3Dプリントのオーバーハングを改善する方法を学ぶことは、プリントの品質を向上させるためのスキルです。 私は過去にオーバーハングがかなり悪かったので、それを改善するための最善の方法を見つけることにしました。 実は思ったより難しくはありませんよ。

オーバーハングを改善するには、ファンのアップグレードやファンダクトで冷却を改善し、溶けたフィラメントに冷気を当てる必要があります。 モデルの角度を45度以下にすると、悪いオーバーハングを減らすことができます。 また、レイヤーの高さや印刷速度、印刷温度を下げると、フィラメントはそれほど溶けず、より早く冷却することができます。

この記事では、オーバーハングを改善するための出発点として、この問題の理解や各メソッドがオーバーハングを改善するためにどのようにアシストするのか（動画付き）、かなり重要な部分に踏み込んでいますので、続きをご覧ください。

3Dプリンターにおけるオーバーハングとは？

3Dプリントにおける「はみ出し」とは、ノズルから押し出されたフィラメントが前のレイヤーに「はみ出し」てしまい、宙に浮いた状態で十分に支えることができない状態を指します。 その結果、押し出されたレイヤーが「はみ出し」、下の土台がうまく作れないため、プリント品質が悪くなります。

良い張り出しとは、斜め45度以上の角度で3Dプリントできることです。 例えるなら、Tの字を3Dプリントしようとしているようなものですね。

文字の真ん中あたりまではきれいに支えられているので大丈夫なのですが、一番上の行になると、この90°の角度があまりにも鋭すぎて、下に支えがないんですね。

それがオーバーハングと呼ばれるものです。

3Dプリンターがどの程度オーバーハングに対応できるのか、10°から80°までの角度で試すことができるオーバーハングテストがありますが、正しい手順を踏めば、かなり良い結果が得られます。

Thingiverseで最も人気のあるオーバーハングテストは、majda107によるMini All in One 3D Printer Testで、3Dプリンタのいくつかの重要な機能をテストします。 サポートなし、100%インフィルで印刷され、プリンタの能力を本当にテストします。

鋭角に張り出した部分を印刷するのは、次の押し出し層の下に十分な支持面がないため困難です。 実質的に空中で印刷することになります。

3Dプリントでは、45°以下の角度をプリントするのが一般的で、それ以上の角度はオーバーハングによる悪影響が出ます。

この角度の物理的な背景は、45°の角度をイメージすると、ちょうど90°の角度の真ん中に位置し、層の50%がサポート、50%がアンサポートということです。

50%を超えると、強固な土台に必要な支持力を上回り、角度が離れるほど悪くなります。 強力な3Dプリントを成功させるためには、レイヤーの表面積を増やして接着させることが必要です。

モデルによっては複雑なものもあり、そもそもオーバーハングを避けるのはかなり難しい。

しかし、3Dプリンターがどれだけオーバーハングを実現できるかは、様々な方法で改善することが可能です。

3Dプリントのオーバーハングを改善する方法

先に述べたように、モデルが45°以上の角度を持たないようにすることは、オーバーハングに対する素晴らしい解決策ですが、3Dプリントで実践できるオーバーハングを改善する方法は、他にもたくさんあります。

3Dプリントのオーバーハングを改善する方法をご紹介します。

1. 部品のファン冷却を増やす
2. レイヤーの高さを低くする
3. モデルの向きを変える
4. 印刷速度を落とす
5. 印刷温度を下げる
6. レイヤー幅を小さくする
7. モデルを複数のパーツに分割する
8. サポート構造を利用する
9. 面取りをモデルに組み込む
10. 3Dプリンターをチューンナップする

1.部品のファン冷却を強化する

オーバーハングを改善するには、まずレイヤーの冷却効率を上げる必要があります。 そのためには、ファンを高品質なものに交換するか、3Dプリントに冷風を適切に導くファンダクトを使用することになるでしょう。

3Dプリントの片側が冷却され、もう片側は冷却が十分でないためにオーバーハングしていることがよくあります。 このような場合、かなり簡単に問題を修正することができます。

