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2021/08/28 17:16:29 プライベート♪
3Dプリンタ活用の基礎
今回は、何をどうすれば3Dプリンタを使って立体造形物を作ることができるのかを解説します。まず、出力の大まかなフローを紹介した上で、出力のために必要な情報(データ)の作成、さらに最終的な出力のための設定について説明します。書類を印刷する紙のプリンタと違って、3Dプリンタは加工機の一種であるため、きちんと立体を作るための最低限の設定について理解していきましょう。

1. 3Dプリンタによる造形フロー
3Dプリンタで造形物を作る流れ(フロー)は、5つの工程に大きく分類できます(図1)。工程前半は、造形したい物体の元になる3Dデータを準備し、その品質を確認する工程で、3Dプリンタは直接関わりません。最初のステップは3Dデータの作成です。例えば、紙のプリンタで書類を印刷する場合、ワードなどで文書のファイルを作成した上でプリンタにその情報を送って印刷します。3Dプリンタでもこの関係は同じです。つまり、最初に3Dデータを作成するというプロセスが必要になるのです。

2. データの作成と確認
3Dプリンタで立体物を造形するためには3次元の形のデータが必要です。写真やイラストのような画像は2次元の情報しか持っていないため、3Dのプリンタで立体物を造形することができません。

・3D CAD、3D CGによるモデリング
3Dデータを作成する方法はいくつかあります。最も一般的な方法は、3D CADソフト、または3D CGソフトを使用する方法です。CADは、Computer Aided Design(コンピュータ支援による設計)の略で、主に工業製品を作成する際に使用されます。従って、正確な寸法や角度などが求められるものを作るのに向いています。例えば、自分の家で使用している道具が壊れてしまって、代わりになる補修部品を正確に作りたいという時には、CADを使うのがよいでしょう。その一方で、自分のオリジナルキャラクターを作りたいという用途もあるかもしれません。その場合、寸法の正確さよりも、絵を描くような感性や柔軟性が求められるでしょう。そのような3Dデータを造形する際には、3D CGが向いています。CGはコンピュータグラフィックスの略です。

既に立体物の実物があって、それを元にしたいという場合には、3Dスキャナを使ってデータ化する方法もあります。しかし、それなりのスキルが必要とされるのに加え、前述の2つの方法と比較して一般的ではありませんので、ここでは詳しい説明は割愛します。また、3Dデータを自分で作成せずに、有志が有償または無償で公開しているデータ共有サイトからダウンロードして使用することも可能です。その場合、STLファイル(次項で解説)の保存や検証は、基本的に必要ありません。

・STLファイルの保存
3Dデータが作成できたら、ファイルを保存します。他の多くのソフトウェア同様に、各ソフトに固有のネイティブフォーマットがあるだけでなく、異なるソフトウェア間で読み書き可能な共通の3Dデータフォーマットが、3Dデータの形式として存在します。

3. 造形のセットアップ、出力と後処理
造形可能なSTLファイルが準備できれば、あとは出力するだけです。ここからは、直接3Dプリンタが関わる造形のプロセスについて説明します。

・造形のためのセットアップ作業
3Dプリンタで出力する場合には、設定とともにプリンタ制御のためのソフトを使用する必要があります。このソフトの役割は、主に2つあります。1つは、造形物をどの向き・どの位置に配置するのか、積層の一層の厚みをどうするのか、などの設定をすることです。これらの設定は、造形品質や造形のスピードに大きく影響するためとても重要です。これらの詳細については、第5回で説明します。

もう1つの役割はスライサーという機能で、一層ごとにスライスされたデータを3Dプリンタに送ることです。データの転送については、設定ソフトが入ったPCとプリンタの常時接続が必要とされる場合と、一度データをプリンタに送ってしまえば、PCは切り離しても問題ない場合とがあります。後者の場合は、プリンタ自体にも制御ソフトが内蔵されています。また最近では、SDカードやWi-Fiなどで制御のためのデータを送ることができるものも増えています。

この設定を行うソフトは、多くの3Dプリンタで使用できる汎用タイプのものと、個々の3Dプリンタ独自のものがあります。キットで自作するようなものは別にして、購入してすぐに使えるタイプの3Dプリンタには、多くの場合、専用のソフトが用意されています。メーカーが用意した専用のソフトがない場合には、フリーまたは商用で多機種に使用できるものを別途用意するとよいでしょう。

・出力作業
3Dプリンタが造形を始めたら、人手は伴うことはほぼありません。造形が終わるまで、早ければ数10分、長い場合でも数時間から数10間待つだけです。その間、3Dプリンタの横についている必要はないものの、出力に時間がかかる場合には、定期的に状況を確認した方がよいでしょう。出力物が造形プレートから剥はがれてしまうなど、出力がうまくいかないことも、残念ながら珍しくはありません。そのような場合、早めに状況を確認した上で修正を行い、再出力をする必要があります。

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