フィラメントランアウトセンサーが信頼性の高い3Dプリントに不可欠な理由

フィラメント切れで3Dプリントが失敗した経験があれば、そのフラストレーションの大きさをご存知でしょう。3Dプリントでは、加熱時に溶ける（燃えない）熱可塑性フィラメントを使用します。

プリンターの給材部には加熱室があり、フィラメントを融点まで加熱し、金属ノズルから押し出します。その構成は「供給・溶融・押出」です。ここでフィラメントランアウトセンサーが重要な役割を果たします。

センサーはスプールが空になったりフィラメント供給が止まったりしたことを即座にプリンターの内部プロセッサーに伝えます。

なぜフィラメントセンサーが必要なのか？

フィラメントセンサーは、スプールが空になったりフィラメント供給が止まったりしたことを検知し、プリンターの内部プロセッサーに報告します。新しいスプールを装着すると、フィラメントがエクストルーダーに接続され、中断箇所からプリントを再開できるため、時間と材料を節約できます。

フィラメント切れの際、センサーはプリンターに自動停止を指示し、ヒートブレークから残り数センチの材料を排出し、Xキャリッジを造形物から離します。また、ユーザーにスプール交換と新フィラメント接続を促します。このスマート機能により、自動警告機構でプリント事故を減らし、時間を節約できます。

BTTセンサーなどのスマートフィラメントセンサーは、モジュールを通過しないロード失敗などの誤検知を検出できます。さらに、ノズル詰まり、フィラメント絡まり、異常押出機故障も検知可能です。

センサーアップグレードの選択肢

センサーアップグレードには、光学式、機械式、電子式の設置方法があります。

光学式ソリューション

光学リミットスイッチで欠落したプリント材料を検知・対処できます。スイッチの機能は光の偏差に基づき、センサーの受信側に焦点を当てます。異なる材料を検知するのが主目的なら、クランピングスプリングの設置を推奨します。

光学式ソリューションでは、専用ハウジングの設計が必要です。DIYサンプルはこちらで確認できます。ペリメータースイッチはスプールと3Dプリンターの間のトレイに設置します。PTFEチューブでフィラメントをプリンターフレーム内を低摩擦でガイドします。これで機械的セットアップは完了です。

機械式ソリューション

機械式ソリューションは、スイッチを通過するプリント材料の抵抗に依存して機能します。抵抗がないとスイッチが作動し、ブザーが鳴ります。機械式は低価格で信頼性が高いですが、最大性能を出すにはケーシングとPTFEチューブが必要です。

サイレンサー

Ender 3には欠点があります。音の発生です。LCD画面を操作するたびにビープ音が鳴ります。Crealityのエンジニアリングチームは、プリインストールソフトウェア搭載の静音ユーザーフレンドリーなマザーボードを販売しています。マザーボード交換が難しい場合は、LCDの信号送信機に取り付けるサイレンサーでビープ音を軽減できます。

SDカードホルダー

Ender 3のマイクロSDカードポートが底部にあるため、モーター制御が不安定なユーザーには不向きです。セルフプリントの場合、マイクロSDから延びるアダプターケーブル付きカードホルダーの使用を推奨します。

フィラメントランアウトセンサーのテスト方法

IRセンサーは、小さなメカニカルレバーで作動するIRレーザーセンサーを組み合わせたハイブリッドソリューションです。マシンメニューのInfo → Sensor info:でセンサー状態を確認できます。

• 1 – フィラメント装填済み
• 0 – フィラメント未装填
• N/A – センサー未作動または誤設置

設置・有効化後もステータスがN/Aのままなら、ケーブル接続とメインボードを確認してください。ボードのケーブルコネクターには安全ラッチがあり、メインボード接続時にロックする必要があります。黒い線はZタワー側（前）、赤い線はプリンターPSUコネクター側（後ろ）に向けます。センサー側のケーブルラッチはチップ上のコンポーネントと同じ方向を向ける必要があります。色順序と方向を確認し、最新ファームウェアで動作しているか確認してください。

ファームウェアはハードウェアとソフトウェアを繋ぐ重要な役割を果たします。3Dプリントでは、ソフトウェアからプリンターへGコードファイルを送信し、ファームウェアが解釈して各コンポーネントへ出力します。ファームウェアは「G2 X20 Y40」のようなGコードコマンドを理解し、ステッピングモーターに出力してエクストルーダーを「X=20, Y=40」の位置へ移動させます。このプロセスをシームレスにするのがファームウェアの役割です。ファームウェアは一般的にMarlinなど特定のメインフレームコンポーネント向けにカスタマイズされています。

