3Dプリンターの造形速度：パーツ制作にかかる時間と速度に影響する要因

3Dプリントの速度は、プリンター、使用フィラメント、必要な解像度、パーツサイズ、ノズル径、プリント技術の種類、前処理・後処理タスクなど、複数の要因に依存します。

3Dモデルを完成品に変換するプロセスは時間がかかり、12時間以上かかることもあります。一般的に、3Dプリントは従来の製造技術より遅いです。

高速3Dプリンターを購入すべきか迷っているなら、この記事が判断の助けになり、最適な速度設定の選択をサポートします。

3Dプリンターでプリントするのにどのくらい時間がかかるか？

ほとんどの3Dプリントマシンは最大150mm/sでフィラメントを堆積させます。しかし、理想的な速度は使用フィラメントの種類と、求める3Dプリント品質によって決まります。

ナイロンのように、溶けるのに極めて高温を必要とするフィラメントもあります。こうしたフィラメントは、ホットエンドノズルに長くとどまるため、80〜100mm/s程度の設定が良好なプリントには理想的です。

非常に頑丈で、極めて高精度が必要なプリントでは、適切な結合と固化のために低速が不可欠です。高解像度ツールを作るなら、時間を犠牲にして超低速でプリントできます。

3Dプリント速度を理解することはマシン設定に役立ちますが、設定はやや抽象的です。「高速」設定でどのくらいの速さで生産パーツやプロトタイプが得られるか、具体的に把握するのは困難です。

例えば、許容できる（傑出はしていないが）解像度で標準的なスマホケースをプリントする場合、完成まで約3時間かかります。

SF映画のヒーローフィギュアのように、衣装の複雑なディテールが関わる造形にはかなり時間がかかります。10インチ（約25cm）のオブジェクトなら、約10〜12時間です。

上記の見積もりには、モデル探索、CADでの寸法調整、スライサーソフトへの読み込みは含まれていません。

3Dプリンターのセットアップ、フィラメント供給、ビルドプレートへの接着剤塗布、ベッドレベリング、トラブルシューティングにかかる時間も考慮する必要があります。

3Dプリンターの適切なプリント速度とは？

速すぎるプリント速度では、冷却不足でアーティファクトが過熱し、オーバーエクストルージョン、リンギング、レイヤー密着不良を招きます。

極端に遅い速度では、ノズルがプラスチック上に長くとどまりすぎて造形物が変形します。最も安全なのは、品質を大きく損なわない範囲で、プリンターが出せる最速の速度です。

造形物全体で一つの速度を使うこともできますが、パーツごとに異なる速度を設定することも可能です。

• 外壁・内壁： 外壁を低速でプリントすると、通常表面仕上げが良くなります。
• トップ・ボトム： 低速プリントは、特に大面積プリントではトップレイヤーの閉鎖信頼性を高めます。
• サポートインフィル： サポート品質はそれほど重要ではないため、ここで高速でも大きな問題はありません。
• サポートインターフェース： サポートの屋根と床をプリントする速度です。サポートのトップとボトムがモデルにしっかり密着する必要があるため、適切なレイヤー密着のために低速が必要です。

使用材料の種類も、最適なプリント速度に影響します。例えばPLAの場合、適切な速度は主に3Dプリンターとそのアップグレードに依存します。

アップグレードなしの標準的なEnder 3でPLAをプリントする場合、40〜70mm/sの範囲で設定してください。ただし、より良いプリントのためには60mm/sが推奨されます。

3Dプリンターの速度とは？

3Dプリント速度とは、3Dプリンターが原材料からモデルを作る速さを示す指標です。この速度には、オブジェクトへまたは上へ材料を堆積させるのにかかる時間が含まれます。

高速な3Dプリントマシンは、遅いマシンより短時間でより多くの物質を堆積させられます。

SLSプリンターは一般的に最も遅く、48〜60mm/hrの範囲です。 一方、マルチジェットフュージョン3Dプリントマシンは、開始時から2800〜4000cm³/hrとかなり高速で、最速では4500cm³/hrで動作します。

