3Dプリンターの種類と特徴

前回の記事では、3Dプリンターの世界を紹介しました。今度は、これらのチームが隠している秘密と、 存在する3Dプリンターの種類。それらはすべて長所と短所があるため、適切なものを選択する際に不可欠なものがあります。そのため、常にニーズに合ったものがあります。

印刷技術に応じた3Dプリンターの種類

3Dプリンターの種類は非常に多く、 さまざまな基準に従って分類することができます。最も重要なものは次のとおりです。

主な家族

従来のプリンターにもいくつかのファミリーがあるように、3Dプリンターは主に次のように分類できます。 3グループ:

インク：一般的なインクではありませんが、セルロースや石膏などの粉末化合物です。プリンターは、このほこりの集合体からモデルを作成します。

利点	デメリット
大量生産する安価な方法。	硬化処理が必要な非常に壊れやすい部品。

レーザー/ LED（光学）：は3D樹脂プリンターで使用される技術です。それらは基本的にリザーバー内に液体を含み、樹脂を固化するためにレーザー露光にさらされ、硬化するためにUV硬化されます。それは樹脂（アクリル系フォトポリマー）必要な形の固体に変形します。

利点	デメリット
非常に複雑な形状を印刷できます。	それらは高価です。
非常に高い印刷精度。	より工業的または専門的な使用を目的としています。
後処理をほとんどまたはまったく必要としない優れた表面仕上げ。	それらは有毒な蒸気を発生させる可能性があるため、家庭にはあまり適していません。

注入：主に使用するものですフィラメント（通常は熱可塑性） PLA、ABS、ツバル、ナイロンなど。このファミリの背後にある考え方は、これらの材料の溶融層を堆積させることによって形状を作成することです（それらは非常に変化する可能性があります）。その結果、レーザーよりも低速で精度は低くなりますが、堅牢な部品になります。

利点	デメリット
手頃なモデル。	彼らは遅いです。
愛好家、家庭での使用、教育におすすめです。	それらは層状にモデルを形成し、フィラメントの太さによっては、仕上げの品質が低下する場合があります。
豊富な素材からお選びいただけます。	一部の部品は、部品を保持するために印刷する必要があるサポートに依存しています。
堅牢な結果。	彼らはより多くの後処理を必要とします。
選択できるメーカーとモデルはたくさんあります。

コンクリートやバイオプリンティングなどの特定の3Dプリンターは、これらのファミリのXNUMXつに基づいている場合がありますが、いくつかの変更が加えられています。

これらのファミリがわかったら、次のセクションで、それぞれのファミリと存在する可能性のあるテクノロジについて詳しく説明します。

樹脂および/または光学3Dプリンター

ラス 樹脂および光学3Dプリンター それらは最も洗練されたもののXNUMXつであり、仕上げで最高の結果が得られますが、通常ははるかに高価です。さらに、これらの機能がプリンター自体に統合されていないため（または、MSLAの部品のクリーニングが面倒な場合）、洗浄や硬化などの追加のマシンが必要になる場合もあります。

洗った：3Dパーツを印刷した後、洗浄プロセスが必要です。ただし、パーツをブラッシングしてスプレークリーニングする代わりに、完成したパーツをビルドプラットフォームから取り外して、洗濯機を使用することができます。これらは自動洗車として機能し、プロペラが内部で磁気的に回転し、密閉されたキャビン内の洗浄液（イソプロピルアルコール-IPA-で満たされたタンク）を攪拌します。
クーラ：洗浄後、ポリマーの特性を変化させて硬化させる紫外線にさらして、ピースを硬化させる必要もあります。これを行うために、硬化ステーションは、それが沈められた洗浄液から部品を取り除き、それを回転させながら四方に届くように乾燥させます。これが完了すると、UV LEDバーが、オーブンのようにピースの硬化を開始します。

SLA（StereoLithography）

これ ステレオリソグラフィー技術 これは、3Dプリンター用に改良されたかなり古い方法です。レーザー光線が当たる場所で硬化する感光性液体樹脂を使用しています。これは、完成したピースが完成するまでレイヤーが作成される方法です。