Ender 3にフィラメントセンサーは搭載されているか？

CrealityのEnder 3は低価格とシンプルな構造で際立っていますが、フィラメントランアウトセンサーは搭載されていません。複数のバージョンがありますが、最小限の改良のみです。しかし、シンプルなアップグレードで最高の結果が得られます。フィラメントランアウトセンサーの導入は、最も重要なアップグレードの一つです。Ender 3シリーズのエクストルーダーとZ軸の類似性により、多くのセンサーとマウントが適合します。

Ender 3にスマートフィラメントランアウトセンサーを追加する方法

Ender 3へのフィラメントランアウト設置には、光学式と機械式の2つの選択肢があります。どちらのリミットスイッチも設置方法はほぼ同一です。

光学式スイッチ

光学式スイッチを選ぶ場合、透明フィラメントを検知するために複数のパーツをプリントする必要があります。マルチパーツセンサーは組み立てが複雑なためPTFEチューブを使用します。一方、シングルパーツモデルは透明フィラメントを検知できませんが、透明フィラメントを使わないなら良い選択肢です。あるいは、Ender 3に適したマウント済みセンサーを購入することもできます。

機械式スイッチ

機械式スイッチにはスイッチハウジングとセンサーハウジングの2つの設置基準があります。スイッチハウジングはセンサーとしての役割に加え、フィラメントガイドとしても機能する二重の機能を持ち、大型リミットスイッチ用途に好まれます。センサーのケーブルをメインボードに接続します。推奨はピン27で、はんだ付けと配線切断を最小限に抑え、スムーズなワークフローを実現します。ピン27をすでに使用している場合は、Raspberry Piでより効率的な運用が可能です。BIGTREETECH（BTTスマートフィラメントセンサー）などのスマートセンサーは、軽微なモジュール障害、異常押出、ノズル詰まり、消耗品の混乱による故障を検知できます。

OctoPrintはフィラメントセンサーと連携できるか？

OctoPrintはプリンターをワイヤレス制御するソフトウェアとして始まり、幅広いソリューションを提供する印刷業界の主導的存在になりました。OctoPrintのプラグインを使えば、フィラメントランアウトセンサーをカスタム追加できます。プラグインはスマートフィラメントセンサーをRaspberry Pi GPIOピンに統合します。

フィラメントランアウトセンサーの自作方法 [DIY]

ブザー/ビーパーの正常動作のため、スイッチ端と電池に絶縁銅線を正しく半田付けしてください。これら全ては半田付けで行い、Marlinファームウェアなど最新ファームウェアがあれば、コントローラーボードの適切なピンに正しくマウントされている場合、プリンターを停止または一時停止できます。

必要なもの

1. エンドストップスイッチ
2. センサー。 多様なセンサーから選択可能。光学センサーとは異なり、エンドストップセンサーは安価で比較的簡単にセットアップできます（光学センサーは設計・セットアップが困難）。
3. ケーシング。 スイッチ用ケーシングを3Dプリントしてハウジングとして使用。
4. その他。 ブザー、収縮チューブ、絶縁ケーブル、熱風ガン、電源、ハウジング複製用3Dプリンター、フィラメント、ネジ、半田線。

フィラメントがローラーを通過し接点を露出させるとフィラメントランアウトセンサーが作動します。フィラメントがロールオーバーするとメカニカルスイッチが解放され接点が閉じ、ブザーがアラームを鳴らします。

センサーアップグレードオプション（再掲）

Ender 3の長所は低価格とシンプルなハードウェアです。メーカーはソフトウェアとハードウェアを提供し、連続プリントを自動化する3Dプリンター（光学式または機械式）の簡単な交換を可能にしています。

結論

プリンター購入を検討しているなら、フィラメントランアウトセンサー搭載モデルを選ぶのが理想的です。あるいは、プリインストールされていない場合、数千円でスマートフィラメントセンサーへアップグレードできます。小さなプリントならフィラメント寿命を予測できるためセンサーは必須ではありません。しかし、長時間プリントが必要な大型造形物では、センサーが必須となります。