シングルエクストルーダーでマルチカラー・マルチマテリアル3Dプリントを実現するステップバイステップガイド

FDM技術の3Dプリントユーザーなら、誰もが一度はこの疑問を持ったことがあるでしょう。

ほとんどのデスクトップFDM 3Dプリンターはシングルエクストルーダーのみのため、ユーザーは「複数フィラメントの組み合わせ」という選択肢を「失って」います。例えば、造形用フィラメントとサポート用フィラメントで複雑な部品をプリントする場合や、部品に複数の色を統合する必要がある場合などです。

画像1：FillamentutとMosaic Paletteフィラメントで3Dプリントされた花瓶。出典：Fillamentum.

この問題を解決するには、ユーザーのニーズと部品の複雑さに応じていくつかの解決策があります。本記事ではそのうち2つを説明します：

• スライシングソフトウェアの使用.
• 外部デバイスの使用.

スライシングソフトウェアの使用

最もシンプルな方法は、スライシングソフトウェアを使用して、ユーザーが適切なタイミングでフィラメントを交換できるよう準備された.gcodeファイルを生成することです。これにより、様々な色や材料の部品をプリントできます。

この場合、マルチカラープリントはレイヤー全体単位に制限されます。つまり、各独立レイヤーは単一色となり（1レイヤーに2色は存在しない）。部品設計時にこの制限を考慮することが非常に重要です。
この方法には、現在最も人気のある無料ソフトウェアの一つであるUltimaker Curaの使用を推奨します。他のスライシングソフトウェアでも問題なく実行可能です。

1. まず、選択したデザインをUltimaker Curaにインポートします。
2. 開いたら、使用材料に合わせてパラメータを調整します。
3. この時点で、色/材料を変更したい高さまたはレイヤーを特定します。
4. この情報を得たら、拡張機能＞後処理＞G-code変更へ進み、コマンドシーケンス追加＞高さで一時停止を押します。
5. ポップアップウィンドウでレイヤーまたはmm単位の一時停止を選択。選択したデザインによりどちらが便利か決まります。いずれの場合も、ボックスに入力する数値がフィラメント交換を行うレイヤーまたは高さに対応します。
   Park Print Head X/Yは一時停止時にホットエンドを移動させる座標です。フィラメント交換を容易にするため0/0（ホーム）を推奨します。
   さらに、リトラクションパラメータ、リトラクション速度、押出量を設定します。最初の2つは使用材料によりますが、最後については約5cm設定することを推奨します。これはフィラメント交換後、プリント再開前に押し出されるフィラメント量に対応します。
   
   

画像2：Curaインターフェース。出典：Ultimaker Cura.

この方法は、サポート材を必要とする複雑な部品（ABS + PVA等）のプリントには実用的ではありません。異なる材料を使用する場合、それらの密着度を考慮する必要があります。密着が不十分だと、材料間の結合層で部品が早晩分離します。

外部デバイスの使用

スライサーソフトウェア方式には制約があり、プリント中にユーザーが材料交換に参加する必要があり、自動プロセスではありません。

この問題を解決するため、Mosaic Manufacturingが最大4色/材料でのプリントを可能にするデバイス：Mosaic Paletteを開発しました。この場合、同一レイヤー内に最大4色/材料を含めることが可能です。

Mosaic Paletteは、最大8本のストランドを1本に連続的に結合する原理で動作します。

Mosaic Palette 3とMosaic Palette 3 Proの操作性とユーザビリティを向上させるため、Mosaic Manufacturingは独自のスライシングソフトウェアCanvasを並行開発しました。

デザインをCanvasにインポートすると、色塗りのように直感的に異なる色/材料の領域をマーク・区別できます。このソフトウェアでは、使用したい様々な材料のプロファイル作成も可能です。

Mosaic Palette 3とMosaic Palette 3 Proは、Canvasスライシングプログラムに基づき、各レイヤーで必要な各色/材料の各フィラメント量を認識・計算します。

動作原理

プリントプロセス実行のため、Mosaic Palette 3には4つのフィラメント入力、Mosaic Palette 3 Proには8つのフィラメント入力があります（各々独自のエクストルーダーとフィラメントセンサー付き）。

各エクストルーダーにフィラメントを供給すると、切断システムに導かれます。これはCanvasスライシングプログラムに基づき必要な正確な長さにフィラメントを切断するロータリーカッターで構成されます。

フィラメント切断後、Splice Coreと呼ばれる抵抗体により継続する材料と接合されます。

画像3：2本のフィラメント接合部。出典：Mosaic.

フィラメント片が接合されると、冷却ゾーンを通過し、Scroll Wheel（調整ホイール）を通過してフィラメント全長で正しい直径を確保します。

使用可能な材料

Mosaic Palette 3とMosaic Palette 3 Proは、同一材料を最大8色まで使用可能ですが、異なる材料の組み合わせも可能です。

以下の表は、可能な材料組み合わせの一部とその難易度を示します。一部では材料組み合わせが「実験的」と表示されます。これは必ずしも成功するとは限らないが、これらの材料でプロジェクトを成功させたユーザーが存在することを意味します。

材料	難易度
PLA + PLA	標準
PLA + PVA	実験的
PLA + HIPS	実験的
PLA + TPU	上級
PETG + PETG	標準
PETG + TPU	実験的 + 上級
ABS + ABS	実験的
TPU + TPU	上級

さらに、Mosaicはウェブサイトのサポートエリアで大量の情報とリソースを提供しています。

これらのリソースには、異なる材料ストランド接合の推奨設定、完全な材料互換性チャート、最も一般的な問題の解決策などがあります。

最適なプリント設定はプリンターごとに異なるため、Mosaicが共有する値はあくまでガイドです。特定材料で良好なプリント設定がある場合、その材料のストランドを組み合わせる際はその設定を使用することを推奨します。

Mosaic PaletteはThingiverseプラットフォームにスペースを持ち、Mosaic Paletteで様々な色/材料を使用するために適応されたデザインを定期的にアップロードしています。

画像5：無料ダウンロード可能な適応デザイン。出典：Thingiverse.

最終結果と無料サービス・リソースの両面で、Mosaic Palette 3とMosaic Palette 3 Proは、シングルエクストルーダーFDM 3Dプリンターで複数色プリントや複数材料3Dプリントの実験をしたいユーザーにとって非常に興味深い選択肢です。