利点	デメリット
滑らかな表面仕上げ。	高コスト。
複雑なパターンを印刷できます。	環境にやさしい。
小さな部品に最適です。	印刷後に硬化プロセスが必要です。
速い	大きな部分は印刷できません。
さまざまな素材からお選びいただけます。	これらのプリンタは、最も耐久性があり堅牢ではありません。
コンパクトで持ち運びが簡単。

SLS（選択的レーザー焼結）

それは別のプロセスです 選択的レーザー焼結 DLPやSLAに似ていますが、液体の代わりに粉末が使用されます。レーザービームは、最終的なモデルが形成されるまで、ダスト粒子を層ごとに溶かして付着させます。この方法の利点は、さまざまな材料（ナイロン、金属など）を使用して、金型や押し出しなどの従来の方法では作成が難しい部品を作成できることです。

利点	デメリット
バッチ印刷は簡単な方法で行うことができます。	限られた量の材料。
印刷価格は比較的手頃な価格です。	材料のリサイクルは許可されていません。
サポートは必要ありません。	潜在的な健康リスク。
非常に詳細な作品。	破片はもろいです。
実験的な使用に適しています。	後処理には注意が必要です。
より大きなパーツを印刷できます。

DLP（デジタルライトプロセッシング）

この技術の デジタルライトプロセッシング はSLAに似た別のタイプの3D印刷であり、光硬化液体フォトポリマーも使用します。ただし、光源（この場合はデジタル投影スクリーン）に違いがあり、樹脂を硬化させる必要のあるポイントに焦点を合わせ、SLAと比較して印刷プロセスを高速化します。

利点	デメリット
高い印刷速度。	安全でない消耗品。
素晴らしい精度。	消耗品はコストがかかります。
さまざまなアプリケーション分野に適しています。
低コストの3Dプリンター。

MSLA（マスクされたSLA）

これはSLAテクノロジーに基づいており、その機能の多くを共有していますが、一種の マスクされたSLAテクノロジー。 つまり、UV光源としてLEDアレイを使用します。つまり、層状の形状に合わせて発光する液晶画面を採用し、すべての樹脂を一度に露光し、印刷速度を向上させます。つまり、画面はスライスまたはスライスを投影しています。

利点	デメリット
滑らかな表面仕上げ。	高コスト。
複雑なパターンを印刷できます。	環境にやさしい。
印刷速度。	印刷後に硬化プロセスが必要です。
さまざまな素材からお選びいただけます。	大きな部分は印刷できません。
コンパクトで持ち運びが簡単。	これらのプリンタは、最も耐久性があり堅牢ではありません。

DMLS（直接金属レーザー焼結）または DMLS（PolyJet直接金属レーザー焼結）

この場合、SLSと同様の方法でオブジェクトが生成されますが、違いは、粉末が溶けず、レーザーによって次の位置まで加熱されることです。 分子レベルで融合することができます。応力のために、ピースは通常、いくらかもろくなりますが、その後の熱プロセスにさらして抵抗力を高めることができます。この技術は、金属または合金部品を製造するために業界で広く使用されています。

利点	デメリット
産業的に非常に便利です。	顔。
金属部品の印刷に使用できます。	それらは通常大きいです。
サポートは必要ありません。	部品はもろくなる可能性があります。
非常に詳細な作品。	金属や他の種類の材料を溶かすためのアニーリングを含む後処理が必要です。
さまざまなサイズの作品を印刷できます。

押し出しまたは堆積（注入）

使用するプリンタのファミリについて話すとき 堆積技術 材料押出機を使用すると、次の技術を区別できます。

FDM（溶融堆積モデリング）

これらのモデリング手法 溶融物の堆積 オブジェクトをレイヤーごとに構成します。フィラメントが加熱されて溶融すると、フィラメントは押出機を通過し、ヘッドは印刷モデルのファイルで示されるXY座標で移動します。他の寸法については、連続するレイヤーにZオフセットを使用します。

利点	デメリット
閉まっている。	それらは産業用の大きな機械です。
多種多様な素材からお選びいただけます。	彼らは安くはありません。
良質な仕上がりです。	彼らはより多くのメンテナンスが必要です。

