3D印刷のサポート構造：知っておくべき重要なこと

多くのAM専門家は、サポート構造を必要悪と考えており、印刷技術によってサポート構造が不要になる日を楽しみにしています。しかし、彼らのインテリジェントなアプリケーションは、他の方法では達成できない複雑なモデルを印刷するための幅広い機会を開きます。たとえば、適切なサポート構造により、1回の印刷でスポーツカー用の洗練されたフロントピースを製造できるようになりました。

サポート構造は、その名前が示すように、印刷プロセス全体でパーツをサポートし、たるみによる変形がなく、各要素がきれいに正確に印刷できるようにします。それらは、さらなる層を印刷できる安定したプラットフォームを提供し、プロセス全体を通して部品が印刷ベッドにしっかりと取り付けられたままであることを保証します。

操作で使用する3D印刷の方法に関係なく、ある時点でプロセスの一部としてサポート構造を考慮する必要があるため、今日のチュートリアルでは、最も広く使用されている印刷プロセスで必要なサポート要素を確認します。それらを効果的に活用する方法。

それでは、さまざまな印刷方法に必要なサポート構造を見てみましょう。

選択的レーザー焼結およびバインダー噴射

これらのテクノロジーを使用して印刷する場合、サポート構造は必要ありません。印刷プロセス中、パウダーベッド自体がモデルをサポートし、その後、モデルを持ち上げて清掃することができます。材料の浪費を最小限に抑えるために、完成した設計に必ず逃げ穴を設けて、後処理中に部品の内側にある余分な粉末を取り除くことができるようにしてください。

直接金属レーザー焼結

DMLSはSLSと同じように粉末床を利用しますが、部品が印刷床にしっかりと取り付けられたままになるように、支持構造が必要になります。また、変形を防ぎ、熱が適切に放散されるようにするのにも役立ちます。これは、DMLSで使用される高温に不可欠です。

ここでは最適な部品の向きが重要であり、オーバーハングを回避することでサポート構造の必要性を最小限に抑えるのに役立ちます。原則として、45°未満の角度のオーバーハングにはサポート構造が必要になるため、理想的な印刷角度を決定する際にはこれを考慮してください。ボーナスとして、これは完成したパーツの目に見えるレイヤーを最小限に抑えるのにも役立ちます。

理想的には、サポート構造の必要性は、DMLSプロジェクトでは最小限に抑える必要があります。これは、サポート構造を削除するのが非常に困難であり、専門的な結果を得るにはワイヤー切断またはCNC機械加工が必要になることが多いためです。やむを得ない場合は、オフセットサポート構造を使用すると、印刷ベッドからパーツを取り外すときに切断する必要のある表面の数を減らすことができるため、通常は簡単に取り外すことができます。

溶融堆積モデリング

FDM印刷の場合、45°を超えるオーバーハングおよび5mmを超えるブリッジのサポートが必要になります。実際の支持構造に関しては、特別に設計された支持材料を利用することが一般的になっています。これらの材料は、別の押出機を介した印刷中にビルドに追加されます。印刷が完了すると、それらは単に水または適切な化学薬品に溶解されます。このプロセスには、完全にハンズフリーであるという利点があり、サポート構造を取り外したときに通常残るマークを取り除くために、さらにサンディングや研磨を行う必要がないことを意味します。ただし、マルチヘッドプリンタを使用する必要があり、サポートを完全に溶解するには通常数時間かかります。

あるいは、特定のサポート材料は、水や化学浴を必要とせずに、完成した部品から簡単に離れるように設計されています。これは潜在的に高速ですが、サポート構造の削除は、材料を残さずにきれいに削除できるように、パーツの設計に含める必要があります。

FDM支持構造に最も一般的な2つの溶解性材料は、ポリビニルアルコール（PVA）と耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）です。 PVAは水に溶解しますが、温度変化の影響を非常に受けやすく、溶解にかかる時間に影響を及ぼし、プリンタヘッドの詰まりにつながる可能性があることに注意してください。一方、HIPSは温度の影響を受けにくく、水ではなくリモネン（すぐに利用できる家庭用クリーナー）に溶解します。 HIPSの使用を計画している場合は、リモネンのコストを予算に含めるようにしてください。印刷量によっては、リモネンが継続的にかなりの費用になる可能性があるためです。

ステレオリソグラフィー

SLAを使用して印刷する場合は、変形領域を回避し、パーツが完成するまで印刷ベッドに適切に固定されるようにするために、サポート構造が常に必要です。幸いなことに、サポートは他のプロセスに比べて非常に簡単に削除でき、通常はほとんど問題なく切り取ることができます。パーツの向きが正しいと、SLA印刷中に必要なサポート構造の数が制限される可能性があることに注意してください。または、パーツをいくつかの個別のピースとして印刷し、クリップまたは接着して、サポートの必要性を最小限に抑えるか、なくすことができる場合もあります。

SLAパーツは、他の方法で製造されたパーツよりもかなりデリケートなため、サポート構造によって残されたマークを研磨するときは、デリケートなアプローチを使用してください。紙やすりで磨く代わりに、滑らかできれいな仕上がりを実現する方法として、軽いビードブラストを検討してください。

マテリアルジェット

マテリアルジェットで印刷する場合、角度に関係なく、すべてのオーバーハングにサポートマテリアルが必要になります。ただし、これらのサポートは他の方法よりもはるかに簡単に取り外すことができ、通常は印刷後に簡単に切り取ることができ、残っているマークを取り除くために必要なサンディングと研磨は比較的少なくて済みます。

最後に、覚えておくべきいくつかの一般的なガイドライン：

• パーツのどの領域を最も見やすくする必要があるかを検討し（たとえば、対象となる聴衆に最も見られるプロトタイプのパーツ）、そこにサポートを取り付けないようにします。できるだけきれいで魅力的に見えるようにするためです。
• 冗長なサポート構造は避けてください。これらは印刷時間を長くし、材料の浪費につながるだけです。
• 印刷後にすべてのサポート構造にアクセスできることを確認してください。届きにくいサポートは、きれいに取り除くのが難しいでしょう。
• モデルの内部領域にもサポート構造が必要な場合があるため、印刷後にこれらをどのように削除するかを検討してください。デザインを2つの部分に分割して、別々に印刷してから接着する必要がある場合があります。
• サポート構造を繊細な構造や細部のある場所に取り付けないでください。取り外したときに細部が失われる可能性があります。
• 特定のプリンターには、サポート構造を自動的に追加する機能があります。または、手動で、またはサポートが必要な場所を計算する統合ツールを使用して、好みのソフトウェアプラットフォームにそれらを追加することもできます。決定を下す前に、サポート構造に対して必要な制御のレベルを検討してください。
• 高品質のラジオペンチとフラッシュカッターのセットに投資します。これにより、サポート構造の取り外しがはるかに簡単になります。部品を簡単に壊すことができるペンチと、きれいな結果を達成するためにより高い精度を必要とするサポート用のカッターを使用してください。この目的でナイフを使用したり、非常に小さなサポートを取り外したりすることを好む人もいますが、これはより繊細な素材を傷つける可能性があることに注意してください。慎重に作業してください
• 構造物を取り外したときに残った跡を滑らかにするときは、不要な寸法変化を避けるために慎重に研磨してください。サンディングの詳細については、前回のチュートリアルをご覧ください。

あらゆる種類のサポート構造を使用する場合、最も重要なルールは注意を払い、慎重に作業することです。 CADソフトウェアにサポートを追加するとき、および後処理段階で削除するときにこれを行うと、3Dプリントから素晴らしい結果を得ることができます。