PolyJetとInkJetの違い：徹底比較と分析

インクジェット技術の起源と3Dプリントへの応用

インクジェット技術はもともと2Dプリンター用に発明されました。異なる色のインク微小液滴を紙面に着弾させ画像を形成する方式です。3Dプリント版インクジェットも基本原理は変わりません：異なる色や光重合性材料の液滴をビルドプラットフォームに着弾させ、UV光で「印刷された」層を硬化させます。この工程を層ごとに繰り返し、パーツ全体を造形します。

PolyJet造形はインクジェット造形の一種です。同種の材料と硬化プロセスを用います。PolyJet装置は他技術と比較して極めて高速に造形でき、複雑な多材料・多色パーツの作成が可能です。

本記事では、PolyJetを基本的なインクジェットプリンターおよびレーザーベース造形技術と比較します。

PolyJetの定義とインクジェットとの比較

PolyJetはStratasysが開発したマルチジェット・モデリングベースの3Dプリント技術の商標です。マルチジェットプロセスは1998年にObject Geometries社により開発され、後にStratasysが買収しました。このプロセスでは、一般的なインクジェットプリンターと同様に、プリントヘッドがビルドプラットフォームに材料を着弾させます。したがって、PolyJetプリンターはインクジェットプリンターのサブセットと言えます。

PolyJetで使用される材料は光重合体でなければなりません。これらのポリマーはUV光照射で固化します。プリンターは複数の光重合体液滴をビルドプラットフォームに着弾させ、即座にUV光源を照射して層を硬化させます。層硬化後、ビルドプラットフォームが1層分下降し、次の層が着弾されます。PolyJetプリンターは複数のプリントヘッドを備え、多色・多材料造形を実現します。

インクジェットと比較すると、PolyJetは光重合体のみを使用するサブセットですが、これらの光重合体は幅広い特性と色を持てます。一方、インクジェットとは、インク、培養細胞、導電性インクなどを複数ノズルから噴射するプロセス全般を指します。

PolyJetの他インクジェット技術に対する利点

1. 後処理（塗装、染色）なしでフルカラーパーツを製造可能
2. 各独立ノズルが異なる材料を着弾できるため、多材料パーツを製造可能。他技術では不可能な偉業です

PolyJetの他インクジェット技術に対する欠点

1. サポート除去にウォータージェットが必要で、これは装置に内蔵されていません。PolyJetプリンターは配管設備の近くに設置し、専用洗浄ステーションを設ける必要があります
2. 大造形ボリュームを持つPolyJetプリンターでも、マルチジェットフュージョンのように複数パーツを積層してボリューム全体を活用することはできません

インクジェットの定義とPolyJetとの比較

インクジェットは、キヤノンの遠藤一郎氏とHPのジョン・ヴォート氏が独立に開発し、紙へのインク印刷に用いられた技術です。1998年にObject Geometries社により3Dプリントへ応用され、後にStratasysが買収しました。インクジェットプリンターには主に2様式あります：マテリアルジェッティングとバインダージェッティングです。マテリアルジェッティングは複数ノズルから光重合体液滴を着弾させ多色・多材料パーツを造形します（PolyJetはこの一例）。バインダージェッティングはプラスチック粉末にバインダーを着弾させ粒子を接着させます。あるいは、ヒューズ剤を粉末に着弾させ、熱源でプラスチックを溶融させます（HP Multi Jet Fusionなど）。インクジェット技術は培養細胞を層ごとに着弾させ食肉を生産する用途にも用いられています。

インクジェットの他3Dプリント技術に対する利点

1. 食品用インク、培養肉、バインダー、ヒューズ剤など多様な材料を使用可能。他技術は同時に1〜2材料に限定される
2. 多くの他技術より高速にパーツを造形可能。ジェッティングプロセスはMJFなど多くの技術に応用され、各派生技術も速度の利点を持ちます

インクジェットの他3Dプリント技術に対する欠点

1. PolyJetは光重合体のみ使用可能。材料開発が進んでも、光重合体はPBF（粉末床溶融）やFDM（熱溶解積層）で用いられる標準熱可塑性樹脂ほど、機械的強度、疲労耐性、耐化学性に優れません
2. 高機能光重合体のコストは、FDM用標準フィラメントやPBF用粉末より大幅に高価です

インクジェットと他3Dプリント技術の比較表

表1：PolyJet（インクジェット）とSLS（選択的レーザー焼結・粉末床溶融技術）の比較

属性	PolyJet	SLS
造形解像度	55 μm	100 μm
大型パーツ造形可否	可	可
同時多色造形可否	可	不可
同時多材料造形可否	可	不可
エラストマー材料造形可否	可	可
最小フィーチャーサイズ	0.2 mm	0.75 mm
サポート構造必要性	必要	不要
最大造形ボリューム	1 × 0.8 × 0.5 m	0.55 × 0.55 × 0.75 m

