3Dプリンターエクストルーダー&ホットエンド徹底ガイド：種類、ブランド、性能

この記事では、3Dプリントの世界で最も一般的なエクストルーダーとホットエンドのタイプについて語る。最初に断っておくが、ここで言及するすべては、E3D Onlineのような主要ブランドの製品を常に使用した経験に基づくものだ。同社はエクストルーダー、ホットエンド、ノズルを専門とする高品質3Dプリンターコンポーネント企業である。この前提が必要なのは、低品質なエクストルーダーやホットエンドを使用すると、以下で述べる特性が満たされない可能性があるためだ。

エクストルーダーの主な機能は、フィラメントをスプールからホットエンドへ、3Dプリントに適した精度と速度で最も正確に移送することだ。しかし、エクストルーダーにはさまざまな分類がある。この記事では主要なものを分析する。

駆動方式によるエクストルーダーの種類

エクストルーダーには駆動方式により2タイプがある：ダイレクトとボーデン。ダイレクトエクストルーダーでは、その名の通り、フィラメントがエクストルーダーのギアからホットエンドへ直接走る。この2部品が一体化したシステムも存在し、Titan Aeroがその例だ。

画像1：Titan Aeroエクストルーダー。出典：E3D

一方、ボーデンエクストルーダーでは、ホットエンドとの接続がフィラメントを通すPTFEチューブを介して行われる。

ダイレクトエクストルーダー

画像2：ダイレクトエクストルーダー

利点：

• 柔軟材料（PLA Soft、TPU、TPE（FilaFlex）など）を1.75mmと2.85mmの両方でプリント可能。
• 特定フィラメントが呈する摩耗性に関わらず、あらゆる種類の材料を問題なくプリント可能。グラフェンなどの研磨性3D材料をプリントする場合、Olsson Rubyノズル（ルビーチップ付き真鍮ノズル、ほぼ無限の寿命）の使用を推奨。
• このシステムは良好な3Dプリントを得るために短いリトラクション距離で済むため、詰まりの可能性が低減する。リトラクション詳細はリンク先記事を参照。

欠点：

• エクストルーダーとホットエンドが移動する軸における相当な慣性。3Dプリントを高速化しようとすると、セット全体（エクストルーダー、エクストルーダーモーター、ホットエンド）の重量を動かさなければならず、この要因は増大する。特に複数エクストルーダー搭載プリンターで顕著。
• エクストルーダーモーターの温度問題。密閉型3Dプリンターでチャンバー温度制御を行う場合、エクストルーダーモーターの温度が動作性能に影響を与えるレベルに達することがある。

ボーデンエクストルーダー

画像3：ボーデンエクストルーダー

利点：

• ホットエンド移動軸の低慣性。ボーデンシステムではエクストルーダーとモーターがシャーシに固定されるため、プリント時の移動慣性が大幅に低減する。これにより非常に高速かつ高品質なプリントが可能。
• フィラメントの高い牽引力。このエクストルーダーシステムを採用する大半の3Dプリンター（BCN Sigmax、3NTR-A2）はピニオンセット（減速機構）を備え、フィラメント牽引トルクを増大させ、通常より大きなスプールにも対応可能。

欠点：

• 1.75mm径柔軟フィラメントのプリントに問題がある。柔軟フィラメントであるため、ボーデンPTFEチューブ内でフィラメント内の圧力をホットエンドまで一定に保てない。一方、2.85mmボーデンシステムでは低速で柔軟フィラメントのプリントが可能。

材料径によるホットエンドの種類

ホットエンドはフィラメントを溶融し、目的の部品を造形する役割を担う。材料径、部品タイプ、求める品質と仕上げに応じて、ホットエンドタイプ（V6またはVolcano）とノズルを構成する。エクストルーダーをV6とVolcanoタイプに分類し、それぞれの利点と欠点を述べる。

ホットエンドV6の利点と欠点

画像4：ホットエンドV6ユニバーサル1.75mm。出典：E3D

利点：

• V6は市場で最も汎用性の高いホットエンドで、柔軟材料（特に2.85/3mmフィラメント）を含むあらゆるタイプのプリントに対応可能。ホットエンドV6で例外的な仕上げ品質のあらゆる部品を造形できる。

欠点：

• このタイプのエクストルーダーで推奨される最大ノズル径は0.80mm/1mm。より大径ではフロー継続性の問題が発生しやすい。

ホットエンドVolcanoの利点と欠点

画像5：E3DホットエンドVolcano

利点：

• ヒーターカートリッジがノズルと平行に配置されているため、より広い加熱領域を実現し、フィラメント溶融に対する優れた制御性と安定性をもたらす。これにより大径ノズル（1.2mm）での3Dプリントが可能となり、造形時間短縮とV6より高い層高でのプリントが可能になる。
• より強靭な部品。気泡のないラミナーフローで高層造形するため、材料の化学結合間の接合が強くなり、より剛性が高く強靭な部品が得られる。

欠点：

• ディテールの面からは表面仕上げが劣る。高層高のため、異なる高さの曲面領域に段差が生じる。

一部メーカーは、使用するエクストルーダーシステムとフィラメント径に応じてホットエンドを呼称している。例えばE3D Onlineは、TPFEチューブがヒートブレーク内部まで達し、フィラメントを中断なくヒーティングブロックへ導く1.75mmホットエンドを「ユニバーサル」（ユニバーサルダイレクト、ユニバーサルボーデン）と指定する。2.85/3mmホットエンドには単に「ダイレクト」または「ボーデン」の指定を用いる。

画像6：E3Dホットエンドの種類

私たちは、各ユーザーが造形したい部品タイプとプリント速度に基づき個別のケースを検討し、常に品質を保証する一流コンポーネントを使用することを推奨する。