ファンと冷却がうまく機能するのは、材料がノズルから押し出されると同時に、溶融温度よりもはるかに低い温度まで冷却され、すぐに固まるからです。

フィラメントを押し出すと硬くなるので、下支えがなくても土台を作ることができます。 これは、橋と同じで、2つの突起の間に材料を押し出すことで、橋を作ることができます。

良いブリッジができれば、素晴らしいオーバーハングができる。だから、これらのオーバーハング改善のヒントのほとんどは、ブリッジにも通じる。

• 高品質なファン - Noctuaファンは、何千人ものユーザーが愛用している素晴らしいアップグレードです。
• ペッツファンダクト（Thingiverse）または他のタイプのダクト（エンダー3）を3Dプリントしてください（非常によく機能することが証明されています）。

2.レイヤーの高さを小さくする

次に、レイヤーの高さを下げると、押し出されたレイヤーが働く角度が小さくなるので効果的です。

押し出したレイヤーを階段のようにイメージすると、階段が大きいほど前のレイヤーの端から材料がはみ出る、つまりオーバーハングがあることになります。

一方、階段の高さ（レイヤーの高さ）が小さいと、各レイヤーの土台や支持面がより近くなり、次のレイヤーの土台となる。

印刷時間が長くなりますが、素晴らしいオーバーハングや甘い印刷品質を得るために必要な場合もあります。 通常は、時間の犠牲よりも良い結果が得られます！

3D Printing Professorによる以下の動画は、これを実にうまく説明しています。

Curaの0.4mmノズルのデフォルトのレイヤー高さは0.2mmで50%です。 ノズル径に対するレイヤー高さの一般的なルールは、25%から75%です。

つまり、0.01mmの層高から0.03mmまでの範囲を使用することができます。

• 3Dプリンターのレイヤーハイトを0.16mmや0.12mmにしてみるとか。
• レイヤーの高さに「マジックナンバー」を導入し、マイクロステップが発生しないようにしてください。

3.モデルの向きを変える

3Dプリントモデルを回転させ、プリントする角度を調整することで、オーバーハングを軽減することができます。

いつもうまくいくとは限りませんが、場合によっては完璧に機能することもあります。

45度以下にはできないかもしれませんが、かなり近い角度まで下げることができます。

樹脂製3Dプリントの場合、接着性を高めるため、ビルドプレートに対して45°になるように3Dプリントすることをお勧めします。

• モデルを回転させ、オーバーハングを軽減する
• 3Dプリントモデルの向きを自動的に調整するソフトウェアを使用します。

Makers Museでは、プリントの向きの詳細について、強度と解像度の観点から説明したビデオを公開しており、プリントの向きがいかに重要であるかをより深く理解することができます。

向き不向きは常にトレードオフの関係にあり、場合によっては両方の長所を生かすことができることを説明しています。 そのためには、ちょっとした工夫とパーツのレイヤーメイクの知識が必要です。

4.印刷速度を落とす

印刷速度を下げると、押し出されたレイヤーが冷却される時間が長くなり、良い土台を作ることができるのですが、これは冷却と関連しています。

印刷速度の低下、冷却の改善、レイヤーの高さの減少、パーツの向きなどを組み合わせれば、3Dプリントのはみ出しの存在を大幅に減らすことができます。

5.印刷の温度を下げる

3Dプリンターの最適温度は、できるだけ低い温度できれいに押し出せる温度です。 他の目的がない限り、実際に必要な温度よりも高いノズル温度を使用するのは避けたいところです。

これは、フィラメントが必要以上に液状で高温になるため、溶けたフィラメントでは冷却が効かなくなり、オーバーハングの減少につながるからです。

プリント温度を高くすれば、パーツの強度を高めたり、押し出し不足の問題を軽減したりすることができますが、3Dプリンターを細かく調整すれば、温度を解決策として使わなくても、多くの問題を解決できることがほとんどです。

