FFF技術における3Dプリントノズルの重要性

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-4-24 16:47 に最後に編集されました

南極のクマの紹介: 溶融フィラメント製造に使用される 3D プリンターのノズルは非常に小さく、目立たないように見えますが、FFF 印刷結果の品質に決定的な役割を果たします。

FFF プリンターを使用する人は、ノズルの種類と直径の違いに注意する必要があります。選択したノズルは、部品の品質、生産性、運用コストに大きな影響を与えるからです。通常、FFF プリンターは、スプールに巻かれた熱可塑性フィラメントを加熱ノズルから水平のビルドプラットフォームに供給します。プリンターには ABS、PLA、またはその他のポリマーフィラメントが装填され、下から上に向かって層ごとに部品が構築されます。

△3Dプリントにおいて、ノズルは槍の穂先ともいえます。画像はゲッティより
FFF は FDM (Fused Deposition Modeling) とも呼ばれ、1989 年に Stratasys が特許を取得した技術で、比較的低コストでかなり高速にオブジェクトを印刷する方法です。これらの機能により、FFF は、特に 3D プリント愛好家や予算が限られているスタートアップ企業にとって、最も人気のある 3D プリント方法の 1 つとなっています。

まず知っておくべきことは、FFF ワイヤには 1.75 mm と 2.85 mm の 2 つの直径があるということです。 ABS と PLA に加えて、ナイロン、ポリカーボネート、TPU などの一般的な材料もあります。これらの材料に混ぜることができる添加物も数多くあり、炭素繊維、金属、木材、着色剤、さらには岩石などもあります。

△標準FFFワイヤには、直径1.75mmと2.85mmの2種類があります。画像はゲッティより
ノズルの選択<br /> ノズルの選択に関しては、Micro Swiss LLC のテクニカルサポートスペシャリストである Paul Brutskiy 氏は、最初のステップは 3D プリンターと互換性のあるノズルを見つけることだと述べています。「ノズルには、ねじのサイズ、長さ、ピッチ、ノズルの長さ、ワイヤの直径など、さまざまな仕様があります」と彼は言いました。「選択プロセスを簡素化するために、メーカーは通常、ユーザーマニュアルまたはWebサイトのアクセサリセクションに、各ノズルと互換性のあるプリンターをリストします。」

ノズル材料の使用に関する注意事項です。前述の基本的なワイヤ材料は非研磨性であり、低コストの熱伝導性真鍮ノズルで使用できます。ただし、一部のワイヤでは材料の研磨性を高める傾向のある添加剤が使用されているため、耐腐食性金属製のノズルを使用する必要があります。

同様に、ノズルの材質も多種多様です。たとえば、A2 工具鋼は耐摩耗性と熱伝導性のバランスが優れていますが、M2 工具鋼で作られたノズルは電気伝導性が低いという欠点があります。

食品グレードまたは医療用部品を印刷する場合は、ステンレススチール製のノズルを使用する必要があります。一方、タングステンカーバイドノズルは寿命が最も長いですが、より高価です。また、真鍮ノズルにルビー、サファイア、ダイヤモンドのチップが追加されることもあり、ニッケルやクロムメッキと同様に寿命が大幅に延びます。

△ これらの 3D プリントされた立方体は、印刷速度が部品の品質にどのように影響するかを示しています。左から右に、20 mm の立方体が 0.2 mm、0.4 mm、1.0 mm のノズルで印刷されます。層の高さは、各ノズル穴の直径の 50% に等しくなります。ビルド時間はそれぞれ 13 分、37 分、8 分でした。画像はマイクロスイスより

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Bondtech AB のプロダクトマネージャーである Nuno Santiago 氏は、ノズルの選択に関するいくつかの推奨事項を示しています。「それはプロジェクトの詳細次第です」と彼は言った。「たとえば、非常に細かい部品を作ることを目標にしていますか？それとも非常に大きな部品ですか？それらの部品を作るのにどれくらいの時間がかかりますか？最小の特徴は何ですか？最小サイズはどれくらいですか？たとえば、0.4 ミリメートルのノズルでは、XY 平面の値よりも小さい幾何学的特徴を作ることはできないため、ノズルのサイズは詳細レベルと密接に関係しています。」

サンティアゴ氏はまた、部品の機械的要件と重量についても適切な考慮を払う必要があるとアドバイスしています。たとえば、小さなノズルを使用すると、より厚く、より強い壁を作成できますが、特定の領域を埋めるにはより多くのチャネルが必要になります。この方法では、各パス間で材料が冷却されるため、結合の品質が低下します。

さらに、ノズルの直径が小さくなると、同等の体積流量を維持するために 3D プリンターをより速く動かす必要があります。プリンターの「ホットエンド」（材料を溶かすプリンターの部分）に材料を適切に溶かすための十分な時間と熱がある場合、部品の形状と精度の解像度は低くなります。この場合、ノズルが大きい方が良いでしょう。

「最後に、造形速度を最大化するには、マシンの最大速度しきい値を下回りながら、どのノズルサイズが目的の出力を提供するかを計算する必要があります」とサンティアゴ氏は言います。「特定のノズルサイズは、プリンターが特定の造形速度で高品質のパーツを印刷するには大きすぎる場合がありますので、この点に注意してください。」

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