FFF（溶融フィラメント製造）

FDMとFFFの違いは？ FDMは、同義語として使用されることもありますが、1989年にStratasysによって開発されたテクノロジーを指す用語です。対照的に、FFFという用語には類似点がありますが、2005年にRepRapの作成者によって造られました。

3Dプリンターの普及と 2009年のFDM特許満了、FFFと呼ばれる非常によく似たテクノロジーを備えた新しい低コストのプリンターへの道が開かれました。

FDM：エンジニアリングで使用し、高品質の結果をもたらす大型の密閉型機械。
FFF：オープンプリンタ、より安価で、非常に特殊な特性を持つ部品が必要なアプリケーションでは、結果が劣り、一貫性がなくなります。

利点	デメリット
それらは安価です。	ピースの粗い表面。
フィラメントは再利用できます。	反り（変形）が頻繁に発生します。つまり、印刷するオブジェクトの一部は、レイヤー間の温度差のために上向きに湾曲しています。
それらは単純です。	ノズルが目詰まりしがちです。
さまざまな素材から選択できます。	印刷に時間がかかります。
コンパクトで持ち運びも簡単です。	レイヤー間のアドヒアランスの欠如によるレイヤーシフトの問題。
完成品と組み立てキットの両方で見つけることができます。	弱さ
	ベッドまたはサポートは頻繁に調整する必要があります。

他のタイプの高度な3Dプリンター

上記のタイプの3Dプリンター、または印刷技術とは別に、家庭での使用には人気がないかもしれないが、 産業や研究にとって興味深い:

MJF（マルチジェットフュージョン）または MJ（マテリアルジェッティング）

あなたが見つけることができるもう一つの3D印刷技術はMJFまたは単にMJです。その名前が示すように、それは 材料の注入を使用するプロセス。この印刷方法を採用した3Dプリンターの種類は、主に宝飾品業界を対象としており、フォトポリマーの数百の小さな液滴を注入し、UV（紫外線）光硬化（固化）プロセスを経ることで高品質を実現します。

利点	デメリット
高い印刷速度。	現在、市販されているセラミック材料はありません。
ビジネスでの使用に適しています。	テクノロジーはあまり普及していません。
印刷および後処理プロセス中の高度な自動化。

SLM（選択的レーザー溶融）

これは、非常に高出力のレーザー光源を備えた高度な技術であり、このタイプの3Dプリンターは非常に高価であるため、業務用です。ある意味で、それらはSLS光学技術に似ており、レーザーによって選択的に融合します。で非常に使用されます 金属粉末を選択的に溶かす 非常に堅牢なピースをレイヤーごとに生成するため、その後の特定の処理を回避できます。

利点	デメリット
複雑な形状の金属部品を印刷できます。	限られた量の材料。
その結果、正確で頑丈な作品になります。	それらは高価で大きいです。
サポートは必要ありません。	そのエネルギー消費量は高いです。
産業用に適しています。

EBM（電子ビーム溶解）

技術 電子ビーム融合 これはSLMと非常によく似た積層造形プロセスであり、航空宇宙産業に深く根ざしています。また、非常に高密度で堅牢なモデルを作成することもできますが、違いは、レーザーの代わりに電子ビームを使用して金属粉末を溶かすことです。工業用のこの技術は、1000℃の温度で溶融する可能性があります。

利点	デメリット
複雑な形状の金属部品を印刷できます。	現在、コバルトクロムやチタン合金などの特定の金属にのみ使用できるため、材料の量は非常に限られています。
その結果、正確で頑丈な作品になります。	それらは高価で大きいです。
サポートは必要ありません。	そのエネルギー消費量は高いです。
産業用に適しています。	それらを使用するには、資格のある人員と保護対策が必要です。

BJ（バインダージェッティング）

これは、既存のタイプの3Dプリンターの別のものであり、産業レベルで使用されるテクノロジーを備えています。この場合、 粉末をベースとして使用する 部品の製造用、層を形成するためのバインダー付き。つまり、材料の粉末を一種の接着剤と一緒に使用します。この接着剤は後で除去され、ベース材料のみが残ります。これらのタイプのプリンターは、石膏、セメント、金属粒子、砂、さらにはポリマーなどの材料を使用できます。

