SLS vs FDM 3Dプリント：どちらの技術を選ぶべきか？

選択的レーザー焼結（SLS）と熱溶解積層法（FDM）は、どちらも積層造形（アディティブマニュファクチャリング）技術です。

積層造形とは、機能プロトタイプやその他のオブジェクトを、材料を一層ずつ積み重ねて作る製造プロセスです。

SLS vs FDM 技術比較

SLSとFDMは同じ積層造形技術を用いるため、両者を比較対照し、類似点と相違点を明確にする必要があります。

SLSプリントプロセスは、レーザーを動力源として粉末材料を焼結・圧縮し、固体の3Dモデル構造を形成します。仕組み： SLSプリンターは、3Dモデルで定義された部分にレーザーを照射し、粉末材料を融合させて固体の3D構造を作ります。

一方、FDM（熱溶解積層法）またはFFF（熱溶解フィラメント造形法）は、熱可塑性フィラメント材料を使用する積層3Dプリントプロセスを指します。フィラメントはエクストルーダーのホットエンドへ送られ、溶融プラスチックとしてビルドプラットフォーム上に層ごとに堆積され、プロセス完了まで繰り返されます。

3DプリントにおけるSLSとは？

選択的レーザー焼結（Selective Laser Sintering）

SLSは機能的な固体プロトタイプとパーツを製造します。高出力レーザーでプラスチック、セラミック、ガラスの微小粒子を加熱・融合させ、固体の3D構造を形成する積層造形プロセスです。

SLSプリントプロセスの仕組み

SLS前処理

前処理はSLS 3Dプリントプロセスの第一段階です。プリント中の予想される課題に対処します。例えば、設計者は鋭いエッジや薄い壁を持つ3Dオブジェクトを含むCADプログラムを修正します。これらの修正は必須です。SLS 3Dプリントでは鋭いエッジと薄い壁が不向きだからです。

ステップバイステップSLS処理

積層造形プロセスとして、SLSは以下の手順で動作します：

• CAD（コンピュータ支援設計）プログラムで3Dモデルを設計
• 設計を薄い2D層に分割
• CADプログラムが分割された2D層設計をSLSプリンターへ伝達
• レベリングローラーで粉末材料の層厚分をプリントベッド上に均一に広げる
• 二酸化炭素レーザーがビルドプラットフォーム上の粉末材料の断面をトレースし、加熱・融合
• 一層完了ごとにプリントベッドを下げ、次の粉末層のプリントスペースを確保
• 各層完了後に余分な粉末と廃材をリサイクル
• 層ごとに繰り返し、3Dモデル完成まで積層

SLS後処理

後処理はパーツ回収段階として重要です。SLS 3Dプリントプロセスでは、造形パーツがサポート材で覆われます。最終的な3Dプリントモデルを得るには、焼結粉末で覆われた多孔質の繭のようなサポート構造を取り除きます。特別に設計されたクリーニングチャンバーや圧縮空気でサポート構造を破壊・除去します。最後に、SLS 3Dプリントモデルを染色・コーティングして使用可能な状態にします。

SLSとFDMとは？

SLS技術

SLSはレーザービームで微小粒子粉末（好ましくはナイロン）を加熱し、複雑な形状を構築します。ポリマー粉末を融合・結合させて固体の3D構造を形成します。

SLS技術のメリット

• 高解像度
• 短納期
• 高い引張強度と剛性
• 幅広い材料選択

SLS技術のデメリット

• SLS 3D製品は脆い
• 後処理が困難

FDM（熱溶解積層法）技術

FDM技術は、機能プロトタイピングと3D解剖モデル作成に熱可塑性フィラメントを主材料として使用します。FDMデスクトップマシンはCADプログラムで設計された複雑な形状の3Dモデルをプリントします。FDMデスクトッププリンターは十分な換気のある作業環境に設置するのが最適です。何より、FDMプリンターはコスト効率よく3Dオブジェクトをプリントできます。エクストルーダーホットエンドから溶融プラスチックを層ごとにヒートプリントベッド上に押出し、3D固体が完成するまで繰り返します。

FDM技術のメリット

• プリンターが安価
• 安価で広く入手可能な材料を使用
• 精密なコーディングで高品質3Dモデルを作成
• 耐久性のあるオブジェクトをプリント
• FDMプリンターの操作が容易
• FDMプリンターは高速

FDM技術のデメリット

• 細部の複雑さに制限がある
• 高度な換気環境が必須
• FDMプリンターの適切なキャリブレーションが重要
• プリント品質がプリンター品質に依存

FDMはSLSより速いか？

この2つのベンチトップ産業システムの速度比較により、最短時間で3Dプリントする必要がある場合の選択指針が得られます。HP製Multi Jet Fusion 3Dプリンターは最速の3Dプリント技術の一つです。FDMプリンターの平均速度は100 mm/hで、1時間あたり平均100mmのプラスチック材料を堆積できます。一方、SLS 3DプリンターはFDMより遅く、最大48 mm/hで、1時間で48mmの溶融プラスチックフィラメントを堆積できます。

SLSとSLA、どちらが優れているか？

光造形（SLA）は最も一般的な樹脂3Dプリント技術です。ホビーストにも人気で、高精度かつ水密性のあるプロトタイプを製造できます。等方的な機械的特性を持つ最終用途パーツも作成可能です。また、繊細な特徴と滑らかな表面仕上げを持つ先進的なプリント材料も使用できます。

