FDM 3Dプリンターの新しい遊び方: 円弧状の張り出しサポートフリー3Dプリント技術

南極のクマの紹介: 3D プリントは、エンジニアが大きな設計の自由度を持ち、多くの破壊的なアイデアを実現できる破壊的なテクノロジーとして高く評価されています。ただし、この方法にも技術的な制限があり、その 1 つはオーバーハング角度の制限です。オーバーハング角度が急になるほど、印刷が難しくなります。完全に水平な表面に到達すると、押し出された材料が自身の重量を支えることができず、たわんだり形が崩れたりすることがあります。

△ 従来のサポートは、モデルの張り出した部分の下にサポート構造を追加して、印刷された材料がたるんだり変形したりするのを防ぐことです。
2023年3月21日、Antarctic Bearは、3Dプリントでアークオーバーハングを使用する新しい方法を発見しました。この方法は、従来のサポート構造に取って代わり、製造プロセスにおける廃棄物と後処理を削減することが期待されています。

△アークオーバーハング3Dプリント工法紹介動画
現在の問題

エンジニアのスティーブン・マカロック氏が提案したアイデアによると、個々の曲面構造が次々に印刷されます。これらの構造は互いに支え合い、支持材なしで大きな水平面を印刷できます。これは、曲面オーバーハングフリーサポート3D印刷技術と呼ぶことができます。

スティーブンのアイデアは素晴らしいですが、使用するのは難しいです。スティーブンの元のスクリプトは、ランダムな形状のテストプリントを生成しただけだからです。ユーザーが実際の部品を印刷するためにこれを使用する場合、座標を抽出し、GCode ファイルを手動で編集する必要があります。

良いニュースとしては、この技術に新たな進歩があったことです。現在、海外の 2 つのチームが、スライスソフトウェアに新しいオーバーハングアルゴリズムを実装しました。

SuperPleccer リリース: https://github.com/rvmn/SuperPleccer/releases

Nicolais 後処理スクリプト: https://github.com/nicolai-wachenschwan/arc-overhang-prusaslicer-integration

湾曲したオーバーハングを実現する2つの方法

最初の実装は、3D 印刷コミュニティのメンバーである rvmn によって、マルチカラー印刷に特化して最適化された 3D 印刷スライシングソフトウェア SuperSlicer のフォークである SuperPleccer で行われました。もう 1 つの実装は、Nicolai というドイツ人によるもので、既存のスライスソフトウェア PrusaSlicer プロファイルに追加できる後処理スクリプトを開発しました。このスクリプトは、通常のオーバーハングを自動的に検出し、曲線のオーバーハングに置き換えることができます。このコンセプトを通じて、3D プリントコミュニティがスキルと意欲を活かしてこのテクノロジーを使えるようにし、さらに改善できるというのは本当に素晴らしいことです。初期の実装にはまだいくつかの問題がありますが、湾曲したオーバーハングの反りを軽減するなど、大きな改善ももたらされています。

△円弧状の張り出しフリーサポート技術は、ヒルベルト曲線に似た充填パターンを使用して張り出し部分を埋めることで、内部応力と反りを軽減し、従来のサポート構造を必要としません。
SuperPleccer スライシングソフトウェア

曲線のオーバーハングを実現する最も簡単な方法は、SuperPleccer の現在のプレリリースアルファバージョンを使用することです。このソフトウェアはアークオーバーハングの基本バージョンを実装しており、部品をスライスするだけで水平面上にアークオーバーハングを自動的に生成することができ、その効果は非常に良好です。

海外のブロガーによる実際のテストでは、厚いブリッジを閉じ、ワイピングを使用せず、持ち上げ速度を1〜2 mm / sに下げると、最良の結果が得られます。ベータ版には、Steven が最初に作成した再帰アークがまだありません。再帰アークを使用すると、各セグメントをどんどん小さくして、最も複雑な表面を完全に埋めることができます。

△自動コーナーサポートを使用すると、ソフトウェアがモデル内の張り出したコーナーを自動的に検出し、適切なサポート構造を追加して、コーナーが正しく印刷されるようにします。これにより、印刷エラーと後処理コストを大幅に削減できます。SuperPleccer を使用すると、湾曲したオーバーハング層は平らに印刷されることがよくありますが、次の層は印刷時に大きく歪んでしまいます。この問題を回避するために、多くのユーザーは、エッジの周りに小さなサポートポストを追加することを推奨しています。 SuperPleccer は、張り出したコーナーを自動的に検出し、小さなサポートを配置することで、わずかな材料と印刷時間の追加で反りを大幅に削減します。ただし、これは暫定バージョンであり、多くの機能がまだ完成しておらず、GUI を通じて調整できるのはいくつかのアークオーバーハング設定のみです。さらに、このバージョンの Pleccer では、橋の充填領域に湾曲した張り出しが使用されていたため、多くの時間が無駄になりました。それでも、このプレビューは将来のリリースに向けていくつかのアイデアを提供していますが、オープンソースの Github プラットフォームのリリースノートによると、この問題は次のバージョンで解決される予定です。