3Dプリンターは遅いのか？

3Dプリント技術を完全に実用的で革命的なものにする上で最大の足かせとなっているのが速度です。これは特に、現在最も人気のあるFDM 3Dプリントマシンに当てはまります。

オブジェクトのサイズと希望するレイヤー品質によって、FDM 3Dプリントマシンは12時間以上かかって仕上げます。この時間枠を考えると、FDMプリントは「ラピッド（迅速）」プロトタイピングという言葉には追いついていません。

しかし、SLAプリンターは幾分速いです。平均価格はFDMよりわずかに高いですが、一部の3Dプリントマシンは人間サイズの製品を数時間で完成させることさえあります。

また、レイヤー高さを2倍にするなどのアクションで、3Dプリントプロセスを高速化できます。

3Dプリンターの速度設定

現在の3Dプリンターは主に3つの速度セットをサポートしています。第1は40〜50mm/s、第2は80〜100mm/s、最速は約150mm/sです。一部のプリンターは150mm/sで動作します。

3Dプリント速度は通常、3Dモデルをプリント準備するために使用するスライシングソフトウェアで設定します。

例えば、Curaバージョン15.04では、Basicタブから速度を決定するだけです。以前のバージョンでは、まずAdvancedモードに切り替え、Speedタブを開いてからプリント速度設定にアクセスする必要がありました。

プロセス速度、レイヤー高さ、インフィル、または任意のプリント設定を変更すると、Curaはプリント時間を再計算して表示します。

プリントサイズが時間に与える影響

サイズは3Dプリントにおける時間に影響を与える主要因の一つです。パーツに必要なレイヤー数が多いほど、プリントヘッドのパス回数が増え、時間も比例して増加します。

3Dモデルの体積に加え、フットプリント（X軸とY軸で示される）もプリント時間に影響します。フットプリントが大きいモデルでは、ヘッドが始点から遠くまで移動するため、プリントに時間がかかります。

インフィル設定が速度に与える影響

インフィル設定は押出材料量に影響します。材料量はインフィル率のレベルによって異なります。10%と100%のインフィル率の差は、特に大型パーツでは顕著です。

インフィルパターンもプリント速度に影響します。パターンが複雑なほど、プリント完了に時間がかかります。

いずれにせよ、インフィルがプリント速度に与える最大の影響は密度です。高密度インフィルは3Dプリントモデルの強度を高めますが、完了時間も増やします。

本当に高速3Dプリンターが必要か？

3Dプリントされたオブジェクトの大量生産を専門とする大企業でない限り、高速3Dプリンターは必要ありません。実際、より速いプリント速度は低品質なモデルと同義です。

150mm/sを超えると出力品質が劇的に低下します。さらに、フィラメントがそのような高速で滑り始める問題も発生し得ます。したがって、少量生産に注力するユーザーには、遅い技術とプリントプロセスが最適です。

3Dプリント速度の測定方法

多少の違いはありますが、ほとんどの3Dプリントマシンはmm/hr（ミリメートル/時間）で動作します。FDMユニット（溶解積層法）は約100mm/hrで動作します。これは毎時100mmの材料を堆積させることを意味します。

それでも、FDMプリンターは調整により速度を上げられます。一部のFDMプリンターは最大500mm/hrのプリントレベルに達し、通常の5倍の速さです。

SLA/DLP 3DプリンターはFDMプリンターよりさらに高速です。FDMプリンターのピークが500mm/hrであるのに対し、後者は最大720mm/hrで動作できます。

他にも多数の3Dプリンターがあり、上記より速いものも遅いものもあります。いずれにせよ、3Dプリントの速さは、3Dプリンターがある時点で堆積できる物質量を示す柔軟な指標です。

結論

過度に速い3Dプリント速度では、冷却ファンが押出フィラメントを冷やす十分な時間を得られません。結果として、不均一なレイヤー、製品全体にラインが入る、時にはプリント失敗を招きます。

プリンターが遅すぎると、ファンがフィラメントを速く冷やしすぎます。これはプロトタイプやパーツに大きな影響を与えないかもしれませんが、ノズル詰まりの原因になり得ます。

プリント速度とノズル温度のバランスを保つユーザーは、最短時間で素晴らしいパーツとオブジェクトを作れます。