利点	デメリット
作品を製造するための多種多様な材料。	それらはサイズが大きくなる可能性があります。
大きなオブジェクトを印刷できます。	それらは高価です。
サポートは必要ありません。	家庭での使用には適していません。
産業用に適しています。	それぞれの場合にモデルを適合させる必要があるかもしれません。

コンクリートまたは3DCP

それはますます興味を引く印刷の一種です 建設業界向け。 3DCPは、3Dコンクリート印刷、つまりセメントの3D印刷の略です。押し出しによってセメントの構造を作成して層を形成し、壁や家などを構築するコンピューター支援プロセス。

利点	デメリット
彼らは迅速に構造を構築することができます。	それらはサイズが大きくなる可能性があります。
それらは建設部門にとって非常に興味深いものです。	それらは高価で複雑です。
それらは、より安価でより持続可能な住宅の建設を可能にする可能性があります。	いずれの場合も、3Dプリンターを具体的に適合させる必要があります。
他の惑星の植民地化のための重要な発展。

LOM（ラミネートオブジェクト製造）

LOMには、 圧延製造。このために、布、紙のシート、シートまたは金属板、プラスチックなどが使用され、層のためにシートごとに堆積し、接着剤を使用してそれらを結合するだけでなく、工業用切断技術を使用して次のような形状を生成しますレーザー切断することができます。

利点	デメリット
彼らは頑丈な構造を構築することができます。	コンパクトな3Dプリンターではありません。
非常に多様な原材料から選択する可能性。	それらは高価で複雑です。
それらは、特定の複合材料の航空部門または競争部門での用途があるかもしれません。	彼らには資格のある人員が必要です。

DOD（ドロップオンデマンド）

の別のテクニック オンデマンドでドロップ XNUMXつの「インク」ジェットを使用します。XNUMXつはオブジェクトの建築材料を堆積し、もうXNUMXつはサポートの溶解可能な材料を堆積します。このようにして、建設中の領域を研磨するフライカッターなど、モデルを形成するための追加のツールを使用して、レイヤーごとに構築します。このようにして、完全に平坦な表面を実現します。そのため、金型の製造など、より高い精度が必要な業界で広く使用されています。

利点	デメリット
産業用に最適です。	それらはサイズが大きくなる可能性があります。
仕上げの精度が高い。	それらは高価で複雑です。
彼らは大きなオブジェクトを印刷することができます。	彼らには資格のある人員が必要です。
サポートは必要ありません。	やや限られた素材。

MME（金属材料押し出し）

この方法は、FFFまたはFDMと非常によく似ています。つまり、ポリマーの押し出しで構成されます。違いはこれ ポリマーは金属粉の負荷が高い。したがって、形状を作成するときに、後処理（剥離および焼結）を実行して、固体の金属部品を作成することができます。

UAM（超音波アディティブマニュファクチャリング）

この他の方法では、層ごとに融合された金属シートを使用します。 超音波 サーフェスをブレンドしてソリッドパーツを作成します。

バイオプリンティング

最後に、3Dプリンターの種類の中で、業界の他のアプリケーションの中でも、医療用途で最も先進的で興味深いもののXNUMXつを見逃すことはできません。についてです バイオプリンティング技術、これは以前の手法のいくつかに基づくことができますが、特殊性があります。たとえば、層の堆積、バイオインクジェット（バイオインク）、レーザー支援バイオプリンティング、圧力、マイクロ押出、SLA、直接セル押出、磁気技術などに基づいている場合があります。それぞれに潜在的な利点と制限があるため、すべてはあなたがそれを与えたい用途に依存します。

