挙げているのは、まさにこのためです。どちらの不良も同じ場所で生まれます。角がざらつき、次の壁面に波状の跡が続く場合は、冷却が弱いのではなく、機構が追いついていないサインです。

鋭角の2つ目の影響は、材料の蓄積です。ノズルが角に向かって減速する間も、一瞬押し出し続けるため、小さなこぶが残ります。層を重ねるごとにそのこぶが積み上がって盛り上がりとなり、次のパスでノズルがそれを削ります。最近の高速プリンターは、ノズル内の圧力制御である程度補正しますが、調整が不十分なプロファイルでは、盛り上がりがすぐに戻ってきます。

この場合は、スライサーで外壁の加速度を下げ、ベルトの張りを確認し、ノズルがしっかり固定されていることを確かめてから、サンプル部品を再度造形してください。角がシャープになっても浮き上がる場合は、熱に関する対処に戻ってください。

上面での過剰押し出しとノズルの引きずり

上面がざらついていても、反りが原因とは限りません。Simplify3Dによると、ノズルが造形済みの層の上を移動して樹脂を引きずると、傷が残ります。まず除外すべきなのは材料の出しすぎです。プリンターが必要以上に押し出していると、各層が計画よりわずかに厚くなり、ノズルは移動のたびに余分な材料を削り取ってしまいます。流量キャリブレーションについては、過剰押し出しのガイドで順を追って説明しています。

流量が正しくても跡が残る場合、Simplify3Dはバーティカルリフト(通常はZホップと呼ばれます)を有効にすることを推奨しています。ノズルは移動の前に少し上昇し、到着したら元の位置に降りるため、浮き始めた角を避けて通れます。ドキュメントには、このリフトはリトラクション中にしか行われないとも書かれています。すべての移動でリフトさせたい場合は、リトラクションを長い移動や空きスペースの横断に限定するオプションを無効にしてください。

注意点が1つあります。Zホップは症状を隠すだけで、角をよりよく冷やすわけではありません。冷却と加速度を整えたうえでの仕上げとして使い、それらの代わりにはしないでください。

対処を試す順番

最も一般的で、手間の少ない変更から順に進めましょう。最初の層から角が反る場合は、ベッドの問題です。プレートを清掃し、初期層のガイドの説明どおりに、ノズルの高さとベッド温度を設定してください。もっと上の層で角が悪化する場合は、まず冷却の問題です。ファンが動いていること、素材に合ったファンのプロファイルであること、短い層での減速、あるいは2個同時の造形を確認してください。

それでも足りない場合は、ノズル温度を少し下げ、その後、外壁の加速度を下げて機構を点検してください。最後に、角が浮かなくなってもまだ表面がざらつく場合は、流量をキャリブレーションし、バーティカルリフトをオンにします。1回の造形につき変更する設定は1つにし、サンプル部品は同じものを使ってください。そうしないと、どの変更が効いたのかわかりません。

モデル自体も確認してください。カミソリのように鋭い角は、ごく小さな領域に応力が集中します。設計に小さなフィレットや面取りを加えるだけで、プリンターを何も変えずに問題が解消することもあります。部品の角をシャープに保つ必要がある場合は、プレート上で数度回転させると、ツールヘッドが各角に進入する方法が変わり、それだけで十分なことがあります。

出典と限界

• Simplify3D — Curling or Rough Corners
• Simplify3D — Scars on Top Surface

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。