今のところ、湾曲したオーバーハングのないサポート 3D 印刷技術について詳しく知りたい場合は、オリジナルの湾曲したオーバーハングのないサポート技術を直接ベースにした Nicolai の PrusaSlicer 後処理スクリプトを試してみる必要があります。

△後処理スクリプトによって生成された湾曲したオーバーハング
PrusaSlicer スライシングソフトウェア

PrusaSlicer スライスソフトウェアと Nicolai 後処理スクリプトを使用するには、Python ベースのソフトウェアが必要になるため、さらに多くの手順が必要になります。 Nicolai は GitHub ページで簡単な手順を提供していますが、Antarctic Bear はスクリプトを実行するために必要な具体的な手順をまとめています。
● まず、Python をダウンロードしてインストールし、インストールプロセス中に PATH オプションが有効になっていることを確認します。● 次に、ハードドライブのルートに、パスにスペースを入れずに新しい一時フォルダーを作成します。● Python スクリプトと要件ファイルをダウンロードし、この一時フォルダーに配置します。● フォルダーを右クリックし、Shift キーを押したままコマンドプロンプトを開き、pip install -r requirements と入力します。

△ ヒルベルト曲線の充填
Nicolai の PrusaSlicer には Python ソフトウェアが必要なので、曲線のオーバーハングを実現するにはいくつかの追加手順が必要です。セットアップが完了し、モデルがエクスポートされると、後処理スクリプトによって通常のオーバーハングが曲線のオーバーハングに自動的に置き換えられます。このアプローチは少し複雑かもしれませんが、Python スクリプトを簡単に開いて変更できるため、設定やアルゴリズム自体を最適化するための迅速かつ便利な方法を提供します。 Nicolai はスクリプトを PrusaSlicer で使用できるようにしただけでなく、さまざまな点でスクリプトを改良しました。

Nicolai 氏はまた、ヒルベルト曲線のような塗りつぶしパターンと円弧のオーバーハングを組み合わせて内部応力と反りを軽減する「Spiralize and Arc」という新しいスクリプトも開発しました。このアプローチにより、印刷品質が向上し、印刷時間が短縮されます。

したがって、これらの充填パターンを湾曲したオーバーハングの上に印刷することで、通常の直線充填に比べて反りを減らすことができます。さらに、ニコライ氏は、これらのパターンが張り出し部分の上に印刷され、冷却が減少すると、柔らかくなって重量が増加する可能性があるが、この現象を利用して反りを補正できる可能性があると指摘しています。正しく調整すれば、追加のサポートなしで、きれいでまっすぐなオーバーハングを実現できます。これらの調整がすべて機能しない場合は、サポート描画ツールを使用して、重要なコーナーに小さなサポートをすばやく追加できます。 Nicolai の実装は完璧ではありませんが、PrusaSlicer で Python スクリプトを簡単に使用できるようにするための基礎作業はすべて行いました。

「手動コーナーサポート」とは、PrusaSlicer 2.6 の機能のことで、ユーザーが 3D モデルのコーナーに手動でサポート柱を追加して、吊り下げパーツやブリッジのある複雑なモデルを印刷できるようにするものです。
気に入ったのでぜひお試しください

これで、PrusaSlicer で、サポートされていない曲線オーバーハング 3D 印刷テクノロジーを簡単に使用できるようになりました。これらの方法は、通常の歯列矯正器具に代わるものではありませんが、通常の歯列矯正器具を補助する優れた方法となり得ます。

現在、サポートなしで湾曲したオーバーハングを印刷するのは時間がかかり、多くの調整が必要ですが、その利点は明らかです。この技術では追加のサポート材料を必要とせず、すぐに使用できる部品を製造します。この技術をさらに改良していけば、非常に幅広い応用の可能性が期待できます。これらの進歩にご興味がおありでしたら、ぜひお試しいただき、フィードバックを提供して、オープンソース 3D 印刷技術の進歩に貢献してください。

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