SLAの仕組み

SLAプリントは、ビルドプラットフォームを液体樹脂ポリマータンク内に配置し、液面から一層分の高さに設定します。UVレーザービームが光重合性樹脂を選択的に硬化させ、次の層厚を形成します。3Dオブジェクト完成までSLAプロセスを繰り返します。

SLAプリント方式のメリット

• 滑らかな表面仕上げ
• ミニチュアプリントに最適
• 短納期
• 幅広い材料選択
• 比較的携帯性が高い
• コンパクトなオブジェクトをプリント

SLA 3Dプリント技術のデメリット

• 高コスト
• リサイクル不可
• プリント後の二次硬化が必要
• 大型オブジェクトをプリントできない

SLA vs SLS

SLAとSLSはともに積層造形プロセスです。SLAは複雑で微細な特徴のプリントに最適です。 しかし、SLSにはSLAにはない独自の利点があります。周囲の未焼結粉末がプリント中のパーツをサポート材として支えます。両方式とも後処理での材料回収が必要です。どちらのプリント方式でも、仕上げた3Dモデルを同じように機械加工、サンディング、塗装できます。サンディングと塗装は層線の跡を除去し、滑らかな表面を実現するのに役立ちます。

なぜFDMが人気なのか？

FDM技術は熱可塑性フィラメントを使用して3Dプリントパーツを作成します。熱可塑性材料は化学薬品、熱、高い機械的ストレスに耐えるため、高ストレスに対応できる機能プロトタイプの構築に最適で最も求められる材料です。インターロック形状を作成し、機械部品のより滑らかな動きを促進したいエンジニアの第一選択肢です。ただし、FDMパーツは中程度のトレーニングで製作可能ですが、SLSパーツのようなより複雑な積層プロセスには専門的なトレーニングが必要です。

FDMのメリットは？

FDM（熱溶解積層法）は3Dプリントユーザーにいくつかのメリットを提供します：

拡張性

FDMプリンターの拡張性を制限する唯一の要因は、ビルドプラットフォームのサイズと3Dプリンターのアーム長です。つまり、拡張性はFDM 3Dプリンターのサイズのみによって制限されます。

使いやすさ

FDM 3Dプリント技術は複雑ではありません。FDMマシン操作には中程度のトレーニングのみ必要です。正しい設定でプリンターをキャリブレーションすれば準備完了です。多くの場合、メーカーが購入時にFDM 3Dプリンターをキャリブレーション済みです。ユーザーマニュアルに従って適切なプラスチックフィラメントをエクストルーダーに接続し、プリントボタンを押すだけでプリント開始できます。

手頃な価格

FDM 3Dプリンターは市場で最も一般的に使用され、手頃な価格のプリンターの一つです。SLA 3Dプリンターと比較してエントリーコストが大幅に低いです。同時にフィラメントは容易に入手可能で、幅広い材料選択肢を提供します。使いやすさゆえにユーザートレーニングもコスト効率が良く、より多くのホビーストを3Dプリント業界に惹きつけています。

SLSとSLAの違いは？

SLAとSLSの両プリント技術は積層プロセスを用いますが、いくつかの点で異なります：

SLAはポリマーと樹脂のみで動作し、金属はプリントできません。一方、SLSはポリスチレンやナイロンなどの複数のポリマーに加え、チタンやスチールなどの金属も扱えます。SLS 3Dプリント技術は高出力レーザーでビルドプラットフォーム上のナイロン微粉末を狙い、溶融温度まで加熱して固化させ、3Dモデルを形成します。SLA 3Dプリントでは、まず液体光重合体を含むタンク内にビルドプラットフォームを配置します。レーザーが層ごとに造形し、層完了ごとにビルドプラットフォームを一層分調整して次の層をプリントします。SLSはSLA技術より堅牢で低コストです。しかし、SLAは射出成形品のような厳しい寸法公差と滑らかな表面を持つ3Dプリントオブジェクトを生成します。SLAは小さく明確な特徴を作成できますが、SLS 3Dプリントでは容易ではありません。SLSは周囲の粉末がプリント層を支え、プリント継続中に安定させます。一方、SLA 3Dプリント技術では追加のサポート構造が必要です。

FDMとSLS、いつどちらを使うべきか？

3Dプリント予算が大きくないなら、SLSより安価なFDM 3Dプリント技術が有利です。使いやすくデスクトップで広く入手可能なプリンターが欲しいなら、FDM 3Dプリントプリンターが適しています。より高速にプリントするプリンターが必要なら、SLSプリンターよりFDM 3Dプリンターを選びましょう。

しかし、コストのかかる追加サポート構造を不要にしたいなら、SLS 3Dプリンターを選択します。ビルドセットアップ内の余剰粉末をプリント中のオブジェクトのサポート材として利用します。プリントパーツに高剛性と高引張強度が必要なら、SLSがより良い選択肢です。

結論

本記事はSLS vs FDMプリント技術に関する包括的なガイドを提供します。あとはあなたのニーズに最も適した方を選ぶだけです。液体樹脂で固化させ、堅牢な3D構造を形成します。