はじめに: 樹脂 3D プリントは、光で液体感光性材料を硬化させるプロセスです。これは 3D プリントの最も古い形式の 1 つであり、高精度の詳細を備えた最高品質のプリントを作成できます。現在、樹脂印刷にはさまざまな印刷技術がありますが、最も重要なのはステレオリソグラフィー (SLA) とデジタル光処理 (DLP) です。これら 2 つのタイプは、異なる方法で同じ目標を達成します。主な違いは、SLA は樹脂を硬化させるためにレーザー光源を使用するのに対し、DLP は投影システムを使用することです。以下では、SLA と DLP の類似点と相違点について、それぞれの印刷プロセスと長所と短所に焦点を当て、各テクノロジーのプリンターをいくつか紹介します。
樹脂プリントの基礎
△SLA技術でプリントした部品
3D 印刷プロセスでは、SLA と DLP は部品の複雑さと精度の点で大きな利点があります。どちらも通常はスペクトルの紫外線領域 (365 ～ 405 nm) の光を使用しますが、一部のプリンターでは感光性樹脂を硬化するために可視光を使用します。この技術の原理を簡単に説明すると、レーザーやプロジェクターを使用して樹脂に画像を描き、液体を硬化させるというものです。樹脂がどのように硬化するかを議論する前に、樹脂とは何かを議論する必要があります。
3D プリント樹脂は通常、エポキシまたはアクリルとメタクリルのモノマーで構成されており、光にさらされると重合して硬化します。このプロセスは架橋と呼ばれます。光が樹脂の容器に当たると固体が形成され、各層を構成する特定の形状やパターンが作成されます。特定の樹脂に応じて、その特性は、柔らかいゴムのような材料から非常に硬い材料や高温に耐える材料まで、大きく異なります。樹脂を使用した印刷の主な利点は、各層で目的の画像をほぼ完璧に再現するプロセスにより、達成できる高精度です。樹脂プリントの主な欠点は樹脂自体にあります。樹脂は標準的な熱溶解積層法 (FDM) の材料よりも扱いが難しく、材料の複雑さが増し、使用できる材料の範囲が狭くなります。
サービスレベル保証
△SLAプロセス
SLA は 1986 年に開発された、オリジナルの 3D 印刷技術です。この用語は、3D Systems の創設者 Chuck Hull 氏によって造られました。この会社は印刷プロセスを商業化した最初の会社であり、今日ではアマチュアとプロの両方に使用されています。 SLA 印刷では、レーザー ビームを樹脂の表面に通して層を固めます。SLA システムでは通常、レーザー ビームを樹脂の上に配置し、上から下に向かってレーザーを投射します。一部のシステムではボトムアップアプローチも採用されています。
いずれにしても、SLA 印刷プロセスでは、X 軸と Y 軸上のガルバノメータと呼ばれるミラーを使用して、オブジェクトの断面を層ごとに選択的に固化します。レーザーはコンピューター制御のアクチュエータによってオンとオフが切り替えられ、樹脂の正しい位置に光が当たるようにします。各層が固まると、次の液体層のためのスペースを作るために上方に移動します。レーザースポットのパワーは、フォトポリマー内で架橋プロセスを開始するのに十分なものでなければなりませんが、これは現在市販されているほとんどの固体レーザーで簡単に達成できます。一般に、このプロセスにより、信頼性の高い非常に優れた印刷結果が得られます。
利点と欠点
△SLAによる正確な詳細の実現
SLA 印刷の最大の利点は、レーザーによって達成できる高精度です。レーザーは、非常に滑らかな表面仕上げを生み出す、凝固した材料の連続線を放射します。ライン露光は、各層の硬化に時間がかかるため、DLP 印刷と比較すると最大の欠点でもあります。同時に、レーザーは特定の波長で動作し、樹脂の硬化効果は波長に依存するため、サードパーティの材料の使用もある程度制限されます。ほとんどのレーザーベースのマシンには、独自の一連の材料も装備されています。
情報漏洩防止
△DLPプロセスの概要
DLP 印刷技術は、テキサス インスツルメンツ (TI) の Larry Hornbeck 氏によってメディア アプリケーション用の視覚投影システムとして発明され、後にフォトポリマー印刷用に改良されました。同社は 1987 年に DLP を開発しましたが、最初の商用システムは 1997 年に Digital Projection Ltd という会社が市場に投入するまで登場しませんでした。印刷プロセスでは、レーザーの代わりにデジタル光プロジェクターを使用して各層に単一の画像を露光し、光はガルバノメーターではなくデジタルマイクロミラーデバイス (DMD) によって誘導されます。 DMD は光と樹脂の間に位置し、すべてのミラーの回転を管理して、ビルド サーフェス上に正しい画像を形成します。