私なら、フィラメントの温度範囲内でいくつかの温度をテストできるように校正された温度タワーを使って、試行錯誤をします。

例えば、10部の温度タワーでフィラメント温度範囲を195～225℃とした場合、開始温度を195℃とし、その後3℃刻みで225℃まで上昇させることができます。

この方法を使えば、完璧な温度を設定することができ、その後、印刷品質がきれいに見える最低温度を確認することができます。

GaaZoleeはThingiverseで素晴らしいSmart Compact Temperature Calibration Towerを作成しました。

• 最適な印刷温度を見つける
• 必要以上に高い温度で使用すると、材料の流れが悪くなることがあります。

6.レイヤーの幅を小さくする

この方法は、押し出された材料の各層の重量が減少するため、多少は効果があります。 層の重量が減少すれば、前の層にかかる質量や力は減少します。

オーバーハングの物理を考えてみると、層の高さが減少し、オーバーハングの角度で自重を支えることができるようになることに関係しています。

また、層幅を小さくすることで、冷却する材料が少なくなり、押し出された材料の冷却が速くなるというメリットもあります。

レイヤー幅を小さくすると、より少ない材料を押し出すことになるので、残念ながら全体の印刷時間が長くなることがあります。

7.モデルを複数のパーツに分割する

この方法は、他の方法よりも少し邪魔になりますが、厄介なプリントに素晴らしい効果を発揮します。

Meshmixerを使った簡単なチュートリアルは、以下のJosef Prusa氏のビデオでご覧いただけます。

3Dプリンターユーザーも、大きなプロジェクトがあり、比較的小さな3Dプリンターでは全体を収めることができない場合に行います。 ストームトルーパーのヘルメットのように、いくつかのパーツに分割して1つのオブジェクトを作るプリントもあり、20以上のパーツを必要とします。

8.サポート構造を利用する

支持構造体を使うのは、オーバーハングを改善するための安易な方法です。

多くの場合、方向性、レイヤーの高さ、冷却のレベルなどに関わらず、サポート材を完全に避けることは難しいと思われます。

スライサーでサポート構造を追加する必要がある場合もあります。 サポートを詳細にカスタマイズできるスライサーもあります。

下のCHEPさんの動画では、専用のプラグインを使ってカスタムサポートを追加する方法を紹介していますので、気軽にチェックしてサポートを減らしてみてくださいね。

9.面取りをモデルに組み込む

面取りをモデルに組み込むことは、モデルの実際の角度を小さくすることになるので、オーバーハングを減らすにはかなり良い方法です。 面取りは、オブジェクトの2つの面の間の移行エッジと表現されます。

つまり、物体の両側が90°に鋭角に曲がるのではなく、直角のエッジやコーナーを切り取るような曲率を加えることで、左右対称のスロープエッジを作ることができるのです。

通常、大工仕事で使われることが多いのですが、3Dプリンターでは、特にオーバーハングに素晴らしい用途があることは間違いありません。

オーバーハングは45°の法則に従うので、面取りはオーバーハングを改善するのに最適な方法です。 面取りが実用的でない場合もありますが、きれいに仕上がる場合もあります。

面取りをすると、モデルの印象が大きく変わるので、その点は注意してください。

10.3Dプリンターをチューニングする

オーバーハングとは関係ありませんが、3Dプリンター全体の品質や性能に関わることとして、最後に3Dプリンターをチューニングすることが挙げられます。

3Dプリンターは耐久性に優れていますが、ベルト、ローラー、プリントノズル、ロッドなど、特に注意が必要なパーツがあります。

• パーツ＆ランプをチェックし、消耗が目立つパーツは必ず交換すること。
• 3Dプリンター周辺のネジやベルトを締め付ける
• 定期的に軽いミシン油やソーイングオイルをロッドに塗ると、ロッドがスムーズに動くようになります
• エクストルーダーやファンにはホコリや残滓がたまりやすいので、掃除してください。
• ビルドサーフェスのクリーンさと耐久性を確保する
• ノズルを200℃に熱してフィラメントを挿入し、100℃まで熱を下げてからフィラメントを強く引っ張る、コールドプルを頻繁に行います。

オーバーハングを改善する方法はたくさんありますが、この記事を読んで、最終的に自慢できるオーバーハングを手に入れるための正しい方向に進むことができれば幸いです。