3Dバイオプリンティングには XNUMXつの基本的なフェーズ 次のとおりです。

プレバイオプリンティング：は、3D印刷ソフトウェアを使用した3Dモデリングなどのモデルを作成するプロセスです。ただし、この場合、生検、コンピューター断層撮影、磁気共鳴画像法などのテストを使用して、上記のモデルを取得するには、より複雑な手順が必要です。このようにして、印刷に送信されるモデルを取得できます。
バイオプリンティング：細胞、マトリックス、栄養素、バイオインクなどを含む液体溶液など、必要なさまざまな材料を使用し、それらをプリントカートリッジに入れて、プリンターが組織、臓器、または物体の作成を開始する場合。
バイオプリンティング後：3D印刷の場合と同様に、印刷前のプロセスであり、さまざまな前のプロセスもあります。それらは、安定した構造、組織の成熟、血管新生などを生成することである可能性があります。多くの場合、これにはバイオリアクターが必要です。

利点	デメリット
生きている生地を印刷する可能性。	複雑。
それは移植のための臓器不足の問題を解決することができます。	これらの高度な機器のコスト。
動物実験の必要性を排除します。	後処理に加えて、前処理の必要性。
スピードと精度。	まだ実験段階です。

材料に応じた3Dプリンターの種類

3Dプリンターをカタログ化する別の方法は、 印刷できる素材の種類、一部の家庭用および産業用3Dプリンターは、従来のプリンターがさまざまな種類の用紙を使用できるのと同じように、さまざまな素材を印刷に使用できます（融点などの同様の特性がある限り）。

金属製の3Dプリンター

すべての金属は、さまざまなタイプの3Dプリンターに適しているわけではありません。実際、上記のテクノロジーのいくつかを使用すると、処理できるのはごくわずかです。ザ 最も一般的な金属粉末 アディティブマニュファクチャリングで使用されるものは次のとおりです。

ステンレス鋼（各種）
工具鋼（炭素組成が異なる）
チタン合金。
アルミニウム合金。
インコネル（オーステナイト系Ni-Cr合金）などのニッケル基超合金。
コバルトクロム合金。
銅ベースの合金。
貴金属（金、銀、プラチナ、…）。
エキゾチックな金属（パラジウム、タンタル、…）。

3Dフードプリンター

出典：REUTERS / Amir Cohen

見つけることはますます一般的です 食品を作るための3Dプリンター アディティブマニュファクチャリングメソッドを使用します。この場合、最も一般的なものは次のとおりです。

機能性成分（プレバイオティクス、プロバイオティクス、ミネラル、ビタミン、脂肪酸、植物化学物質、その他の抗酸化物質）。
繊維
脂肪
小麦粉や砂糖など、さまざまな種類の炭水化物。
肉のようなテクスチャーを形成するタンパク質（動物または野菜）。
ゼラチンなどのヒドロゲル、およびアルギン酸塩。
チョコレート。

プラスチック3Dプリンター

もちろん、3D印刷、特に家庭用3Dプリンターで最もよく使用される材料のXNUMXつは ポリマー:

とても人気があり、たくさんあるので、私たちは彼らのために特別な記事を捧げます。

PLA、ABS、PET、PCなどのプラスチック。
PEEK、PEKK、ULTEMなどの高性能ポリマー。
ナイロンやナイロンなどの繊維タイプの合成ポリアミド。
HIPS、PVA、BVOHなどの水溶性。
シリコン携帯電話ケースのように、TPEやTPUのように柔軟です。
重合系樹脂。

また、3Dプリンターを使用して、カップ、グラス、皿、カトラリーなどの食品に使用するオブジェクトを印刷する場合は、 食品安全プラスチック:

PLA、PP、コポリエステル、PET、PET-G、HIPS、ナイロン6、ABS、ASA、PEI。食器洗い機で洗ったり、高温に耐えたりする場合は、ナイロン、PLA、PETは60〜70℃の温度で変形する傾向があるため、廃棄してください。

生体材料

出典：BloodBusiness.com

に対する 3Dバイオプリンティング、また、多種多様な製品や材料を見つけることができます：

合成ポリマー。
ポリ乳酸。
DNAなどの生体分子。
懸濁液中の細胞（特定の細胞または幹細胞）を含む低粘度のバイオインク。ヒアルロン酸、コラーゲンなどを配合。
補綴用の金属。
タンパク質
コンポジット。
ゼラチンアガロース。
感光性材料。
アクリル樹脂とエポキシ樹脂。
ポリブチレンテレフタレート（PBT）
ポリグリコール酸（PGA）
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）
ポリウレタン
ポリビニルアルコール（PVA）
ポリ乳酸-co-グリコール酸（PLGA）
キトサン
その他のペースト、ヒドロゲルおよび液体。

