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3Dプリンターの最高峰ブランド「L-DEVOシリーズ」を筆頭に「Form2」「FUNMATシリーズ」を販売しております。3Dプリンターユーザー様に役立つ(?)情報をご案内します!

タグ:3Dプリンター

導入事例:日本大学大学院 理工学研究科 

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ご担当:航空宇宙工学専攻 宮崎・山﨑研究室 佐藤 様 / 片岡 星太様

導入機種:L-DEVO M2030 3台

導入日:2016年1月、3月、6月

 

導入まで:

日本大学 宮崎・山﨑研究室様(http://forth.aero.cst.nihon-u.ac.jp/index.html)では、大型宇宙構造物に関する研究を行っている。研究の中では構造物の「試作」が重要な要素であり、これまでは市販の部材を使用して作製されていたが、研究の過程で、複雑な形状のものを作製する必要に迫られた。そのため、のちに他社3Dプリンターを購入・運用されていたが、造形が粗くあまり使い物にならなかった。

 

現在:

2016年1月にL-DEVO M2030をご購入。複雑な形状が問題無く印刷できるため、大型構造物の各パーツなどを印刷。在りものを組み合わせていく方法とは違い、思った形状が直ぐに、安価に印刷できる3Dプリンターは、この研究室に無くてはならない存在となった。以降追加で2台導入された。

宮崎・山﨑研究室様では、「展開構造物」の適用例に様々なものを考えられており、取材時には「デブリキャプチャー」、「大型展開構造物」、「スターシェード」についての試作モデルや、詳しい内容をお聞きした。

(下2枚の画像は、「デブリキャプチャー」と呼ばれ、宇宙で1辺2mに展開し、軌道上のデブリ(宇宙ゴミ)の除去をするとの事。リール中心の「巻き取りハブ」、形状を構成する「ジョイント」などはすべて3Dプリンタ(L-DEVOで印刷されたとの事。)

デブリキャプチャーの実験動画:https://youtu.be/ANl2IXZ80hs

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(下2枚の画像は、直径20mに展開する大型の展開構造物の試作品。リール中心の「巻き取りハブ」などはすべて3Dプリンタ(L-DEVOで印刷している。)

大型展開構造物の実験動画:https://youtu.be/e6p6z1hJjbU


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(以下の動画は,「スターシェード」と呼ばれる、宇宙で展開する花弁形状の展開構造物。リール中心の「巻き取りハブ」はForm2、膜を支持する部品はL-DEVOで印刷されている。)

スターシェードの実験動画:https://youtu.be/DZw9tC8fHAs

  

これまでは研究開発の際、ある程度「出来上がってから」修正箇所が見つかり、再度修正するなど、非常に手間だった。しかし3Dプリンターが来てから、試作の時点で「実物と同じサイズで検証」できるようになった。更には、CADでは分かりにくかった「組み立て手順」なども確認できるなど、圧倒的「効率化」が進められたという。

(下2枚の画像は、実際にJAXAのロケットで打ち上げた小型人工衛星のモックアップ。組み立てに重要な部品をDプリンターで印刷し、基板などの干渉が無いか事前に検証したとの事)

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また実験治具の組み立てなどでジョイント部分を印刷、ボルト径など自由に調整が可能な上、コストも安く済み非常に重宝しているという。

(画像:組立て治具)

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これらの効率化により研究開発は進み、現在こちらの研究室で開発された小型人工衛星NEXUSが実際に衛星軌道を回っており(JAXAのロケットで打ち上げ済み)、その運用こちらで行っているという。

(画像:宮崎・山﨑研究室の様子

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またL-DEVOの他にも、光造形式の「Form2」等も使用されており、用途に合わせて使い分けをしているとの事。


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今後の展望:

「展開構造物」の運用を宇宙空間で行うとなると、現在使用している樹脂パーツの大部分は放射線の影響を受け劣化するため、「金属」に置き換わるという。そのため「金属での印刷可能な」3Dプリンターを検討されているが、あまりにも高価なため導入は現状難しいという。

 

Dプリンターへのご要望:

もっと低価格な金属印刷が出来る安価な3Dプリンターを希望されているが、耐放射線性を持つ樹脂などにもご興味を示された。

 

最後に:

