その2．インクジェット型

500万円未満の高性能な業務用3Dプリンター特集

インクジェット方式の3Dプリンターについて、メリットとデメリットをまとめます。

インクジェット方式とは

インクジェット方式とは、紙の印刷におけるインクジェットプリンターと同様の原理で、液状の樹脂を噴射させて印刷する造形法式の一つです。インクジェットヘッドがX・Y方向に移動しながら樹脂とサポート材を噴射し、ローラーカッターで1層分の厚みになるように表面を削っていきます。この動作を幾層も繰り返しながら造形物を造りだします。

インクジェット方式で使用される素材は、ABSライクやPPライク、ラバーライクなどです。複数のノズルがあれば素材を複合することもできます。

インクジェット3D造型の「マテリアルジェッティング」と「バインダージェッティング」の違い

高精細で表現力に優れているインクジェットを使った3D造型には、「マテリアルジェッティング」と「バインダージェッティング（粉末固着／接着方式）」の2種類の方法があります。

マテリアルジェッティングでは材料自体をインクジェットヘッドから噴射させて造形をおこないますが、バインダージェッティングではバインダー（結合剤）を粉末に噴射することで造形します。

強みとしてはマテリアルジェッティングが高精細かつ滑らかな造形ができるのに対し、バインダージェッティングでは着色がしやすくフルカラーの造形ができること・造形速度が速いことなどが挙げられます。

マテリアルジェッティングの特徴

マテリアルジェッティングでは樹脂をインクジェットヘッドから噴射し、紫外線で硬化させて一層一層積み上げていく方式をとります。高精細かつ滑らかな造形を得意としており、複数の素材を混ぜて使うことも可能。

複数の素材を混ぜればさまざまな硬度や色を実現できるため、デザイン性や外観を重視する試作品の作成に向いています。ただし強度や耐久性が低く、太陽光にあてることで劣化しやすいデメリットももっています。

バインダージェッティングの特徴

バインダージェッティング（粉末固着／接着方式）では石膏や樹脂、セラミックなどの粉末に光硬化樹脂を結合剤として噴射し硬化させます。結合剤である光硬化樹脂の色を変えれば粉末を簡単に着色できるため、フィギュアの作成などに向いています。また、造形速度が速いこともバインダージェッティングのメリットといえます。

ただ、表面精度が粗いこと、強度が弱い点はマテリアルジェッティングと同様にデメリットといえるでしょう。

インクジェット方式のメリット

積層ピッチが細かく、高精細な造形が可能

インクジェット方式ではインクジェットノズルから微量の樹脂を噴射させます。そのため積層ピッチを細かくでき、最も高精細な造形をすることが可能です。

複数の素材を混ぜることができる

ノズルが複数あるモデルなら、複数の素材を選択したり混ぜたりすることができます。複数の素材を混ぜることで多様な硬度の造形ができたり、さまざまな色の造形ができたりします。

造形スピードが速い

インクジェット方式では塗布した樹脂を紫外線で一気に硬化させることができます。光造形のように樹脂を少しずつ硬化させるのではないため、インクジェット方式は造形スピードが速く、造形物が短時間で完成します。微細な造形と短時間での造形を両立できるというメリットがあるため、さまざまな業種で幅広く導入されています。

後処理がしやすい

積層ピッチが細かいため、造形物の表面が滑らかでほとんど段差がわかりません。そのため、後処理が簡単です。

装置自体は安価に済む

インクジェット方式は比較的装置が安価で済みます。また付随設備も必要ないので、導入コストが抑えられます。

インクジェット方式のデメリット

太陽光での劣化が起こりやすい

インクジェット方式では紫外線硬化性の素材を使うため、太陽光での劣化が起こりやすくなります。太陽光下での使用には向いていません。耐久性が低いため、長期間の使用や力が加わる使用には向いていません。

サポート材を多く使うため、製造コストが高い

サポート材を造形モデルの3倍量使います。そのため消費量が大きく、コストが高くなりがちです。

サポート材のニオイが強く、稼働音も大きい

インクジェット方式の3Dプリンターは、他の方式に比べると装置の稼働音が大きいといった特徴があります。またサポート材のニオイも強くなります。

インクジェット方式の3Dプリンター

ProJet MJP 2500

紫外線硬化樹脂をインクジェット方式で一層ずつ積層させるタイプの3Dプリンター。コンパクトな筐体で、細かな造形のものを作り出すことが可能。操作性にも優れており、コストパフォーマンスが高いため、人気の機種です。

アジリスタ［キーエンス］

アジリスタシリーズは高靱性と高精度を実現しています。従来の3Dプリンターではこの高靱性と高精度性を両立するのは大変困難でした。このアジリスタでは高靱性と高精度性を両立させたことによって、嵌合しネジ締めを行う組み立てが可能です。

Mulit Jet Fusion

こちらの3Dプリンターは、粉末状のプラスチック製素材にCMYKのインクを混ぜ合わせた結合剤を吹きつけるタイプのものです。従来は、石膏の粉末パウダーだったが、この3Dプリンターは、熱可塑性樹脂であるナイロン12を使用しているため、高いレベルでフルカラーのプラスチック製品を作ることができます。

Xjet

Xjetは、素材を直接、インクジェットで吹き付けるタイプのもので、液体状の金属素材をナノ粒子レベルで吹き付けることができる、新しい技術が導入されています。液体金属の材料ではステンレススチールが対応しており、注目されています。

Solidscape S350

Solidscape社製のインクジェット方式3Dワックスプリンターは解像度が高く、繊細さが求められる造形に適していると言えます。S350は造形ベースをセットし、データ転送が終わったらスタートボタンを押すだけで操作が完了します。Sシリーズのサポート材は付属ソフトが自動で構築してくれます。サポート材の除去は専用除去液に浸けるだけなので、特殊な技術や知識が不要です。

S350にはSolidscape社製の特許技術であるSmooth Curvature printingが標準で搭載されています。この技術によって造形物の表面精度はおよそ25％向上しています。鋳造後の仕上げ作業もサポートしてくれるのが特徴です。

まとめ

数多くの分野で導入

インクジェット方式は、積層ピッチが細かく高精細な造形ができるにもかかわらず、造形スピードが速いため、様々な業種で導入されている人気のタイプ。不随設備もほとんど必要ないので、導入コストを抑えることができるのも魅力の1つです。積層ピッチが細かいので表面の段差が少なく、造形後の処理が容易なため、さまざまな分野に向いています。