3Dプリンターについて

寸法精度とは？業務用3Dプリンターの精度を決める要素について

2023/10/31

造形精度には、「寸法精度」と表面の仕上がりを示す「表面精度」の2つの要素があります。業務用の3Dプリンターにおいては、寸法精度が重要な指標となります。

寸法精度

具体的には工作物の長さや直径、厚み、キー溝幅など、指定部分の寸法の正確さを指します。この寸法精度が高くないと、部品が機械に組み込まれた際に正確に動作しない可能性があります。また、誤った寸法の部品が使われると、機械の故障の原因ともなり得ます。

例えば、外径Φ25軸の軸受けを設計する際に、内径がΦ24.98となるような誤差が生じると、正しい軸がはまらない問題が起こります。そのため部品設計の段階で、寸法精度を確保するための公差を正確に指示しなければなりません。

寸法精度の等級

JISの規格「JIS B 0405 (1991)」には、寸法精度に関する許容差が詳しく記載されています。この許容差は「普通公差」として知られ、寸法精度に応じて精級・中級・粗級・極粗級の4つの等級に分けられています。

例えば、精級は高精度な物、中級は金属部品、粗級や極粗級は主に樹脂部品に用いられ、検査ではこの規格に従って寸法の計測が可能です。

寸法検査

製品が図面通りに加工されているかの確認のために重要です。寸法検査によって、不良品の流出を防ぐだけでなく、品質の維持や向上も図れます。
不良品からは製品の品質を向上させるヒントが得られ、その分析により製造の改善を実施することで、品質が向上するでしょう。

業務用3Dプリンターの精度を決める要素

業務用3Dプリンターの寸法精度を決める主要な要素には、4つが挙げられます。

積層ピッチ

積層ピッチとは、3Dプリント時の層間の間隔のことです。これが細かいと、出力される物体の表面が滑らかになります。

多くのプリンターの仕様書に記載されており、積層ピッチが数十μｍ～数百μｍの範囲で変動することが一般的です。このピッチの細かさが出力の誤差や滑らかさに影響を与え、小さいピッチの方が誤差は少なくなります。

解像度

解像度は、通常DPI（dots per inch）やmmで表記されます。DPIは1インチ内の点の数を示し、DPIが高いほどより滑らかな表面が得られ寸法の誤差が少なくなります。
「mm」の場合、値が小さいほど精度が高まり、このX-Y軸の解像度はZ軸の積層ピッチと同様に3Dプリンターの出力品質を大きく影響します。

縦×横の平面におけるこの解像度は、造形方式によって異なる単位で仕様書に記載されており、それぞれの単位によって精度の特性が異なります。

造形物の反り返り

業務用3Dプリンターの造形中には熱が加わります、特に高温となる造形方式、例えばFDM（熱溶解積層）方式では、冷却時に反り返りが生じることがあります。

この反りは、積層ピッチや解像度よりも大きな影響を精度に及ぼすことがあります。反り返りは熱収縮により発生し、その結果として完成品の精度が低下してしまうのです。特に対象の形状によっては、反りがもたらす誤差が重大となる場合もあります。

造形過程での温度のコントロールが極めて重要です。使用材料や造形物によっては、造形方式を変更することも考慮すべきでしょう。

サポート材の除去

3Dプリンティングの過程で、特定の形状のモデル（例：「T」や「Y」の形）を正確に再現するために、サポート材が用いられます。このサポート材は、造形物を支えるための一時的な材料で、プリント終了後に取り除く必要があります。

造形物自体の精度が高くても、サポート材が適切に取り除かれない場合、表面に誤差が生じる可能性があります。したがって、高精度な完成品を得るためには、サポート材の適切な除去が不可欠です。

高い寸法精度を可能にしたBMFの業務用3Dプリンターの技術

業務用3Dプリンターは試作開発の領域での利用が進む中、製造業における実用面での大きな課題が存在しています。
業務用3Dプリンターの技術要素には、精度、スピード、サイズ、材料といった点が挙げられますが、高い造形精度を求める製造現場の要求レベルには達していません。

例えば、切削加工で製作される精密部品はミクロンオーダーの精度で仕上げることが可能ですが、一般的な業務用3Dプリンターではその約10倍程度に留まっていました。

この課題を解決するため、BMFは業務用3Dプリンター〈microArch®〉を開発しました。このプリンターは、ミクロンオーダーの精密造形を実現する超精密3Dプリンターとして位置付けられています。
BMFのプリンターは、独自の光造形（DLP）技術を採用し、これまで実験的な範疇でしか実現できなかった一桁ミクロンの3Dプリントが可能です。

この光造形（DLP）とは、感光性の樹脂に光を照射して固化・積層させる方式で、高い生産性を持つことから製造業においても注目されています。BMFはこの技術をさらに進化させ、『PμSL（Projection Micro-Stereolithography）』という独自技術を採用しています。

これは光エンジン、精密光学系、モーションコントロール、高度なソフトウエアを組み合わせた技術で、特に紫外線（UV）を用いて樹脂の層全体を迅速に固化する点が特長です。連続露光にも対応し、従来のDLP技術と比べて「解像度・造形サイズ・スピード」のバランスが大きく向上しています。

業務用3Dプリンターの精度は主に、寸法精度で評価されます。寸法精度とは、部品の正確な寸法を示すもので、不良品や機械の故障を防ぐために重要です。
この精度はJIS規格に従って等級付けされ、プリンターの積層ピッチ、解像度、反り返り、サポート材の取り扱いに影響を受けます。

BMFの超精密3Dプリンターは、独自の光造形（DLP）技術と『PμSL』技術を採用し、一桁ミクロンの精密造形を実現します。この技術は高い解像度、造形サイズ、スピードのバランスを向上させ、製造業に革命をもたらす可能性があります。

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