エントリーFDM 3Dプリンターを強化：優れたプリントのための実証済みヒント

数年前まで、3Dプリントの世界に入る唯一の選択肢は、多くの場合手が届かないコストの市販家庭用プリンターを購入するか、RepRapプロジェクトで3Dプリンターを組み立てるために必要なパーツとコンポーネントを入手することでした。キット形式でも個別でも。この後者の選択肢は本当に手頃でしたが、組み立て、プログラミング、較正の両方で高い知識と専門性が必要で、良い結果を得るには。これは、多くのユーザーにとって大きな障壁でした。彼らの目標は3Dプリントプロセスに入ることであって、3Dプリンターの構築と較正プロセスではなかったからです。

画像1：RepRap Mendelプリンター。出典：reprap.org

しかし、それは変わりました。現在、本当に低価格でプリアッセンブル・プリコンフィグ済みのFDM 3Dプリンターを購入可能です。Creality、Tevo、Anycubic、Artillery、Geeetechなどのブランドが、500ユーロ以下、場合によっては300ユーロ以下でシンプルで即使用可能なプリンターを生産しています。

このタイプの3Dプリンターの大部分は通常非常に低品質な機器で、一般的な故障があり、多くの場合実質的に使用不能ですが、優れたコストパフォーマンスを達成し、ソーシャルネットワークで良いレビューを独占する少数のモデルがあります。

画像2 Ender 3プリンター。出典：creality3dofficial.com

CrealityのEnder 3とCR-10s、ArtilleryのSidewinder X1などのモデルは、多くのユーザーにとって3Dプリントの世界への入り口となりました。これらは始めるのに理想的な選択肢かもしれませんが、すぐに多くのユーザーがこのタイプのプリンターの限界に気づき始めます。

コスト削減と限界。

これらの3Dプリンターの一部が良いコストパフォーマンスを持つにもかかわらず、このような低価格を実現するには、特定コンポーネントの品質を犠牲にする必要があることは避けられません。

一般的に、これらのプリンターの主な弱点は以下の通りです：

• フレームの品質と安定性。
• プリントベースの品質。
• ホットエンド。
• 押出機。

このタイプのプリンター所有者の一部は、より複雑なプリントやより先進的な材料に挑戦したくなると、自分の3Dプリンターが適切な温度に達しない、または押出機が柔軟材料を正しく引き込めないことに気づきます。この場合、高い投資を伴う高品質プリンターへの買い替えか、他のタイプの材料使用を諦めて現在の品質に妥協するかの選択が迫られます。

画像3：オリジナルE3Dとクローンノズル。出典：Hackaday.com

しかし、中間の解決策があります：高品質プリンターで使用されるものと同等の高品質コンポーネントで、弱点を改善し、特定のキーとなるプリンターコンポーネントをアップグレードしてみることです。これにより、プリント品質を大幅に向上させ、利用可能な材料の範囲を拡大できます。

フレームまたは構造の品質と安定性

一般的に、これらのプリンターのフレームは通常軽量で、一部ではあまり堅牢ではありません。これは最も経済的なもので特に顕著で、多くの場合プラスチック構造コンポーネントが乱用されています。

画像4：Geeetech i3。出典：geeetech.com

これは、振動がプリント品質に影響を与えずに高速と高加速を達成することを不可能にします。おそらくこれはそれほど重要でない弱点です。各3Dプリンターの速度限界を知り、プリント速度をそれを下回るように保てば、振動はほぼ存在せず、プリント品質は良好です。また、プリントパーツを使用して3Dプリンターの堅牢性を改善したり、3Dプリンターを振動を最小限に抑える固体ベースに固定して安定性を向上させることも可能です。

プリントベッドの品質

常に大きいことが良いとは限りません。プリンターのプリントボリュームが大きいほど、高品質コンポーネントの使用がより重要になります. これが最も明確に見られるのがプリントドックです。現在、これらのプリンターの多くは、表面にプラスチックシートを貼った2〜3mm厚のアルミニウムシート製ベースを含んでいます。25cm未満のベースではアルミニウムプレートの平坦度は通常かなり良好ですが、大型3Dプリンターで40cmまたは50cmのベース、厚さ4〜5mm未満のものでは、ベースの平坦度が通常悪いです。これらが完璧にレベリングされていても、密着問題やベース全面でのプリント不可能が通常発生します。

最も推奨されるのは、購入前に必要なプリントサイズについて現実的になり、ニーズを満たす最小サイズを選択することです。ほとんどの場合、20cm x 20cmまたは25cm x 25cmのベースで十分です。

しかし、大型プリンターが本当に必要な場合や、小型ベースでも平坦度が悪い場合もあります。これらの状況では解決策は非常にシンプルで安価です。低品質ベースを改善するには、ベースと同じサイズのガラスを購入し、直接ベースの上に置きます。ガラスは通常ほぼ完璧な平坦度を持ち、アルミニウムベースよりはるかに優れています。さらに、完璧なベースを得るために、その表面にオリジナルまたはPEI BuildTakシートを配置でき、これがパーツの最高密着を保証します。

