レジン3Dプリンター解説：UV光硬化技術で高精度・滑らかな造形を実現

レジン3Dプリンターは、光を使ってモデルをプリントに変換するマシンです。UV光をレジンに照射することで、これらの3Dプリンターは高い複雑さと滑らかな表面仕上げを維持しながら、迅速に硬化させることができます。

場合によっては、プリント完了と同時にパーツが使用可能です。レジンプリンターの包括的なガイドで、知っておくべき全てを紹介します。

レジン3Dプリントとは？ レジン3Dプリンターとは？

ステレオリソグラフィー（SLA）/レジンプリントは、レイヤー・オーバー・レイヤー方式でプロトタイプ、モデル、パターン、生産コンポーネントを作成する技術です。

光がオリゴマーとモノマーの架橋を引き起こし、ポリマーを作って3D固体を形成する光化学プロセスを使用します。

レジン3Dプリンターは、同じ光源（プロジェクターまたはレーザー）メカニズムを使って液体レジンを硬質プラスチックに変換します。主要な物理的違いは、ビルドプラットフォーム、光源、レジンタンクなどのコアコンポーネントの配置にあります。

これらのマシンは、光反応性の熱硬化性物質であるレジンで動作します。SLAレジンが特定の波長の光にさらされると、小さな分子鎖が結合し、オリゴマーとモノマーが結合して、固化した柔軟または剛性のある形状を作ります。

SLAパーツは、全3Dプリント手順の中で最高の精度と解像度、最も細かいディテール、最も滑らかな仕上げを誇ります。無論、SLAの主なメリットはその柔軟性にあります。

材料メーカーは、標準・産業用・エンジニアリングサーモプラスチックと競合できる多数の光学的・熱的・機械的特性を持つ革新的なSLAレジンを開発してきました。

この手法は大型プリントサイズを扱え、ほぼ全てのデザインを作れますが、予算面ではそれほど優しくない可能性があります。

レジン3Dプリンターの使い方

SLA 3Dプリンターの使用には3つのシンプルなステップがあります。

1. 設計

任意の3DスキャンデータやCADソフトウェアを使ってモデルを作成します。OBJやSTLなどのプリント可能なファイル形式でモデルをエクスポートします。全SLA 3Dプリンターには、デジタルモデルを様々なレイヤーにスライスし、設定を調整するソフトウェアがあります。

セットアップ完了後、準備ソフトウェアがケーブルまたはワイヤレス接続でレジンプリンターに指示を送信します。

2. プリント

セットアップが問題ないと確認したら、SLAプロセスが開始し、プリントが完了するまでマシンを無人稼働できます。カートリッジシステム搭載のレジンプリンターは、材料の自動補充機能を持ちます。

3. 後処理

プロセス完了後、パーツをIPA（イソプロピルアルコール）で洗浄し、未硬化レジンを表面から除去します。洗浄後パーツが乾燥したら、一部の材料は最高の頑強さと安定性を得るために後硬化が必要です。

最後に、パーツからサポート構造を取り外し、サポート跡をサンディングして滑らかな仕上げにします。SLAパーツは、様々な仕上げと用途のために、簡単にプライマー塗布、塗装、組み立てが可能です。

レジン3Dプリンターの仕組み

レジンベースプロセスの3Dプリンターは、フィラメントも粉末も使わず、液体レジンを使用します。

• SLA

SLAは大型タンクで行われ、液体ポリマーレイヤーがプラットフォームに広げられることから始まります。UVレーザービームが、ポリマーレイヤーがUV感受性であるため、あなたの3Dプリントのレイヤーを形成する部分を固化させます。残りの量は液体のままです。プラットフォームが降下し、次のレジンレイヤーが前のレイヤーの真上に描画されます。

プリント完後、サポートプラットフォームでタンクから引き上げられ、余分な液体が流れ落ちます。

粉末ではなく液体物質が使われるため、オーバーハング部分と突き出た部分の下にサポート材料を追加すべきです。マシンからモデルを取り出した後、サポートを手動で取り外せます。

レジンプリントプロセス材料には、マンモスレジン、標準レジン、グレーレジン、透明レジンがあります。

• PolyJet技術

ここにもレジンベースの別技術があります。PolyJet技術は、ビルドトレイに超薄レイヤーでレジンを積み上げ、モデルが完成するまで続けます。各レイヤーはジェッティング直後にUV光で硬化します。このため、完成直後に使用可能な完全硬化モデルが生成されます。