お話をお聞きする中で「3Dプリンターによって、手軽に自分たちが思った事が、すぐ形にできる」という点を何度かお聞きした。この点は様々な研究開発の現場で重要なファクターであり、特に日進月歩が激しい「航空宇宙工学」現場での3Dプリンター活用はもっと進む事であろうと確信した。同時に研究の効率化に寄与している事は誇らしくも思える、そんな取材だった。

弊社では現在 L-DEVO Fシリーズ 販売1周年を記念して「モデルチェンジ記念パック」をご案内しております。

アートボード 1-100


お問合せはこちらからどうぞ。

導入事例:大阪市立大学大学院工学研究科(工学部機械工学科)

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ご担当:内田真先生(工学博士) 学生2名(八瀬様・三田様)

導入機種:L-DEVO F300TP

導入日:2018年10月

 

導入まで:

「材料力学」の研究を行っており、材料の強さなどを比較・検証している。2016年に他社の3Dプリンターを購入されていたが、海外製品だったためサポートが切れてしまい、メンテナンス部品の調達が困難になってしまった。そこで卒業された先輩からのお勧めもあり、1年前「L-DEVO F300TP」を購入された。

同時に「3Dプリンターで作った材料の強度評価」という研究もスタートされている。

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現在:

頻繁(ほぼ毎日)に使用されている。

最初の頃は「引っ張り試験片」(主にABS・PLA)を大量に作製。試験片は消耗品(直ぐに変形・破壊)の為、3Dプリンターで「安価に・素早く」造形する事が出来るL-DEVO F300TPは非常に重宝しているとの事。

(画像:これまでに3Dプリンターで作成された引っ張り試験片)

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その後「曲げ試験片」を造形。例として現在、修士課程の八瀬様は4年生の卒業論文で、横に広がる直方体状の内部に、六角形が並ぶハニカム構造を3
Dプリンターで作り出し、曲げ試験での強度変化などを研究。
三田様も円形磁石の集合体を人工周期構造と見立て、曲げ試験をシミュレートするモデルを自作。そのパーツなどはすべてF300TPで造形された。

(画像:ハニカム構造片の曲げ試験の様子)

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また3Dプリンター試験片の造形時の向き(X・Y・Z軸)・設定(壁厚・内部充填)など条件比較の研究もされており、同じ形状・条件下で「サイズによって強度が変わる」点に注目されているとの事。この点は今後3Dプリンターで造形した部品の強度評価基準を決める上で基礎研究として重要な点であることは間違いない。

(画像:上下の白い器具はすべて3Dプリンターで作製。丸い磁石を人工周期構造と見立てたお手製の実験器具)

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今後の展望:

熱可塑性の樹脂でポリエチレンやポリプロピレンなど「伸び」があるフィラメントが有ればもっと大きい変形を出せ観察できるので、試してみたいとご希望いただき、透明なポリカーボネイトも視認性の良さから観察に適しており使用したいと検討されていた。それ以外にも、ナイロンなど別材料での試験なども検討されており、様々な条件での造形・試験を「安価に素早く」行いたいというニーズに3Dプリンターはうってつけだという感想をいただいた。

また今後3Dプリンターでの造形物が実用化された際、バルク材と比較してどの程度強度が弱くなるのかという点も今後の研究目的とされている。

 

Dプリンターへのご要望:

実現できるのなら、分解能(精度・密度の細かさ・安定性)をもっと上げてほしいとのご希望をいただく。現状では若干の空孔(気泡)などの影響で強度が下がる場合も考えられ、それが改善できると更に正確なデータとして信用度の向上が期待できる。また海外での「ミクロサイズでの複雑な内部構造体による全体の物性向上」が話題となっており、そのような使い方ができる3Dプリンターが出るとうれしいとの事。これ以外にも多色印刷・結晶性樹脂の冷却速度をコントロールできるような機能など様々なご希望をいただいた。

(画像:画面左から八瀬様、内田先生、三田様

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最後に:

今回お伺いした大阪市立大学工学部様では、今後の産業界に必須であろう「3Dプリンター造形モデルの物性を様々な条件から調べる」という「基礎研究」分野に3Dプリンターを活用されていた。L-DEVO F300TPの「安価に・素早く・しかも自由に」印刷できるという点は、研究スピード(レスポンス)に大きく影響を与えており、日本の基礎研究力の低下が叫ばれて久しい昨今、我々の知らないうちに日本の大学は、更に進化していると実感した取材だった。