画像5：BuildTak密着ベース。出典：Buildtak.com

310mmまでのプリントベースを改善するもう一つの非常に興味深いオプションは、BuildTak FlexPlateやZiflexベースのような高品質マグネティックベースを設置することです。これらのベースは、元のベースの平坦度と密着を改善するだけでなく、プリントパーツの取り外しも容易にします。

画像6：Ziflexフレキシブルベース。出典：Zimple3D.com

ホットエンド

これらのプリンターのほとんどは、E3D V6やE3D Volcanoのようなブランドホットエンドの低品質クローンを使用しています。見た目は同じでも、内部は全く異なります。オリジナルV6ホットエンドとは異なり、これらのクローンホットエンドはオールメタルではなく、フィラメントが低品質PTFEチューブを通って駆動されます。これが、多くの場合理想的でないホットエンド冷却と相まって、これらのプリンターがプリント温度260℃以下の材料に限定されることを意味します。さらに、詰まりとヒートクリープの確率が高品質ホットエンドと比べて倍増します。

画像7：オリジナルV6 vs クローン。出典：spiritdude.wordpress.com

他のCrealityのようなプリンターは独自のホットエンドを使用し、それは良質なコンポーネントですが、依然としてプリント温度255℃以下の材料に限定されるベーシックモデルです。

画像8：オリジナルCrealityホットエンド。出典：creality.com

安価なプリンターのホットエンドをアップデートすることは、行える最も重要な改善の一つですが、最も複雑な場合もあります。シリアルホットエンドがE3DやSlice Engineeringのような認知ブランドのクローンである場合、最良の選択肢はシンプルで、オリジナル相当品と交換することです。これは高品質ホットエンドを使用する改善だけでなく、各エコシステムのすべてのスペアパーツとアクセサリーへの扉を開きます。これは、3Dプリントの世界で前進したい場合、長期的に非常に重要です。この場合の唯一の複雑さは、サーミスタ交換時にプリンターファームウェアを変更する必要があることです。アップグレードしたいプリンターがファームウェア変更を許可するか知ることが重要で、許可しない場合はシリアルサーミスタを維持する必要があります。

ホットエンドが独自設計の場合、プロセスは複雑になります。簡単な交換を可能にする高品質相当品がない場合、E3DやSlice Engineeringホットエンドを収容するために新しいパーツの再設計と製造が必要になる場合があります。このプロセスは多くのユーザーにとって非常に複雑です。

画像9：Ender 3へのMosquito適応。出典：thingiverse.com/brotherchris

しかし、これはCreality 3Dプリンターユーザーと、Tevo Tornado、TronXY X5S、Alfawise U20、Lotmaxx SC-10のように同じホットエンドを使用する他の3Dプリンター向けに簡素化されます。

アメリカブランドMicroSwissが、Crealityホットエンドと完全互換の高品質オールメタルホットエンドを開発しました。このホットエンドは、285℃までのフィラメントを簡単にプリント可能で、グレード5チタンヒートブレーク、高品質ヒートシンク、ニッケルメッキ真鍮ノズルで構成されます。さらに、複数の材質と直径の互換ノズルの幅広い範囲を提供します。

画像10：Crealityプリンター用MicroSwissオールメタルホットエンド。出典：Microswiss.com

押出機

これらのプリンターの多くは高品質押出機のクローンを使用していますが、前のケースと同様に、見た目は似ていても性能は大幅に低いです。押出機のアップグレードは、ホットエンドと並んでおそらく最も重要な改善であり、最終プリント品質に最も影響を与えるものです。一方で、多くの場合最も複雑で、最も投資を必要とするものでもあります。

ここでは3つの状況が起こり得ます：

• ダイレクト押出機プリンター
• ボーデン押出機プリンター
• ダイレクトに変換されたボーデン押出機プリンター

ダイレクト押出機プリンター。

このケースはホットエンドと似ています。プリンターがTitan AeroやBondtech BMGのような認知ブランドのクローンを持っている場合、最良の選択肢はそのオリジナル相当品です。 しかし、この場合はより慎重で、互換性があることを確認する必要があります。ホットエンドではほとんどの場合寸法がオリジナル相当品と同じですが、押出機では直接交換を不可能にする設計差異がある場合があります。E3DやBondtechなどのほとんどのブランドはウェブページで押出機の図面と寸法を提供しており、主要3Dファイルリポジトリでこれらの押出機の精密モデルを見つけることも容易です。3Dプリンターの押出機を測定し、オリジナルと比較して簡単に交換可能か確認することを推奨します。

画像11：Titan Aeroクローン。出典：Aliexpress.com

押出機が独自設計の場合、プリンターのキャリッジを適応させる必要があります。主要3Dファイルリポジトリで、Titan Aeroのような高品質押出機を最も一般的なプリンター（一部のCreality等）に適応させる設計を見つけられます。新しいキャリッジの設計が必要な場合、新しいE3D Hemera、その統合Tスロットマウントシステムにより任意のプリンターへの統合が容易なものにオリジナル押出機を交換するのが良い選択肢かもしれません。