3Dプリントにどのくらいのレジンが必要か？

プリントが作られている領域にレジンが流れて満たせるよう、バットに十分なプリントレジンを用意してください。安全のため、バットを約1/3程度満たすのが目安ですが、溢れないよう入れすぎないでください。

ビルドプレートがバットに降下し、プリントが硬化しているFEPフィルムに滴り落ちます。なので、レジンを追加するときは、単純にビルドプレート上から注ぎます。

時にはレジンの最後の部分で、まだ3Dプリントを完成させたいことがあります。レジンがプリント位置に流れ戻るため、成功する最善の方法は、バット内に均一なレジンプールを確保することです。

レジンに隙間やギャップが見え始めたら、3Dモデルに届かなくなっていることに気づくでしょう。したがって、レジンはあなたの3Dモデルの下で適切に硬化せず、プリント失敗につながります。

余ったレジン3Dプリントの処理

余ったレジンはタンクに残せますが、UV光から適切に保護してください。数日以内に新しいプリントを作るなら、レジンを3Dプリンターに残せます。そうでなければ、未硬化レジンをろ過して容器に戻します。

半硬化レジンのビットを取り除き、ペーパータオルに置き、UV光で硬化させます。常にレジンに触れないようにしてください。ただし、完全硬化後は通常の方法で安全に廃棄できます。

余ったレジンが液体クリーナー（例えばIPA）と混ざった場合、容器に入れて地域のリサイクルプラントに持ち込みます。ほとんどの場所で、イソプロピルアルコールとレジンの混合残りを受け入れています。ただし、時には特別なリサイクルプラントに行く必要があるかもしれません。

レジン3Dプリントの強度は？

多くの人はSLA 3Dプリントパーツが脆弱で、耐荷重・機能コンポーネントよりプロトタイピングと装飾用途に適していると信じています。しかし、これは適切にレジンを選ばない場合にのみ当てはまります。いずれにせよ、汎用レジンをタフな仕事に使えば、求める強度は得られません。

様々な業界で高強度レジンが利用可能です。キャスタブルレジンはジュエリーや、クラウン、マウスガード、サージカルガイドなどの3Dプリント歯科製品を作ります。高温レジンは様々な産業用途で使われ、ゴムのようなパーツを作れるレジンもあります。

タフレジンでプリントされたパーツは、55.7MPaの引張強度と2.7GPaの弾性率を持ち、ABSに近い特性です。

レジン3Dプリントの毒性は？

レジンの毒性はまだ完全には解明されていませんが、そのレジンは化学的に人と周囲に有毒です。

長期的なレジン使用は感作を引き起こす可能性があります。レジンはシンクや排水口に流さないでください。汚染が生じるからです。

3Dプリンターレジンの適切な廃棄は不可欠で、廃棄前に硬化させる必要があります。レジン煙を吸い込まないよう注意してください。適切な換気、フィルター、マスクを用意して、こうした煙を扱ってください。

レジン3Dプリンターは何に適しているか？

SLAは迅速さ、高解像度、頑強なプリントの代名詞です。

高解像度

FDM（溶解積層法）の解像度がフィラメントを押出するノズルサイズに依存するのに対し、SLAプリントは未硬化レジンに照射されるレーザーサイズによって制限されます。

これにより、SLAはFDMでは後処理タスクでしか達成できない超微細ディテールと滑らかな表面を持つ、より良いプリント品質を実現できます。

高速プリント

例えばFDMプリンターでは、指定パターンに従ってエクストルーダーがプリントベッド周りを動く必要があります。エクストルーダーの重量と必要な精度を考慮すると、FDMプリンターの生産プロセスは遅いです。

SLAでは、レーザーが液体レジンを事前定義パターンで急速に照射します。DLPは、レイヤー全体を一歩で硬化させるため、FDMプリンターよりさらに高速な3Dプリントプロセスを提供します。

頑強な製品

硬化により、SLA 3Dプリントではより強力なレイヤー間圧密が可能です。完成プロジェクトは、全軸でより均一な機械的特性を含みます。

レジンはPLAより強いか？

特定のレジンプリントは頑強ですが、物理的特性により、PLAを含むほとんどのフィラメントプリントの方がはるかに強靭です。多くのレジンはより脆い一方、フィラメントはよりロバスト（頑健）です。

最終考察

時間短縮、頑強さ、精度など、SLAから得られるメリットは多岐にわたります。この3Dプリント技術は、製造、ジュエリー、歯科、聴覚、工学、教育など様々な分野で役立ちます。しかし、常にレジン取り扱いには注意してください。