【FDM】 Replicator 5th Genを買ってみた【G-Code】

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MakerBot Replicator 5thを買いました。$3,000でした。
輸送料金入れると今の為替レートで考えて33万くらいです。

MR5th

今回は使う前に3Dプリンタの基本的な事について調べた内容を書きます。
ただしメモ書きなので,詳しくはトランジスタ技術6月号 3Dプリンタでまるごと電子工作 を見てください。

3Dプリンタの特徴

・手加工より複雑な形状を作り易い
・切削加工よりゴミが少ない
・機構部品を同じ寸法でいくらでも作れる

副次的に3次元でものを捉える思考が身に付くという学習的なメリットもあるかと思います。

家庭用3Dプリンタの歴史

2005年にイギリスのバース大学でRepRapというコミュニティが始まった。
そこではAdrian Bowyer教授を中心に以下のコンセプトで開発が進められた。

・オープンソース/オープンハード
・低価格
・自己増殖/自己修正可能

実際の商業化はMakerbot社が2009年にDIY3DプリンタであるCupcakeCNCが発売されたことが始まり。
後述するFDM方式の特許期限が切れたことにより、価格破壊が起きたことで普及が進んだという背景がある。

3Dプリンタの成形方式

FDM (fused deposition modeling)

溶融積層成形。近年の家庭用3Dプリンタで最も一般的な方式である。

FDM方式の3Dプリンタは以下から構成される。
– メカ部
– 制御部
– 溶解ヘッド部

・フィラメントをドラム(スプールフォルダ)にセットし,溶解ヘッドのヒーターで温め細いノズルで押し出して熱に溶ける樹脂を成型テーブルに1層ずつ積み上げていく方式。
・積層なのでz方向に段差ができやすく表面はざらつく。
・中空には出力できないがサポート材(中間形状)を出力することで解決している。
・ハニカムパターン(ミツバチの巣のような六角形)にして、充填度を下げて材料と出力時間を節約できる。
・出力エリアを超えるこのは,パーツで分割して溝をはめ込む形で実現する。
・充填率100%で造形しても積層間には必ず隙間が発生する。これはz方向の材料供給誤差が拡大するのを防ぐため。

STL (Stereo lithography)

光造形方式。歴史の古い方式で1987年に3Dシステムズ社が実用化。
紫外線を照射すると硬化する液体樹脂(光硬化性樹脂)を用いた造形方式です。多くは数百万~数千万円、0.1mm以内と精度が良く複雑で細かい物が造れる。従って業務用に多い。

樹脂フィラメントの種類

・PLA : 熱変成が少ない。また植物由来の成分で出来ている。表面処理に弱い。
・ABS : 熱可塑性を持ち、剛性、硬度、加工性、耐衝撃性、曲げ疲労性など機械的特性のバランスに優れる。サンドペーパー等の表面処理が比較的容易。最も普及。
・ABSライク : ABSに似た物性を持たせた紫外線硬化性樹脂。(UV硬化法)
・FDM Nylon 12 : 他のFDM素材に比べ約5倍の強度。キレイだがバリが立ちやすい。ちなみに,ナイロンを発明したのは米デュポン社。

FDM用のPLAとABSは基本的に径1.75mm、1kg単位でスプールに巻かれて販売されている。1.75mmはノズル射出径が精度と共に小さくなったため。また、これは工業用熱溶解方式と同じ径。

3D CAD Tools

・Autodesk 123D : 初心者向け3D CADツール。
・Autodesk Inventor Fusion : 本格的なプロ用3D CADツール
・DesignSpark Mechanical : RS製3D CADツール
・meshlab : OSSの3D Mesh Model Viewer

Data Formatに関して

・STL(Standard Tessellation Language) :
3D Systemsが開発したマシン用のファイル形式だったが、多くソフトウェアでも使われるようになり高速プロトタイピング等で利用されている。
三角形の頂点データだけで、色や質感や一般的なCADモデルの属性などは含まれないフォーマットでascii形式とbinary形式に対応。
(thingiverseはSTLデータが豊富)

・G-Code :
3Dプリンターを含むコンピューター数値制御(CNC)マシンの制御コード。
スライサがスライスデータであるG-Codeを生成する。四次元データであり, フィラメントの押し出し量も設定できる。
Slic3rやKISSlicer, Curaが有名。

Replicator 5th Genの特徴

・CES2014で発表された第5世代
・幅19.9cm x 高さ15.0cm x 奥行き25.2cmm 積層ピッチは0.1mm
・対応樹脂はPLA。ABSはサポートしていない。
・オンボードカメラを搭載
・モバイル機器からの遠隔監視機能

仕様の詳細は以下になります。

印刷技術: 熱溶解積層法
ビルドボリューム: 25.2Lx19.9Wx15.0Hcm[9.9Lx7.8Wx5.9Hin]
レイヤーの解像度: 100ミクロン
フィラメント: 1.75 mm [0.069 in] MakerBot PLAフィラメント
ノズルの直径: 0.4 mm [0.015 in]
印刷用ファイルのタイプ: .makerbot
ソフトウェア: MakerBotデスクトップソフトウェア
対応ファイル: .stl、.obj、.thing
対応OS: Windows (7+)、Mac OS X (10.7+)、Linux (Ubuntu 12.04+、Fedora 19+)
外形寸法: 52.8Lx44.1Wx41.0Hcm[20.8Lx17.4Wx16.2Hin] 出荷用箱: 57.6Lx52.1Wx54.6Hcm[22.7Lx20.5Wx21.5Hin] プリンターの重量: 16.0 kg [35.3 lbs]
出荷用重量: 17.6 kg [38.9 lbs]
動作周囲温度: 15-32°C [60-90°F] 保管時温度: 0-38°C [32-100°F]
電源: 100-240V、0.76-0.43A、50/60Hz、150W 接続: USB、Ethernet、Wi-Fi [予定]
構造: 粉体塗装スチールで補強したPC ABS ビルド表面: ブルーテープ付きのガラス板 ステッパーモーター: 1.8°ステップアングルと1/16マイクロステップ XY位置決め精度: 11ミクロン[0.0004in]
Z位置決め精度: 2.5 ミクロン [0.0001 in] カメラ
カメラの解像度: 640X480

Replicator 5th Genの評判

ネット上の評判ですが、5thのFirmWareはまだまだ発展途上でReplicator2の方を好む人も多いようです。
気になる以下のようなReplicator2の問題点は改善されているのでしょうか。

・ノズル詰まり
・ステッピングモーターのリニア運動への変換時の位置制御精度が低い

また、5htと2で共通問題であるらしい印刷ミスにはキャノーラ油が効果あり(?)という噂があります。
何よりMakerBotはサポートが充実しているという意見が多いのは心強いです。

* この記事はkarota-projectの活動に関する記事です。

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