動画1：E3D Hemeraマウントシステム。出典：e3d.com

いずれにせよ、押出機交換は多くの場合ファームウェアのmmあたりステップ数変更を伴うため、それが可能か確認する必要があります。プリンターシグネチャを永続的に変更できない場合、プリントgcodeに適切なステップ設定でM92コマンドを追加する必要があります。

ボーデン押出機プリンター。

これはおそらく最もシンプルなケースです。固定ポイントにあるため、特定の押出機に適応したサポートを作るのは本当に簡単です。この場合、標準押出機をオリジナルBondtech BMGに交換するのが最良の選択肢です。

ほとんどのCrealityとTevo Tornadoプリンター所有者にとって、プロセスはさらにずっと簡単です。Bondtechはこれらのプリンター専用に適応された有名なBMGのバージョンを持っています。

画像12：Crealityプリンター用Bondtech押出機。出典：Bondtech.com

前のケースと同様、ファームウェアのmmあたりステップ数設定を変更する必要がある場合があります。

いずれにせよ、押出機を交換するかどうかに関わらず、常にアップデートすべきはボーデンチューブです。標準PTFEチューブをCapricorn XSに交換するのは、シンプルで安価、そしてあなたが思うよりはるかに重要な改造です。内径が厳密で摩擦の低いボーデンチューブを持つことは、押出の精度と一貫性を大幅に向上させます。Bondtech BMG押出機とCapricorn XSボーデンチューブを組み合わせれば、現在市場に存在する最高のボーデンシステムの一つが得られます。

画像13：現在のPTFEチューブ vs Capricorn XS。出典：Captubes.com

ダイレクトに変換されたボーデン押出機プリンター

ほとんどの場合、最も複雑なオプションです。ダイレクト押出機を収容するためにキャリッジを完全に再設計し、mmあたりステップ数を適応させるファームウェア変更に加え、押出機位置を変更する際にモーターケーブルを延長する必要があります。

ボーデンプリンターユーザーにとって、これは可能な最高のアップグレードですが、非常に複雑なプロセスで、最も経験豊富なユーザーのみに留保されます。

しかし、前のケースと同様、Crealityプリンターユーザーには、BondtechとMicroswissのおかげでこの変換を迅速かつ簡単に実行するいくつかのオプションがあります。現在、Crealityプリンターと互換性のある3つのダイレクト押出機があります：

MicroSwiss

MicroSwissは、Crealityプリンター用オールメタルホットエンドに加え、高品質DDG押出機も提供します。完全に機械加工アルミニウム製の軽量押出機です。オリジナルCrealityホットエンドと互換ですが、プリンターを最大限に活用する最良の選択肢は、有名なMicroSwissオールメタルホットエンドと組み合わせることです。この押出機の設置は本当にシンプルで数ステップで完了し、最も安価なオプションです。

画像14：Creality用MicroSwiss押出機。出典：Microswiss.com

Bondtech DDS

最もプロフェッショナルで完全なオプションの一つです。Bondtech BMG押出機とオリジナルV6ホットエンドで構成される完全なヘッドで構成されます。すべて完全に組み立て済みで配線済み。このアップデートにより、現在市場にある最高のコンポーネントの一部でダイレクト押出機を持てます。簡単かつ迅速に設置できる利点があります。さらに、V6システムのすべてのコンポーネント使用が可能で、標準搭載のMk8より完全です。この場合も押出機モーターのmmあたりステップ数とサーミスタパラメータをファームウェアで変更する必要があります。

画像15：Crealityプリンター用DDS押出機。出典：bondtech.com

Bondtech DDX

Crealityプリンター用の新しいダイレクト押出機です。3つの中で最も汎用性の高いオプションです。前のものと同様、適応されたBondtech DDX押出機ベースですが、この場合ホットエンドを組み込まず、Creality独自のものと直接互換です。さらに、適応キットを通じて有名なSlice MosquitoとCopperheadホットエンドを使用可能。これらのいずれかと組み合わせると、おそらく今日存在する最も先進的なダイレクト押出システムの一つで、多くのプロフェッショナルプリンターに搭載されているものと同等です。

画像16：Bondtech DDX押出機。Bondtech.com出典

新しい材料の探求やプリント品質向上で前進したい低価格プリンターユーザーにとって、プリンターの特定コンポーネントをアップデートすることは、セミプロフェッショナルまたはプロフェッショナル3Dプリンターを購入する投資をせずに最良の選択肢となり得ます。 単に押出機とホットエンドアセンブリをアップデートするだけで、品質を大幅に向上させ、以前は非現実的だった材料で実験したり、0.25mm〜1.5mmの新しいノズル径を使用したりできます。

これらのオプションは、Crealityブランドプリンター所有者にとって特に興味深いものです。最も幅広いオプションと最高の互換性を持っているからです。