最新の光エンジンのほとんどは、フォトポリマーの実際の硬化を実行するために発光ダイオード (LED) を使用します。オンとオフの状態は個別に制御され、XY 解像度の向上が可能になります。すべての投影システムと同様に、画像はプロジェクター レンズと投影面の間の特定の距離 (焦点距離と呼ばれる) でのみ形成されます。距離が長くなるほど、プロジェクターの硬化能力は弱くなります。現在、DLP マシンの品質は、光源のパワー、通過するレンズ、DMD の品質によって大きく異なり、価格は 300 ドルから 200,000 ドルの範囲になります。
DLP 印刷は、ピクセルを樹脂に投影して一度に画像全体を形成するという点で SLA とは異なります。これによりプロセスは高速化されますが、画像の品質にも影響が出ます。しかし、DLP 露光システムは過去数十年にわたって大幅に改善されたため、これはもはや問題ではありません。
利点と欠点
△DLPプリンターで印刷したひまわり
レーザーベースの SLA システムと比較した DLP システムの最大の利点は、レイヤー全体を一度に硬化できること、印刷速度がモデルのサイズによって決まらないこと、単一のレーザーが部品の断面を通過する必要がある SLA とは異なり、プリントベッド全体をプロジェクターの光にさらすことができることです。ただし、SLA システムではレーザーの移動速度がかなり速いため、小型から中型のオブジェクトは DLP マシンよりも高速に印刷できます。ただし、大型モデルの場合は、DLP の方が有利です。
DLP システムのもう 1 つの利点は、SLA マシンよりもコスト効率が高く、調整が簡単なことです。対照的に、SLA マシンは通常、修理のために製造元に送る必要があります。ただし、DLP システムは SLA マシンよりもビルドボリュームが小さくなる傾向があります。これは、ビルドボリュームが大きいほど、より長い距離が必要となり、距離が長すぎると DLP プリンターの解像度が低くなりすぎるためです。正しく設定されていればこれは欠点ではありませんが、画質はプロジェクターが焦点距離で正確に画像を投影することに基づいており、精度は低くなります。
△このプリントはElegoo Mars 4 DLPプリンターによって提供されています
このシステムはピクセルベースであるため、画像の品質は DMD の解像度に依存します。システムによっては、SLA マシンに比べて画像の品質が低く、滑らかさが劣る場合があります。これは、レーザー システムのように連続した線ではなく、ピクセル単位で部品が硬化されるためです。ただし、最新のシステムでは、注意深く検査しない限り違いがわからないはずです。
DLP システムでは、硬化面全体にわたって一貫したエネルギー密度を達成することがより困難になります。この問題を解決するには、事前にレイヤー イメージを変更する必要がある場合があります。光源は空間内の単一の点ではなく、DMD チップの表面をカバーする必要があり、すべてのピクセルに同じ光強度を確実に与えることは、レーザー強度を一定に保つことよりも困難です。これは工場でシステムの試運転時に行われるため、通常、ユーザーは心配する必要はありません。ただし、アンチエイリアシングなどの画像処理技術では、滑らかな外観を実現するために画像の明るさを変更するのが一般的であるため、処理がより困難になります。
DLP ベースのシステムでもレーザーベースのシステムでも、マシンの動きは同じになります。これらの画像ソースは、硬化した各層の画像品質にのみ影響します。光源の波長に応じて、DLP システムと SLA システムは同じ材料を使用できます。どちらのプロセスでも後処理は同じ洗浄手順に従いますが、高出力 DLP システムでは後硬化が少なくて済む場合があります。
LCD ベースのシステム
△フォトセントリック社の可視光硬化プリンター
LCD (mSLA) ベースのプリンターは DLP マシンとよく比較されることに注目する価値があります。 LCD プリンターは、LED を光源として使用して、層全体を一度に硬化させることもできます。 DLP システムは、LCD スクリーンに比べて光透過率が高いため、一般的に優れていると考えられています。言い換えれば、プロジェクターは LCD 画面を通過するよりもはるかに多くの LED 光を透過します。
