FDM と FFF:3D プリンティング技術の専門家による比較

FDM の定義と FFF との比較

FDM は S. Scott Crump によって最初に開発され、1989 年に Stratasys によって特許を取得しました。これは最も初期の 3D プリンティング プロセスの 1 つです。 FDM では、一般的な製造材料と添加剤を使用して正確なモデルを作成します。ほとんどの専門メーカーは、生産品質の点から FFF よりも FDM を好みます。 FDM モデルは、FFF パーツよりも厳しい要求に適合する可能性が高くなります。

FDM は、X-Y 搬送メカニズムを使用して、温度制御された押出機を備えたプリント ヘッドを移動します。それ自体が Z (垂直) 軸上で移動するテーブル上で平行移動します。押出機は、部品の 2D 断面のパターンで半溶融ポリマー フィラメントを放出します。各断面「スライス」は、以下の断面「スライス」に適用されます。この部品は、原料ポリマー フィラメントの相互に結合したストランドから構築されます。高度な機械とは別に、FDM と FFF のもう 1 つの違いは、加熱されたチャンバーです。印刷中のストレスを軽減するために、印刷環境全体がポリマーのガラス転移温度近くに保たれます。これにより、FFF よりも精度が向上し、モデルの歪みが少なくなります。

FDM 装置は、煙が抑制され、機械のメンテナンスが少なくて済むため、FFF よりもオフィスに適しています。最小肉厚も FDM と FFF を区別します。 FFF システムは多くの場合、より大きなフィラメントを使用するため、X-Y 解像度が低くなります。経験則として、実用的な最小の壁の厚さはフィラメントの直径 3 つ分に等しいため、FFF の構造を安定させるにはより厚い壁が必要です。

詳細については、FDM 印刷とはに関する記事を参照してください。

FFF の定義と FDM との比較

FFF は、Stratasys の特許が期限切れになった 2009 年に誕生しました。 Rep-Rap は、このテクノロジーの可用性を活用した最初の企業です。彼らは、使いやすく安価な機械による家庭用 3D プリントを普及させました。それ以来、FFF マシンの範囲は拡大しました。 FFF マシンは操作が簡単で、机の上に設置でき、操作上のオーバーヘッドが低くなります。

FFF は FDM と同じプロセスを採用します。加熱されたノズルまたは押出機を使用して、フィラメントの層を平らな印刷ベッドに塗布します。 FFF と FDM の主な違いは、加熱された印刷環境がないことです。 FDM の加熱チャンバーは、部品の温度を制御し、完成品の残留応力を軽減します。 FFF マシンの温度が制御されていないため、結果の精度が低下し、歪みが発生する可能性が高くなります。

FDM と比較した FFF の利点は何ですか?

FFF が FDM と比較して持つ利点の概要を以下に示します。

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FFF マシンは FDM に比べて手頃な価格です。 FFF は家庭/趣味での使用を目的とした価格設定です。

FFF システムは FDM システムよりも小さいため、家庭や小規模オフィスに適しています。

FFF は FDM よりも電力要件が低くなります。

FDM と比較した FFF の欠点は何ですか?

以下は、FDM と比較した FFF の欠点のリストです。

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FFF で印刷されたパーツは低品質です。より多孔質で「Z ステップ」を示し、特に小さく詳細な特徴を含めることはできません。

FFF プリントされたパーツは、特に大きなビルドの場合、歪みや反りが発生する傾向があります。

FFF マシンは悪臭を放つフュームを生成しますが、FDM マシンは密閉チャンバー内にそのようなフュームを含みます。

FFF と比較した FDM の重要な利点は、ビルドの解像度 (見栄えが良く、より正確なモデル) と、無計画な温度環境によって生じる歪みや多孔性のリスクが軽減されることです。

FDM と FFF:テクノロジーの比較

FDM マシンは、よく構築され、頑丈で、機能が優れており、メンテナンスはほとんど必要ありません。一方、FFF マシンは、基本的なオープン フレーム タイプから、「赤ちゃん」FDM マシンのようなプロ仕様のデバイスまで多岐にわたります。どちらのテクノロジーも同様の X-Y-Z レールとステッピング モーターを使用します。ただし、剛性はモデルの解像度/品質の大きな要素です。重いマシンは機械的および熱的に安定しているため、より良いモデルを印刷できます。

FDM と FFF:材料の比較

FDM マシンと FFF マシンは両方とも、大量生産に適した材料を含む幅広い材料を使用できます。ただし、FDM マシンはノズル温度をより適切に制御できます。より高い融点のエンジニアリングポリマーを扱うことができます。また、フィラメントに添加剤を使用するとさらに優れています。

