3D プリントされた部品を研磨して滑らかな表面を得るにはどうすればよいでしょうか?

はじめに: 機械であっても特に滑らかな形状を生成できないため、すべての製造プロセスには一定の制限があります。 3D プリント自体の製造原理により、層の厚さが存在するため、印刷されたばかりの部品はあまり滑らかにならず、常に何らかの後処理が必要になります。研磨は 3D プリントにおける最も一般的な後処理技術であり、最も労働集約的なプロセスでもあります。では、印刷した部品をどのように磨くのでしょうか?アンタークティックベアでは、パーツの研磨に関する関連情報をまとめていますので、一緒に見ていきましょう！

部品の研磨は常に時間がかかり、労力もかかるため、最も「気が滅入る」ステップでもあります。しかし、より速く、より専門的にやすりがけをするのに役立つテクニックがいくつかあります。今日は、主に PLA 研磨を例に、部品を研磨して滑らかな部品表面を得る際の注意事項と操作方法について、Antarctic Bear が紹介します。

滑らかなパーツを印刷

△滑らかな部品を印刷して研削時間を節約

後続の多くの研削作業を回避するには、研削しやすい部品を印刷したり、層の厚さを減らしたりするなど、部品を印刷する際の精度を向上させることが最も効果的な方法です。スライサーにセットできます。層の厚さが薄いほど精度が高くなり、必要な研磨量が少なくなります。

●ほとんどのプラスチックと同様に、PLA は吸湿性があり、空気中の水分を吸収します。 PLA がプリンターのノズルを通過すると、表面が粗くなります。開封してすぐに使用できる新品の電線は、真空パックされ、乾燥剤が同梱されているものがほとんどなので、新品の電線を使用することで吸水の影響を避けることができます。ただし、数週間以上使用する糸は、吸水の影響を最小限に抑えるために、乾燥した場所に保管するか、印刷前に乾燥させる必要があります。

設計ソフトウェアから 3D モデルをエクスポートする方法も、最終的な印刷物の表面品質に影響を与える可能性があります。弦の高さは、STL ファイルとソースモデルの最大許容偏差です。弦の高さが低いということは、モデルのポリゴン数が多くなり、表面に表示されるファセット角度が小さくなることを意味します。 STL ファイルをエクスポートする場合、弦の高さを印刷レイヤーの高さより十分下に保つと、表面品質が向上します。 Thingiverse などの共有サイトから STL ファイルをダウンロードした場合、弦の高さを変更することはできません。ただし、通常、リポジトリ上の STL ファイルは適切な解像度を持っている傾向があるため、この点について心配する必要はありません。

滑らかな STL ファイルを作成したら、スライサーの設定を変更できます。必要な研磨の量を減らすのに役立つ設定がいくつかあります。参考までにいくつかの設定を次に示します。

1.印刷方向は表面品質に重要な役割を果たします。張り出した部分にはサポートが必要となり、表面が非常に粗くなります。可能であれば、目に見えるサポートマークを減らすために適切な印刷方向を選択してください。
2. 妥当な範囲内で、レイヤーの高さを小さい値に設定できます。レイヤーの高さが非常に低いと、印刷時間が大幅に長くなりますが、仕上がりはより滑らかになります。垂直の壁と平らな上面を持つ形状は、角度のある壁やドーム型の上面を持つ形状よりも滑らかな外観を作成できます。
3.壁の厚さは研削にとって非常に重要です。後で深く研磨されすぎないように、印刷前に壁の厚さを少し多めに設定しておくことができます。穴などの欠陥が発生する可能性があります。後で研磨すると、薄い壁がたわみ、フィラーに刻印パターンが残ります。さらに、壊れやすい部品が壊れないように、印刷中に部品をしっかりと固定する必要があります。
4.印刷速度を適切に設定します。速度が速すぎるとプリンターが振動し、ざらつきが生じる可能性があります。したがって、振動を減らすために機械の印刷速度を遅くしてください。
5. 独自のスライスソフトウェア機能により、よりスムーズな 3D プリントが実現します。 Ultimaker Cura と PrusaSlicer には、印刷物の最上層を滑らかにする「アイロンがけ」と呼ばれる機能があります。

△スムーズトップレイヤー機能（出典：Jackson O'Connell、All3DP経由）

なぜ磨くのですか?