一部の LCD は LED エネルギーを最大 80% 遮断しますが、モノクロ LCD を使用する最新のシステムは、赤、緑、青のフィルターがないため、はるかに効率的です。 LCD システムははるかに手頃な価格であるため、趣味の機械で最も広く使用されている技術の 1 つとなっています。一部の LCD ベースのシステムは可視スペクトルで硬化するため、Photocentric の Magna など、標準の LCD を効果的に使用できます。
SLA と DLP の主な違いを簡単に説明します。
サービスレベル保証
●単一のレーザービームが部品の断面を通過●より詳細なプリントが可能●ビルドボリュームによって解像度が決まるわけではない●より高価
情報漏洩防止
●プリントベッド全体が光源にさらされます。●SLAとは異なり、印刷速度はモデルのサイズに依存しません。●ビルドボリュームが大きいほど解像度が低くなります。●趣味のユーザーに適しています。
プリンター<br /> ここまで、SLA と DLP の印刷技術について説明し、比較してきました。次は、プリンターの例をいくつか見てみましょう。
Formlabs Form 3+ による印象的なプリント
サービスレベル保証:
フォーム3+
Form 3+ は、業界で最もよく知られているブランドの 1 つである Formlabs の SLA プリンターです。このマシンはボトムアップ型で、レーザーダイオードを使用します。最新バージョンでは、簡素化された単軸ガルバノメーター システムを使用しているため、コスト効率が向上し、硬化したポリマーが容器から放出される方法により、より広い領域を印刷できます。
●価格：2,500ドル（改装済みユニットの場合は2,000ドル）
●対象：企業・プロシューマー●素材：30種類以上
造形サイズ: 145 x 145 x 185 mm
ヘリオス
言及する価値のある SLA マシンのもう 1 つの例として、中国の Magforms 社の Helios-P600 があります。この巨大なプリンターはレーザービームのサイズを可変にできるのが特徴で、同社によれば、これにより印刷時間を最大 50 パーセント短縮できるという。このプリンターはほとんどの樹脂プリンターよりも大きく、明らかに商業および専門的な用途を対象としています。 355 nm レーザー光源を使用しているため、ほとんどの工業グレードのフォトポリマーと互換性があります。システムはオープンなので、ユーザーは好きな素材を選ぶことができます。
● 価格: 69,000 ドル ● ターゲット: 商業用 ● 材料: オープン ● 造形体積: 1,490 × 1,580 × 1,970 mm
個人情報漏洩防止法:
フォトンD2
△Anycubic Photon D2は趣味人に最適なDLPプリンターです
Anycubic の Photon D2 は低コストの DLP プリンターです。このマシンは、Texas Instruments (TI) DMD を使用し、アンチエイリアシングを採用し、画像面全体にわたって 92% という優れたエネルギー密度均一性を実現していると主張しています。解像度は 2,560 x 1,440 で、15 W の光源を使用しているため、ビルド プレーンを高い詳細レベルで素早く硬化できます。価格を考慮すると、自宅で使用できる優れたエントリーレベルの DLP プリンターです。
●価格: 499ドル ●対象: 家庭用 ●素材: Anycubicシリーズ + オープンマテリアル ●造形体積: 131 x 73 x 165 mm
図4
3D SystemsのFigure 4は、金型製造によく使用され、信頼性も高いビジネス向けDLPマシンですが、解像度が1,080ピクセルと比較的低いです。しかし、それは素晴らしい印刷物を生み出すことを妨げるものではなく、彼らのソフトウェアは素晴らしいです。 Formlabs と同様に、3D Systems にはさまざまな素材が用意されており、そのすべてが同社の機器とシームレスに連携します。このマシンは価格が高く、商業用途に適しています。プロ仕様のプリンターをお探しの場合は、このプリンターをご検討ください。
●価格: 20,000ドル ●ターゲット: 商業用 ●造形サイズ: 124.8 x 70.2 x 196 mm
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