【3Dプリンタ】熱溶解積層方式(FDM/FFF)とは 特徴を解説

熱溶解積層方式とは3Dプリンタの造形方法のひとつで、PLAなどの固形樹脂を熱で溶かし、ノズルで一層ずつ重ねていく方法です。FDMやFFF方式とも呼ばれます。

熱造形3Dプリンタ
金属のフレームに囲われたタイプの3Dプリンタ
一般的な造形の流れ
  1. データを用意
     3DCADなどを用いてSTLデータを製作またはダウンロードします。
  2. データを3Dプリント用に編集
     スライサー(ソフト)でサポート材の追加、出力の設定をする。
  3. 造形開始
     熱くなったノズルから溶けた樹脂が出てきて、一層ずつ造形していきます。
  4. 造形物をプラットフォームからはがす
  5. サポート材の除去
     ニッパーなどを使ってサポート材を除去します。
  6. 完成!

1.データを用意する

3DCADなどのソフトを使ってSTLデータを作ります。
STLデータとは、小さな三角系のポリゴンが集まってできている3次元データです。

3DCADを使えない方でも「Thingiverse」など無料で3Dデータを配布しているサイトもありますので、そこからデータを用意することもできます。

STLデータ

2.データを3Dプリント用に編集

スライサーと呼ばれるソフトを使って、STLデータを3Dプリンタが理解できるデータに変換します。
こちらではideaMakerというスライサーソフトを使用しています。
ちなみに、家庭用の3Dプリンタでは「cura」や「prusa slicer」などのスライスソフトが使いやすくて人気が高いです。

このように、スライスを行うとデータが層の集まりに変換されます。
一番下の部分は「ラフト」といって台座と造形品の密着性を良くします。

このように、スライスを行うとデータが層の集まりに変換されます。
一番下の部分は「ラフト」といって台座と造形品の密着性を良くします。
水色の部分は「サポート」というもので、造形を支える役割をします。熱積層造形は下から一層ずつ積み上げていくので「軒下」のような出っ張り部分にはこのサポート材が必要になってきます。
ラフトとサポートは造形後にニッパーなどで除去します。

3.造形開始~4.造形物を剥がす

造形を開始します。完成したら、スクレーパーなどで造形物を剥がします。

5.サポート材の除去

こちらが造形後の写真です。下についているのがラフトで、羽の下にゴチャゴチャついているのがサポート材です。これをニッパーで除去していきます。

6.完成

完成です!造形物には「積層痕」と呼ばれるザラザラがあります。
ペーパーやすりなどで表面を仕上げるとさらに綺麗になります。
今回はPETGという材料で造形しました。

熱積層造形方式の長所と短所

長所
  • 低価格で本体を購入できるものが多い
     業務用は高価ですが、家庭用で2万~10万程度のプリンタも多く販売されております。
  • 様々な材質で造形できる
     安価なプリンタの場合はPLAなどに限られておりますが、グレードが上がればABSやPETG、TPU、PCなどの材料も造形できます。
  • 比較的大きいものを造形できる
     最大造形サイズが光造形方式よりも大きい機種が多いです。家庭用プリンタでも15~20cm角程度のものが造形できます。
  • 造形が簡単
     造形してサポート材などを除去すれば完成します。光積層の場合は、洗浄や二次硬化などの手間がかかりますが、熱積層造形は工程が少ないです。
  • カラーバリエーションが豊富
短所
  • 造形物に積層痕が残りやすい
     綺麗な造形は光積層造形の方が向いています。
  • 寸法精度が低い
     機種にもよりますが光積層造形に比べると、寸法精度が低いです。
熱溶解積層方式に対応した主な材質
  • PLA
  • ABS
  • PC(ポリカ)
  • TPU
  • PET、PETG
  • ステンレス  など

※造形可能な材質は機種、メーカーによって異なります。 

光造形方式との比較
材料積層方法精度表面の仕上がり熱収縮
熱溶解積層方式(FDM)熱可塑性樹脂熱による溶解と自然硬化低い積層痕ありあり
光造形方式(SLA)光硬化性樹脂光による硬化高い滑らかなし