△ 磨き上げられたモデル (出典: Steffenator7、Thingiverse 経由)

確かに研磨は時間とエネルギーを消費するプロセスですが、なぜ研磨が必要なのでしょうか?これにはいくつかの理由があります:

●安全性と快適性：安全性能を向上させるには、鋭いエッジや粗い表面を取り除く必要があります。 PLA はあまり鋭利ではありませんが、衣服や義肢などの着用可能な用途では、人に不快感を与える可能性があります。研磨するときは、まず粗いサンドペーパーかやすりを使って鋭利なものを取り除きます。これにより、サンドペーパーを破ることなく、後続のステップで強力なサンディングを実行しやすくなります。

●精密なフィット：機械部品を組み立てる場合、精度が重要です。シャフトと穴には、その機能の正確なクリアランスに基づいてクリアランス、干渉、またはトランジションフィットが必要ですが、これらのフィット寸法は、プリンターの精度に応じて調整する必要があります。研磨の前と研磨中に、部品をテストフィットし、削除する領域にマークを付けます。このとき、研磨が深くなりすぎないように注意してください。

美観: 印刷物の外観は、特に映画の小道具やマーケティングのプレゼンテーションなどの機能的な作品にとって重要です。

研削に必要な道具

△ 各種サンドペーパーによる研磨（出典：Tool Tango）

研磨の理由が何であれ、まずは材料を素早く除去すること、つまり粗い研磨から始める必要があります。これにより、サンディングの全体的な速度が向上します。サンドペーパーにはさまざまな粒度（粗さ）のものがあります。素早い材料除去には粗い粒子（60 以下）を使用します。プライミング前の平滑化には中粒度（60～80）を使用します。細かい粒度（100～120）。非常に細かい粒子（150～220）。塗装後のバフ研磨には極細目（400番以上）を使用します。

多くの場合、安価なサンドペーパーは粘着力が劣っており、砂が紙から簡単に剥がれてしまいます。さらに悪いのは、サンドペーパーの粒度が一定でないときです。上質紙やすりに粗い粒子が 1 つでも付着すると、それまでの研磨作業がすべて無駄になるような深い傷が残る可能性があります。このため、より細かいサンドペーパーに交換する前に部品を洗浄し、残っている粗い粒子を除去することが重要です。

DIYツール

△ 独自の研削ツールを作成する (出典: hansus、Thingiverse 経由)

特定の部品の形状によっては、特定の表面や届きにくい場所を研磨するために特殊なツールが必要になる場合があります。幸いなことに、DIY ソリューションはたくさんあるので、高価である必要はありません。たとえば、サンドブロックは、硬い材料（通常は木材）の周りにサンドペーパーを巻き付けることで作ることができます。サンドペーパーとサンディングブロックの間にフォーム、布、またはゴムのパッドを入れると、サンドペーパーが部品の形状に適合しやすくなります。このサンディングパッドは、硬いエッジを柔らかくし、STL ファイルからアーティファクトを除去するのに適しています。パッドが厚いほど、サンドペーパーが部品の形状に適合します。ただし、厚くて柔らかいパッドで鋭い角を研磨する場合、力を入れすぎると紙が破れてしまう可能性があるので注意してください。多くの場合、折りたたんだサンドペーパーだけで、深い溝や角をきれいに仕上げることができます。ピンの周りにサンドペーパーを巻き付けて、穴を広げたり滑らかにします。もちろん、独自のサンディングツールを印刷することもできます。

研削装置

△電動工具を使って軽く押す（出典：Dremel UK、YouTube経由）

研削工具も非常に実用的で、人間の手では届きにくい場所の処理にも使用できます。 PLA はヤスリを摩耗させることはありませんが、歯を詰まらせてしまうので、細かいサンディングツールを使用するのが良い解決策です。手元にあると便利なもう 1 つのアイテムは、下塗りや塗装の前に、研磨後の粉塵をすべて取り除くためのタッククロスです。

●電動工具電動工具は、広い範囲の材料を素早く除去するのに最適です。これにより、多くの時間を節約できますが、圧力や速度が高すぎる場合、特に壁が薄い場合や部品が小さい場合は、摩擦によって数秒後に PLA が柔らかくなったり溶けたりする可能性があることに注意してください。

Antarctic Bear では、1 つの領域を長時間研磨しないように注意しながら、加熱速度を理解して適応するために、それほど重要でない領域から研磨を開始することを推奨しています。研磨中に部品の滑らかさが失われる場合は、部品が熱くなりすぎている可能性があります。このとき、ファンなどの放熱装置を使用して問題を解決することができます。

●その他の材料フィラーとプライマーは、深い線、隙間、その他の低い欠陥を隠すために不可欠です。大きな隙間は木材用パテまたは類似の充填材で補修できますが、プライマーはベース表面によく付着する多孔質の塗料です。
サンディング可能なプライマーは滑らかな表面に適しています。ブラシで塗布するプライマーは安価で、現場での充填や非常に大規模なプロジェクトに適しています。プライマーのスプレーは簡単で、刷毛跡が残りません。

研削技術

△ざらざらした表面から滑らかな表面へ（出典：Michael Heit、All3DP経由）

部品の印刷面には山と谷があります。波形ピークは、印刷レイヤー、サポート材料、プリンターアーティファクト、または STL ノードで構成されます。谷は、ノズルの流れが中断されることによって生じる層間の空間と隙間です。滑らかな表面を作るには、材料を取り除いて山の部分を平らにし、谷の部分をフィラーやプライマーで埋める必要があります。研磨工程は、粗いサンドペーパーで研磨して、ほとんどすべての突起を取り除くことから始まります。次に、より目の細かいサンドペーパーを使用して、前の手順でできた傷をさらに取り除きます。より細かい粒度の場合は湿式研削を使用できます。少量の水を使用すると、ゴミを取り除き、紙がくっつくのを防ぐのに役立ちます。プライマーとフィラーが紙にくっついて、砂を詰まらせる可能性があるためです。しかし最も重要なことは、サンディングを行うときは必ず防塵マスクとゴーグルを使用することを忘れないでください。

