デュアルエクストルーダー3Dプリンター：タイプ、原理、コツ

3Dプリンティング業界では、デュアルエクストルージョン技術の発展により、エンジニアはデュアルエクストルーダー3Dプリンターを使用して、2種類以上の材料で構成された部品を印刷できるようになりました。従来のシングルエクストルージョンプリンターと比較して、デュアルエクストルーダー3Dプリンターは機能性と応用範囲で大きな利点を持ちますが、同時に設計の難易度やメンテナンスコストも増加します。この記事では、デュアルエクストルーダー3Dプリンターの種類、動作原理、利点と欠点、そして印刷テクニックを紹介し、ユーザーがこの高度な機器をよりよく理解し、活用できるようにします。

デュアルエクストルーダー3Dプリンターの種類

固定デュアルエクストルージョンシステムは、従来のシングルエクストルージョンプリンターと非常に似ています。同じプリントヘッドに2つのノズルを搭載し、2つのノズルが連携して動作し、プリンターはノズルの切り替えを制御することで材料や色を切り替えます。このシステムは構造がシンプルでコストが低く、基本的な多色印刷や単純な多材料要件に適しています。ただし、2つのノズルが同じ動作軌道を共有するため、材料切り替え時にリークの欠陥が発生する可能性があります。

独立デュアルエクストルージョンシステム (IDEX)は、2つの完全に独立したノズルと動作軌道を使用します。各ノズルには独自の独立した動作システムがあり、異なるエリアで独立して動作できるため、材料の干渉や交差汚染を回避できます。IDEXシステムはミラーモードやリピート印刷をサポートしており、大規模または高效率な生産に適しており、通常、より高い印刷精度と品質を持ちます。市場ではFlashforge Creator Pro2、Snapmaker J1などの優れたプリンターがこのタイプに該当します。

Flashforge Creator Pro2

出典: https://www.amazon.co.uk/FLASHFORGE-Enclosed-Structure-Optimized-Platform

ハイブリッドエクストルージョンシステムは、2つの材料を単一のノズルに統合して同時に押し出すように設計されています。この設計により、印刷中に直接材料や色をブレンドでき、色のグラデーションや混合材料の特性など、独自の効果を実現できます。その構造は固定デュアルエクストルージョンよりも複雑ですが、IDEXシステムほど複雑ではありません。スムーズな動作を確保するには、厳格な材料の互換性と正確なキャリブレーションが必要です。

デュアルエクストルーダー3Dプリンターの動作原理

デュアルエクストルージョン3Dプリンターの動作原理は、シングルエクストルージョンプリンターと似ています。鍵となるのは2つのノズル間の調整です。プリンターはスライシングソフトウェアを通じて3Dモデルを解析し、異なる材料や色を対応するノズルに割り当て、各層に印刷パスを割り当てます。印刷中は、メカニカルなリフティングまたはスライディング機構を通じてノズルを切り替え、使用されていないノズルが印刷品質に干渉しないようにします。2つのノズルは正確に同期する必要があり、異なる材料や色間でシームレスな接続を確保します。特に高精度が求められる複雑なデザインでは重要です。

FDMプリンターの3種類の押出方法

出典: https://www.researchgate.net/figure/a-common-FDM-printer-for-polymers-and-SFRC-b-Co-Extrusion-FDM-printer-for-CFRC-c_fig5_342855703

デュアルエクストルーダー3Dプリンターの利点と欠点

利点

1. 可溶性サポート材料

複雑なモデルを印刷する際、デュアルエクストルージョンプリンターの一方のノズルはメイン材料の印刷を担当し、もう一方のノズルは可溶性サポート材料の印刷に使用されます。これにより、ポストプロセス中に簡単に溶解・除去でき、剥がしたりこじ開けたりする必要がありません。最終的な印刷品にはサポート跡が残りません。

出典: https://www.bcn3d.com/technology

2. 充填の強化

2つの材料（例：剛性材料とフレキシブル材料、または繊維強化材料）の組み合わせにより、強度と耐衝撃性を向上させることができ、異なる密度の充填設計をサポートして重量と構造性能を最適化します。

3. 多色印刷

ポストプロセスの塗装なしで直接多色モデルを印刷できます。一部のスライサーはデュアルエクストルージョンプリンターによるカラーグラデーション効果をサポートしており、アートやデザインモデルの制作を大幅に容易にし、カスタマイズ生産に適しています。

4. 効率的な生産

独立ノズルシステム（IDEX）を使用するデュアルエクストルージョンプリンターは、ミラーモードやリピート印刷モードをサポートし、生産効率を大幅に向上させ、時間を節約できます。

欠点

デュアルエクストルージョン3Dプリンターの機器コストは高く、予算に余裕のあるユーザーに適しています。また、デュアルエクストルージョンプリンターはメンテナンスが難しく、異なる材料を使用する際に頻繁にノズルの清掃やキャリブレーションが必要です。初心者にとっては操作や調整が複雑で、より多くの印刷スキルが必要です。同時に、固定デュアルエクストルージョンシステムでは材料の混合やノズルのオーバーフローが発生し、印刷効果に影響を与える可能性があります。

印刷テクニック

1. ノズル位置のキャリブレーション: 2つのノズルが正確に整列していることを確認し、ズレや材料のずれを回避し、各層の印刷精度と品質を確保します。

2. スライサーの正確な設定: デュアルエクストルーダー機能を有効にし、エクストルーダー間隔を正確に設定します。

3. リトラクション設定の調整: リトラクションパラメータを最適化し、材料の引き糸や汚染を減らします。特に複雑なモデルを印刷する際、ディテールと精度が特に重要です。

4. ノズルの清掃: ノズルを定期的に清掃し、材料の詰まりが印刷品質に影響を与えないようにし、ノズルがクリアな状態を保つようにします。

多材料・多色印刷という独自の利点を持つデュアルエクストルージョン3Dプリンターは、エンジニアリングデザインやカスタマイズ生産に新たな可能性を開きます。プロフェッショナルなオンライン3Dプリンティングサービスをお探しの場合、JLC3DPが高精度で効率的なソリューションを提供し、アイデアを現実にするお手伝いをします。