FDM と FFF:製品アプリケーションの比較

FFF は多孔質で低強度、低解像度のモデルを作成します。これらは形状や感触の評価には適していますが、操作部品や防水部品には適していません。一方、FDM 部品の層はより完全に融合し、FFF 部品の強度を超えます。これにより、FDM プリントされた部品がエンジニアリング モデルにより適したものになります。

FDM プリンタは、溶融温度や添加剤など、より広範囲のフィラメント特性も受け入れます。プロトタイピングに使用すると、モデルが完成品にさらに近づくことになります。 FFF プリンタは、高機能モデルの構築には適していません。小さな特徴を生み出すことはできません。 

FDM と FFF:印刷量の比較

FDM システムは、専門的な基準を満たすように設計されています。コストの増加は、製品の高品質によって相殺されることを目的としています。これらのマシンは、305 x 305 x 254 mm (X-Y-Z) から最大 914 x 914 x 609 mm の範囲の体積で構築されています。これは、150 x 150 x 150 mm ～ 600 x 600 x 600 mm 相当の構築スペースで動作する一般的な FFF マシンと比較します。ほとんどの FFF マシンは小型ですが、Z 軸範囲全体にわたって品質が一貫したモデルを製造するのに依然として苦労しています。 FFF プリンタは寸法精度が比較的低く、部品が歪む傾向があります。

FDM と FFF:表面仕上げの比較

2 つのうち、FDM パーツは通常、より細いフィラメント原料とより小さな Z ステップを使用して構築されるため、その表面仕上げはより印象的です。 FFF ストックは直径が大きいため、結果として得られるパーツの解像度は低くなり、レイヤーはうまく融合しません。

FDM と FFF:コストの比較

FDM マシンは一般にプロフェッショナル市場をターゲットにしており、価格は高度な産業グレードで約 2,500 ドルから最大 25,000 ドルの範囲です。これは、高いビルド品質、剛性の高い動作軸、および問題なく一日中印刷できる能力を反映しています。 FFF マシンはプロ用途にも浸透し始めていますが、ライト、趣味、家庭での使用を目的としていることが多くなっています。通常、価格は 500 ドルから始まります。

FDM と FFF の相互代替手段とは何ですか?

FDM と FFF の両方の代替案を以下に示します。

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SLS: SLS (選択的レーザー焼結) は、ポリマー粉末の層をベッド/モデル上に滴下することによって機能します。次に、レーザーで粒子を溶かして融合させます。  FDM や FFF と同様、SLS は熱可塑性プラスチックから部品を構築します。

SLA: SLA (ステレオリソグラフィー) では、UV レーザー光を使用して液体フォトポリマー材料を硬化します。 FDM や FFF と同じようにプラスチック部品を層ごとに構築しますが、部品を上下逆にして構築します。モデルは液体フォトポリマー リザーバーから「出現」します。 

FDM と FFF の類似点は何ですか?

FDM と FFF の類似点を以下に示します。

• どちらのシステムも、塗布時に溶けるフィラメント原料を使用します。ノズルはパーツを一度に 1 つの 2D レイヤーで構築します。
• どちらのシステムも有用なポリマー材料を使用しています。ただし、印刷プロセスの性質により、最終部分の強度は素材本来の強度の 10～40% に制限されます。
• どちらのシステムも、小さな機能や機能コンポーネントを再現するのにある程度苦労します。

FFF 以外の FDM の比較は何ですか?

次の印刷テクノロジーには、FDM といくつかの類似点があります。

• FDM 対 MJF: MJF (Multi Jet Fusion) はパウダーベッド 3D プリンティング技術です。どちらもプラスチック部品を製造するという点で FDM に似ています。 MJF と FDM は最終部品の製造にも熱を使用します。熱によりプラスチックが結合します。 詳細については、FDM と MJF に関する完全なガイドをご覧ください。

FDM 以外の FFF の比較は何ですか?

FFF に匹敵するその他のテクノロジーは次のとおりです。

• FFF 対 DLP: DLP (デジタル ライト プロセッシング) マシンは、各 2D スライスの UV 画像をフォトポリマー樹脂に連続的に投影します。固体表面と接触している照射された樹脂の領域は硬化し、固体構造の一部になります。この装置はシンプルで趣味での使用に近いものですが、プロセス（後硬化を含む）は非常に面倒になる可能性があります。
• FFF 対クリップ: CLIP (連続液体界面製造) FFFのような低コストの装置を使用して単純な部品を製造します。ただし、DLP と同様、CLIP システムではモデルを仕上げるために後硬化ステップが必要です。

ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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