コンポジットとハイブリッド

他にもあります ハイブリッド化合物 3Dプリンターの場合、よりエキゾチックで非常に多様である傾向があります。

木材、竹、羊毛、コルクフィラメントなどのPLAベース（70％PLA + 30％その他の材料）。
複合材料（炭素繊維、グラスファイバー、ケブラーなど）。
アルミナ（ポリマーとアルミニウム粉末の混合物）。
セラミック。いくつかの例は、磁器、テラコッタなどです。
- 金属酸化物：アルミナ、ジルコン、石英など。
- 非酸化物ベース：炭化ケイ素、窒化アルミニウムなど。
- バイオセラミック：ヒドロキシアパタイト（HA）、リン酸三カルシウム（TCP）など。
さまざまな種類のモルタルやコンクリートなどのセメントベースの化合物。
ナノマテリアルとスマートマテリアル。
そして、来ているより多くの革新的な材料。

用途に応じて

最後になりましたが、さまざまなタイプの3Dプリンターもカタログ化できます 用途に応じて 与えられるもの：

産業用3Dプリンター

ラス 産業用3Dプリンター それらは非常に特殊なタイプのプリンターです。彼らは通常、サイズがかなり大きく、数千ユーロの価格であることに加えて、高度な技術を持っています。それらは、産業で使用するために設計されており、迅速、正確、大量に製造されます。また、航空、電子、半導体、製薬、車両、建設、航空宇宙、モータースポーツなどの分野で使用できます。

たくさん産業用3Dプリンターの価格振動することができます 4000ユーロから300.000ユーロ サイズ、ブランド、モデル、素材、機能によっては、場合によっては。

大型3Dプリンター

このタイプの 大型3Dプリンター 産業用のものに含めることができますが、それを必要とするメーカーや中小企業などのために大きな部品を印刷できるプリンターなど、産業外で使用するために設計されたモデルがあることは事実です。 Anycubic Chiron、Snapmaker 3D、Tronxy X5SA、Tevo Tornado、Creality CR 10S、Dremer DigiLab 3D20など、工業用モデルほど大きくなく高価なモデルを指します。

安い3Dプリンター

多くの取り付けキット家庭用3Dプリンター、またはいくつか オープンソースプロジェクトPrusa、Lulzbot、Voron、SeeMeCNC、BigFDM、Creality Ender、Ultimakerなどのほか、コンパクトな3Dプリンターを販売する他のブランドも、多くの家庭に3D印刷をもたらしています。以前は数社しか買えなかったものが、今では従来のプリンタと同様の価格設定が可能.

一般的に、これらのプリンタは 個人使用を目的としています、DIY愛好家やメーカーなど、または時々特定のモデルを作成する必要がある一部のフリーランサー向け。ただし、大規模でも迅速でもない、大規模なモデルを作成するようには設計されていません。そして、ほとんどの場合、それらは樹脂またはプラスチックフィラメントで作られています。

3D鉛筆

最後に、この記事を完成させるために、私は自分自身を置き去りにしたくありませんでした 3D鉛筆。これらは、それ自体が3DプリンターのタイプのXNUMXつではありませんが、共通の目標があり、子供向けなど、いくつかの単純なモデルを作成するのに非常に実用的です。

彼らは持っています非常に安い価格、そして基本的に 小さなペン型のハンドヘルド3Dプリンターです ボリュームのある図面を作成するために使用します。通常、PLA、ABSなどのプラスチックフィラメントを使用しており、操作は非常に簡単です。それらは基本的にコンセントに差し込まれ、はんだごてやホットグルーガンのように熱くなります。これは、彼らが図面を作成するために先端を通って流れるプラスチックを溶かす方法です。

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3Dプリンターの種類とその特徴

印刷技術に応じた3Dプリンターの種類