最後までお読みいただきありがとうございました。

2回目のテーマは「樹脂の定着方法あれこれ」をご案内致します。

Dプリンターでの印刷を行う上で大きな問題の一つに「樹脂の定着」が挙げられます。これが上手く行かないと印刷中に定着面が剥がれ、反りかえり、酷いときにはノズルに樹脂が固着して・・なんて経験をされた方も多いと思います。そこで今回、樹脂定着に影響する要素を「カテゴリー」ごとに説明していきます。今後の3D印刷のヒントになれば幸いです。

 

「速度」

弊社以外のメーカー様でも各種スライサーを提供されています。そのため名称が同じではない可能性もございますが、ここでは弊社販売中「L-DEVO」シリーズのスライサー「Cura」を基準にご案内致します。

 

樹脂の定着という点で一番影響がでる設定値、それは「速度」、特に「底面印刷速度」になります。

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Cura」の場合、「アドバンスド」→「底面印刷速度」で設定可能で、デフォルトスピードから落とすことで速度が落ち、樹脂の定着は強まります。(イメージとしては墨を含んだ筆の速度が速いと墨が紙に乗らず掠れます。ゆっくりだと墨がたっぷりと紙に定着します)この設定ができないスライサーの場合、全体の速度を司る「印刷速度」や「印刷品質」などになるでしょうか?L-DEVOシリーズでは印刷中に本体側で速度操作できるため、そちらで全体スピードを落として定着を安定させる事も可能です。(もちろんレベル調整も必須ですが・・)

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「温度」

これは「テーブル温度」もそうですが「庫内温度」が大きなポイントになります。

「熱収縮」が大きい樹脂の場合、ノズルから出た瞬間から冷却し始めます。ABS等はノズルが240℃前後、テーブルが120℃前後の設定が多いですが、ここだけでも120℃の温度差があります。さらにそれらを包み込んでいる空間、「庫内(チャンバー)」温度は通常20℃前後かと思われます。この温度差が樹脂の「収縮」を生み、「反り」や「割れ」などを引き起こします。弊社マニュアルではABS等の場合、庫内をカバーなどで密封した上で「予熱を最低でも1時間」とご案内しております。これにより温まりにくいホッドベッドを適温にすることはもちろん、庫内温度が30℃~40℃弱に温まり、樹脂定着を安定させる事ができます。まさに「急がば回れ」というべきでしょうか?

 

「定着資材」

弊社では主に2種類の定着シートをご案内しております。

1つは「ブルーテープ」です。

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いわゆるマスキングテープでコスト的に安く、破れても貼り直すことで何度も使用できます。弱点としては定着力が弱いため、主にPLAなど収縮の少ない材料にしか使えない点が挙げられます。

2つ目は「BuildTAK」です。

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こちらは樹脂シートで裏面のり面を、セルボードやガラスボードに貼り付け使用します。定着力が強く、どんな材料でも使用可能なため、お勧めしておりますが、造形物を剥がす際に定着しすぎて「BuildTAK」が破けたりと、コストパフォーマンスが悪い点が弱点になります。また定着しすぎて大きい造形物が外しづらい点もあります。

 

そこで弊社では別の方法を模索しました。コストも低く、定着も強い定着方法。

「カプトンテープ」+「スティックのり」という定着方法です。

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以前から知られていた方法でしたが、カプトンテープの貼りずらさから、弊社では簡単な「BuildTAK」をご案内しておりました。しかし最近、弊社でも大型造形物を作る機会が増え、この方法を改めて見直すと、非常に便利だと再発見したのです。

 

まずはコストの点ですが、弊社では今後260㎜×30000㎜(30m)5,000円で販売予定です。M4040TPでの使用を想定、造形プレート全面(420×420㎜)に貼り込む場合、2枚貼りとして単純計算で35回使用(30000÷840)が可能です。1回あたり単価は@148円になります。「スティックのり」も使用しますが、一般的な文具なので200円程度、10回以上は使えます。

 