PolyJetは良好な表面仕上げで多色・多材料パーツを生産しますが、SLSは粗いマット仕上げで色が限られます。

インクジェット vs レーザー技術：技術比較

インクジェット3Dプリントは紙印刷技術に基づき、ビルドプラットフォームにプラスチック微粒を着弾させ、UV光で硬化させてから次の層を積層します。場合によってはローラーで層を平坦化してから次層を印刷します。一方、SLS（選択的レーザー焼結）のようなレーザー技術は、レーザーを熱源としてプラスチック粒子を融着させます。また、SLA（ステレオリソグラフィー）ではUVレーザーで光重合体を造形します。

インクジェット vs レーザー技術：材料比較

インクジェット式プリンターは、PolyJetのような光重合体のみ、あるいは食品、バインダー、培養細胞を使用します。これらの光重合体は剛性、透明、エラストマー、ABSのような熱可塑性樹脂の特性を模倣する特殊配合など多様です。他のインクジェット式プリンターは光重合体バインダーと熱可塑性粉末（通常ナイロン）の組み合わせを用います。マルチジェットプリントがその例です。

レーザープリンターは通常熱可塑性粉末を使用し、薄い粉末層にレーザーを走査させ粒子をパーツ層形状に融着させます。

インクジェット vs レーザー技術：製品用途比較

インクジェットプリンター（PolyJet含む）は主に機能的な多材料・多色プロトタイプに用いられます。歯科用模型、レンズ、シール、手術補助具など実用用途にも使われますが、ギアのような過酷な産業用途には適しません。

粉末床溶融レーザー技術はナイロンや金属など機能的材料で造形可能です。これによりプロトタイプだけでなく最終用途パーツの製造が可能です。ただし多色・多材料同時造形はできません。

インクジェット vs レーザー技術：造形ボリューム比較

インクジェットもレーザー技術も大型造形ボリュームに対応し、量産を想定しています。最大PolyJetインクジェットプリンターの造形ボリュームは1 × 0.8 × 0.5 m。SLS装置はやや小さく0.55 × 0.55 × 0.75 mです。

インクジェット vs レーザー技術：表面仕上げ比較

インクジェット技術は非常に滑らかな表面仕上げのパーツを生産できます。これがワンオフ機能プロトタイプに最適な理由です。レーザーベース造形技術はマット仕上げのパーツを生産します。レーザー造形パーツの表面は後処理で着色するのが困難で、染色のみ可能です。

インクジェット vs レーザー技術：コスト比較

インクジェット3Dプリンターは特殊光重合体を使用し、kgあたり最大500ドルかかります。SLSのようなレーザー技術は熱可塑性粉末を使用し、平均kgあたり50ドルと大幅に安価です。

インクジェット技術を用いる3Dプリント技術

インクジェット技術を用いる代表的な3Dプリント手法は以下の通りです：

1. PolyJet： 複数独立ノズルで光重合体をビルドプラットフォームに着弾させ、UV光で硬化し、多材料・多色パーツを生成
2. Multi Jet Fusion： 複数ノズルでヒューズ剤とディテイリング剤を熱可塑性粉末に着弾させ、赤外線ヒーター照射で溶融促進。ディテイリング剤で鋭いエッジを維持
3. バインダージェッティング： 粉末層にバインダーを着弾させ、粒子を接着（溶融ではなく）

PolyJetとインクジェットの共通点

インクジェットはPolyJetプリンターが採用する基盤技術です。PolyJet造形は単にインクジェット技術の一種です。

PolyJetと比較される他の3Dプリントプロセス

• PolyJet vs ステレオリソグラフィー（SLA）： SLAはUV光で光重合体単層を一度に硬化させます。ジェットで材料を着弾させるのではなく、ビルドプラットフォームを光重合体槽に浸し、パーツ断面を投影して全面を硬化させます。詳細は「PolyJet vs SLA」ガイドを参照

インクジェットと比較される他の3Dプリントプロセス

• インクジェット vs Multi-Jet Fusion（MJF）： MJFはジェッティングノズルでヒューズ剤をプラスチック粉末層に着弾させ、現在層の断面形状を形成。ディテイリング剤を層エッジに着弾させ、溶融プールの溢出を防止

まとめ

本記事ではインクジェット技術とPolyJet 3Dプリントプロセスの違いを解説しました。インクジェット技術とPolyJet 3Dプリントの詳細については、Xometry担当者にお問い合わせください。

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