ラピッドプロトタイピングでSLAとSLSどちらを選ぶべきか：プロジェクトに最適な判断基準

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投稿日：2018年7月20日 | 著者：Candy、WayKenマーケティングマネージャー

大まかに10種類の主要なラピッドプロトタイピング技術があります（どう分類するかによります）。あなたが設計した医療機器にはどれを選ぶべきでしょうか？あるいは自動車や航空機、キッチン家電向けの何かを作ったかもしれません。各業界と製品にはプロトタイプに関する独自のニーズがあります。あなた自身もそれについて考えがあるはずですよね？投資家へのプレゼン用に見た目が良ければ十分？それとも動作確認したいから表面仕上げを犠牲にして安価なもので済ませる？あるいはテストを行う？叩いたり潰したり、加熱したり水没させたりする？

それら各製品と用途には、そのプロトタイプ作成に最適な技術があります。ここで全手法を比較すれば記事は1時間読み物になってしまいます。今の時代、そんな時間は誰もありません。だから、プロトタイピング市場の約30%をカバーする2つの技術に絞りましょう。プラスチック向けSLAプロトタイピングとSLSプロトタイピング。SLA 3Dプリント vs SLS 3Dプリント、いきます。

SLAプリントの発展

SLA（ステレオリソグラフィー）は3Dプリント世界で最も古い技術の一つです。1980年代初頭、日本で発見されました。児玉博士は液体ポリマータンクと単一UVレーザーを使用する装置を考案しました。レーザーがポリマー表面層を硬化させ、少しタンクに沈めます。これで硬化したプラスチックが次の層のベースになります。しかし児玉博士は研究資金が不足し、特許を逃しました。

1984年、フランスの科学者グループがプロジェクト用のフラクタルパーツ（非常に複雑で精巧な幾何形状パーツ）の作成方法を考え、ポリマーを硬化させるレーザーを思いつきました。彼らはプロトタイプ特許を出願しましたが、商業化に十分注意を払わず、アイデアは真剣に受け止められませんでした。

同年1984年、アメリカの発明家チャック・ハル（Chuck Hull）が、同様の手法を3番目に考案し、ステレオリソグラフィープロセスの特許を出願しました。彼はあらゆることを考え抜き、3D Systemsという会社を設立してアイデアを商業化しました。現在、3D Systemsは3Dプリンタを製造する最大手企業の一つです。

SLAプリント技術

実際にはSLAプリントには2つの方法があります。ダイレクトSLAとリバースSLAと呼びましょう。

ダイレクトプロセスはSLAの本来の発明方式です。プリンタには液体ポリマータンクと、ポリマー表面より1層分低いベースプレートがあります。UVレーザーがパーツの現在の断面をトレース（プログラムはパーツを層にスライスし、各スライスのレーザー経路を生成するよう書かれています）し、最初の硬化層が得られます。その後、プレートが1層分下がり、専用ナイフがタンク表面を横切ってプレート上部にポリマーが完全に充填されることを保証します。次に次の層が硬化します。

リバース方式はパーツ配向と動作が異なります。ここではベースプレートが透明で、ダイレクト方式と比べて逆さまです。レーザーがプレートを通してポリマーを硬化させ、その後プレートが下がる代わりに上がります。これは水から物体をゆっくり引き上げるプロセスと比較できます。唯一の違いは、後者では物体が元々水中にあったのに対し、SLAプリントではタンク内の液体から物体を創り出す点です。

SLSの説明と歴史

SLSは類似の3Dプリントプロセスです。テキサス大学のカール・デッカード教授によって開発されました。彼はエンジニアで、シリアル生産に必要な鋳造量を減らすことを目指しました。後に特許を3D Systemsに売却。3D Systemsは後にSLSを金属粉末にも適用し、金属部品生産に革命をもたらしました。現在、この技術は金属部品プリントで最も普及した手法です。開発過程で、粉末が非常に危険であることが判明しました。非常に微細で吸入しやすいため、SLS技術はSLAのようなデスクトップホビー版にはあまり適していません。

プロセスはプラスチック粉末を主材料として使用します。この粉末は特殊ナイフでベースプレート上に広げられます。その後、SLAと同様にレーザーがパーツの断面をトレース。その後、ベースプレートが1層分下げられ、粉末が再び広げられます。SLAとかなり似ていますよね？

材料

SLA。 このプロセスはUV光で硬化するポリマー、いわゆる光重合体（フォトポリマー）を使用します。レジン組成は多様で、主に用途別に分類されます：

• 標準レジン。最も安価だが機械的特性は最低。しかし品質は非常に良く、射出成形と比較可能。中には透明なものもあり、車のライト等のクリアプロトタイプ製作に使えます。
• エンジニアリングレジン。実際のプロトタイプに使用可能で、ABSライク、耐熱、剛性、柔軟性などの形態があります。依然として良好な表面仕上げを保ち、強度はやや向上。
• 医療用レジン。SLAプリント用に発見された光重合体の中には、クラスIおよびIIの生体適合性を持つものがあります。これは人体組織と長期間接触可能という意味です。これは大きな利点です。

SLS。 この技術は当初ナイロンで使用されました。年月とともに他の材料も技術に適応されました。

• ナイロン。SLSでは圧倒的に最も普及したプラスチックです。すべてのSLA材料より遥かに耐久性、耐熱性、靭性に優れます。
• ウレタン。シンプルな柔軟プラスチックで、シンプルなポリマーパーツの鋳造に適しています。
• ワックス。鋳造モデル作成に理想的なワックス。成形混合物でモデルを覆い、溶けるまで加熱します。

後処理

SLA。 SLAプリントの主な欠点は、同じ材料で作られた大量のサポートが必要なことです。これによりサポート除去のための切削オペレーションが必要になります。カットオフ領域からサポートの痕跡を完全に清掃する必要もあります。プロセス全体がかなり時間を要します。さらに、硬化パーツは実際には完全には硬化していません。層間の一部領域が半分しか反応していません。このため、UV光チャンバーでプリントパーツを追加硬化させると強度が向上します。これは絶対的に必要ではありませんが。

SLS。 SLS後はSLAより表面仕上げが悪くなります。良好な表面仕上げが必要ならSLSパーツはサンディングと機械的後処理が行われます。これには多くの時間がかかります。

結論：いつ何を使うか

全体として、このプロセスは高品質なパーツを生み出しますが、SLSよりかなり高コストです（ダイレクトSLAの場合、タンクの余った液体プラスチックを再利用できず、長期保存もできないため、プリンタを常時充填しておくのがベター）。またサポート除去プロセスが必要です。利点は実装可能な材料の豊富さです。

医療機器、良好な表面仕上げの透明パーツ、一部の射出成形や鋳造モデルにはSLAを使用。製品をアピールする用途に、パーツは非常に良好です。

SLSはSLAより遥かに優れた強度とその他の特性を生み出します。しかし、表面仕上げはかなり劣ります（約2〜3クラス低い）。プロセスはSLAよりかなり安価。サポート構造が一切不要（前の粉末層が上層を支持）で、前回使用の余った粉末を再利用できます。

パーツがより大きな荷重、腐食、振動に耐える必要がある場合にSLSを使用。表面仕上げが問題ではなく予算が少ない場合にSLSを使用。自分用やテスト用に使用。