その他の材料の研削

△ 中程度のサンドペーパーを使用してフォーム部分を磨きます（出典：Priority Prototypes）

PLA の研磨をマスターしたら、他の材料にも挑戦してみましょう。硬度、質感、軟化温度の変化が部品の研磨方法に影響することに注意してください。

● ABS と PETG は、溶剤を使用して表面の材料を一時的に溶解する蒸気平滑化が可能な一般的な印刷フィラメントです。

●ゴム素材は過度な力を加えるとシミになりやすいです。素早く優しくサンディングするのが最適です。材料の引っ掛かりや詰まりを防ぐために、粘着性のある材料には湿式研削を使用してください。ゴムが砂をつかむ場合は、より目の細かいサンドペーパーを使用してください。

●木材や複合繊維などの繊維素材は木目方向に研磨してください。やすりで磨くときは必ず手袋を着用してください。そうしないと、繊維が指を傷つけてしまいます。ウェットサンディングでは複合繊維が空気中に飛散するのを防ぎますが、それでも防塵マスクは常に着用する必要があります。

金属は磨くのに時間がかかりますが、光沢のある仕上がりを実現できます。時間が経つと、アルミニウムや銅などの金属は酸化されて鈍くなることがあります。酸化を防ぐためにクリアコートを塗るか、磨きをかけて輝きを取り戻します。

●高密度ポリウレタンフォームは中目の研磨で簡単に研磨できます。研磨粉塵は常に空気中に浮遊しているので、掃除機をかけ続けてください。発泡スチロールは塗料によって溶ける可能性があるため、部品に時間をかけすぎる前に廃材でテストしてください。

●ガラスやセラミックは、一部のサンドペーパーの粒子よりも硬いです。特別な砂、棒、泥が必要です。

3D プリントされた部品の研磨は簡単な作業ではありません。部品の表面品質を直接左右するからです。Antarctic Bear がまとめた研磨方法を読んで、何かヒントは得られましたか?今すぐ試してみて、スムーズなパーツを楽しみにしてください！

3D プリントされた部品を研磨して滑らかな表面を得るにはどうすればよいでしょうか?

MIT CSAILはAIと3Dプリントを活用して微細構造複合材料を開発

四川大学のRong Xin氏のチーム：骨再生のための3Dプリント多孔質ナノファイバー足場

7件の大量注文：セラミック3Dプリンターが産業用大量導入を開始

サクウの新しい3Dプリント固体電池は電気自動車業界に利益をもたらすと期待されている

血管ステントを3Dプリントするのに6年と1億元かかり、PLA材料を4万元/kgで使用した。北京アマテは臨床試験を開始した。

MakerJuiceが新しいワックスモデル3Dプリント樹脂を発売

3Dプリント業界に変化をもたらす18人の女性

速報：MakerBot 3Dプリンターは実は中国製、アップグレードノズルは半年で15,000台売れた

アディダスの新しい3Dプリントスニーカー：鳥の巣のような質感と高度なロックシステム

南極クマ分析：深センサンシャインテクノロジー株式会社は3Dプリントをどのように開発する予定か

推薦する

統合型人間3Dスキャンソリューションがリハビリ補助機器のデジタルアップグレードを支援

エリコンは3億7000万ドルを投資して新しい3Dプリンティング研究開発、製造、サービスセンターを建設する予定

ナノスケールの3Dプリントを使用して高解像度の光フィールドプリントを作成する

戦争で2,000校以上の学校が被害を受け、ウクライナは3Dプリントを使って新しい学校を建設している。

3Dマニアック - Xitong校長 Tan氏へのインタビュー

大きな特典、高級3Dプリント素材PolyMax PLA 50ロール無料トライアル

Chuangxiang 3DはドイツのFormnext 2024に出展し、多くの新製品が展示会の焦点となりました。

エリコン：従来の製造業の束縛を打ち破り、積層造形が新たな姿を見せる

空から降ってくる無料3Dプリンター、3DTALK T-real MINI-S無料体験申込

Artec 3D、高精度3D LiDARスキャナ「Artec Ray II」を発売（記念品ももらえる）

Tethon 3Dが興味深いセラミックのような3Dプリント感光性樹脂材料を発売

K2Mは新たな知的財産のライセンスを取得し、新しい3Dプリント脊椎インプラントを発売する予定

鳳華卓麗氏との独占インタビュー：3DP印刷業界に新たなパターンを生み出し、セラミックと金属の工業化を拡大

miniFactory、高温材料（PEEK）用3Dプリンターをリリース

ビジュアルフィードバック制御エポキシジェッティング（VCJ）3Dプリンター！インクビットの新技術