定着については「カプトンテープ」の上に「スティックのり」を塗って乾燥させ、その上に通常通り印刷を行います。この方法はPLA・ABSなど何にでも使用できるため非常に便利です。

弊社では「BuildTAK」の上にのりを塗って、定着力を強化する方法なども行っていますが、PCに関しては定着が強くなりすぎ、剥がす際BuildTAK毎持ってかれてしまうので注意が必要です。

因みに「スティックのり」は画像の物使用していますが、主成分に「PVP」とあれば若干の個体差はあれど問題無く使えます。

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カプトンテープ+スティックのりの場合、剥がす際もかなり楽です。

印刷完了したら水道水にさらして3-4時間ほど置けば、のり面がふやけて外しやすくなります。最悪カプトンテープ毎破けて外れる場合もありますが、BuildTAK程高価ではないのであまり気にせず剥がすことが可能です。特に「大型造形物」をメインに造形される方には、剥がす苦労が軽減されてお勧めの方法です。

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ちなみにガラスに直接「スティックのり」を塗る方法もありますが、材料によってはガラス面に喰いつき剥離、ガラスを割ってしまう事もあるため、必ず「カプトンテープ」を貼ってから使用してください。

 

いかがでしたでしょうか?地味なようで意外と重要な要素である「定着方法あれこれ」

今後も新しい方法が見つかれば、このコラムでご案内させていただきます。ご期待ください。

 

最後までお読みいただき誠にありがとうございました。

記念すべき第1回目のテーマは新素材「ASA」をご案内致します。

Dプリンターユーザーとしてよく使う材料の双璧に「ABS」と「PLA」があります。スタンダードな材料として黎明期から使われ続けた材料なのですが、大きな弱点がありました。それは両方共「耐候性が弱い」、特に「紫外線(UV)に弱い」という点です。

 

ABS」「PLA」共に紫外線(UV)が長期間当たると、変色、表面の荒れ、機械性的性質の劣化が発生します。

弊社でもABSの造形物を、日の当たる窓際に展示して置いたところ、日が当たっていた半分だけ黄変していたことがあります。


黄変例


屋外で使用する場合、更に「耐水性」「耐熱性」等も問われてきます。(これをまとめて耐候性言います)

 

そこで開発された樹脂が「ASA」になります。このASAはABS(アクリロニトル・ブタジエン・スチレン)から「B(ブタジエン)」を除き、「A(アクリレート)」を用いた樹脂で、基本特性はほぼABS樹脂と似ているのですが、「B(ブタジエン)」を抜いた為、耐候性(耐UV・耐水・耐熱)が大幅に向上しています。


ではなぜ「
B(ブタジエン)」を抜くと耐候性が良くなるのでしょうか?実は、ブタジエンの正式名称は「ブタジエンゴム」なのです。ゴムは一般的に紫外線
(UV)に弱い材料の一つなのです。

 

弊社でもL-DEVOで使用可能なフィラメント「PolyLite ASA」をご案内予定ですが、このフィラメントは3Dプリンターで使いやすく調整しております。
耐UV性の他にも...

 ①通常のASAより靭性がより強い (強度に優れる)

 ②水・湿度などによる変性を抑えている (耐水性)

 ③吐出の際の流動性がよく、出力しやすい。そのため綺麗な表面品質を得る 
(ノズル詰まりしにくい)

 ④層間接着性に優れ、造形物のZ軸の強度はより強い 


また、ビカット軟化温度は
105℃で「ABSよりも耐熱に優れている」点もポイントになります。


弊社 L-DEVO F300TPでも造形してみました。

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表面はマットな感じで、サポート部分は樹脂というより石膏をイメージさせる感じの風合いです。触ってみると靭性もある感じで強度的にも問題なさそうです。
現在屋外にて耐候性のテストも行っております。(結果は後日発表します)


余談ですが、中国ではこの材料を使用して公園の「橋」そのものを大型3Dプリンターで造形して使用しています!これも耐候性の良い「ASA」のなせる業でしょうか?

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いかがでしたでしょうか?FDM式の3Dプリンターでは「ASA」のような新しい材料が増え続けています。今後もこのコラムでご案内させていただきますのでご期待ください。

 

最後までお読みいただき誠にありがとうございました。

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