3Dプリンターは、強度のある素材を異形に造形できることから、多くの産業で大きな意味を持つ素晴らしい技術です。 3Dプリンターが問題なく造形できる形状でも、まだ造形できない技術もあります。

では、3Dプリントできない素材は何なのかという疑問が湧いてきます。

木、布、紙、石などの素材は、溶かしてノズルから押し出す前に燃えてしまうので、3Dプリントはできません。

この記事では、3Dプリントの能力と限界について、プリントできる素材とできない素材、そして形状について、よくある質問にお答えして行きます。

3Dプリンティングできない素材は？

FDM方式の3Dプリンターは、熱可塑性樹脂をスプールから溶かし、±0.05以下の厳しい公差で造形しています。

高温で溶けるのではなく、燃えるような素材は、ノズルから押し出すのが難しくなります。

半液体の状態と公差を満たすことができれば、その材料を3Dプリントすることができるはずです。 多くの材料は、これらの特性を満たしていません。

一方、金属用の粉末をレーザーで焼結して結合し、ソリッドモデルを作るSLS（Selective Laser Sintering）と呼ばれるプロセスも利用できます。

3Dプリントできない素材は

• リアルウッド、ただしPLAと木目のハイブリッドも可能です
• 布・ファブリック
• 紙媒体
• 岩石 - アブソルトや流紋岩のような火山性物質を溶かすことは可能ですが

実際、3Dプリントできない素材はあまり思いつきませんでした。ほとんどの素材が何らかの形で使えるようになるんですね！

3Dプリンティングの分野で材料に関する知識を得るには、この質問の反対側に目を向けると少しは楽かもしれませんね。

3Dプリントできる素材は？

さて、3Dプリントできない素材はわかったが、3Dプリントできる素材はどうだろう？

• PLA
• エービーエス
• 金属（チタン、ステンレス、コバルトクロム、ニッケル合金など）。
• ポリカーボネート（非常に強いフィラメント）
• 食品
• コンクリート（3Dプリント住宅）
• TPU（フレキシブル素材）
• グラファイト
• バイオマテリアル（生きた細胞）
• アクリル
• エレクトロニクス（回路基板）
• PETG
• セラミック
• 金（可能だが、この方法はかなり効率が悪い。）
• シルバー
• ナイロン
• ガラス
• ピーイーケ
• カーボンファイバー
• ウッドフィルPLA（木質粒子30％程度、PLA70％程度にすることができます。）
• 銅を充填したPLA（「銅含有率80％」）。
• HIPSなど多数

近年、3Dプリントは驚くほど発展し、さまざまな大学やエンジニアが、さまざまな種類の物体を3Dプリントする新しい方法を生み出しています。

電子機器でさえも3Dプリントできるのですから、ほとんどの人が想像もしなかったことでしょう。

1万円から20万円程度のバイオ3Dプリンターもありますが、基本的には細胞や生体適合材料の積層造形で、自然の生命システムを模倣した生きた構造を作り上げます。

金や銀のようなものは、3Dプリンターの力を借りて立体物を作ることができますが、実際には3Dプリンターではありません。 ワックスモデルを印刷して鋳造し、金や銀を溶かして、その溶けた金や銀を鋳物に流し込むという工程を経て作られています。

以下は、シルバータイガーのリングがどのように作られるのか、デザインから最終的なリングになるまでを紹介するクールなビデオです。

しかし、3Dプリンターという大きな力を借りて、いかに詳細なモデルを作り上げるかが、最大の魅力です。

3Dプリンターによるカスタマイズは、自分だけのモノを簡単にパーソナライズできるのが、この技術の醍醐味です。

3Dプリントできない形状は？

現実的には、制限を克服できる3Dプリント技術がたくさんあるので、どんな形が3Dプリントできないかを見つけるのは難しいでしょう。

ThingiverseのMathematical Tagを見ると、驚くほど複雑な形状やモデルがいくつも見つかると思います。

ThingiverseでSteedMakerが作成した「Puzzle Knots」はいかがでしょうか。

あるいは、Thingiverseのshockwave3dが作成した「Trefoil Knot」。

FDMでは難しい形状も、SLA印刷（レーザー光線で樹脂を硬化させる）なら可能な場合が多く、その逆もしかりです。

通常の3Dプリンターでは印刷に支障をきたすことがあります：

• 球体のようなベッドとの接触が少ない形状
• 羽毛のような非常に繊細なエッジを持つモデル
• 大きなオーバーハングを持つ3Dプリントや、空中でのプリントなど
• 非常に大きなオブジェクト
• 壁が薄い形状

このようなトラブルの多くは、オーバーハングに支持構造体を使う、薄いパーツがプリントの土台にならないように向きを変える、ラフトやブリムをしっかりした土台にする、さらにモデルを分割して作るなど、さまざまなアシストプリント手法で克服することができます。

ベッドへの接触が少ない形状

底面が小さく、ベッドとの接触が少ない形状は、他の形状のように直接3Dプリントすることができません。 なぜなら、プリントが完了する前に、対象物がベッドから飛び出してきてしまうからです。

そのため、表面との接触が少なく、本体が大きすぎて途中で外れてしまうので、簡単に球体のオブジェクトを作ることができないのです。

ラフトとは、フィラメントをメッシュ状にしたもので、これをビルドプラットフォームの上に置き、その上にモデルの最初の層をプリントするものです。

繊細でフェザーライクなエッジ

羽やナイフエッジのような非常に薄い形状を3Dプリントすることは、方向やXYZ精度、一般的な押し出し方法の関係で、3Dプリントではほとんど不可能です。

これは、数ミクロン単位の超精密な機械でしかできないことで、それでもエッジを思い通りに薄くすることはできません。 この技術は、まず解像度を上げて、プリントしたい薄さにする必要があります。

大きな張り出しのあるプリントや、中途半端な大きさのプリントなど

大きく張り出した部分を持つオブジェクトは、プリントの難易度が高く、不可能な場合もあります。

この問題は単純で、印刷する形状が前のレイヤーから離れすぎていて、そのサイズが大きいと、レイヤーがきちんと所定の位置に形成される前に折れてしまうのです。

しかし、3Dプリンターとその設定をうまく組み合わせると、ブリッジングと呼ばれる現象を利用することができるのです。

Curaには、「ブリッジ設定を有効にする」オプションで、オーバーハングを改善するためのいくつかの支援があります。

ブリッジングは、以下のビデオでご覧いただけるように、Petsfang Ductとともに、適切な設定を行うことで大幅に改善することができます。

長さ300mmのオーバーハングを比較的うまく3Dプリントすることに成功しました。 プリント速度を100mm/s、インフィルを70mm/sに変更しましたが、プリントに時間がかかるためで、さらに良い結果が得られる可能性があります。

幸い、このような大きな張り出しの下にサポートタワーを作り、それを支えて形を保つことも可能です。

超大型3Dプリント

FDM方式の3Dプリンターは、100×100×100mm程度から400×400×400mm程度のものが多いので、大きなものを一度にプリントできる3Dプリンターを見つけるのは難しそうですね。

私が見つけた最も大きなFDM方式の3DプリンターはModix Big-180Xで、1800×600×600mmの巨大な造形量と160kgの重量があります！

これは期待できるマシンではないので、その間は小型のマシンにこだわるしかない。

というのも、モデルを細かく分割して印刷し、瞬間接着剤やエポキシなどの接着剤で結合させることができるようになったからです。