3Dプリントしたオブジェクトのレイヤー高さは、品質、スピード、そして強度にとって重要です。 どのレイヤー高さが自分の状況に最適なのかを把握するのは良いアイデアです。

ある種の3Dプリントの状況において、最適なレイヤーの高さは何なのだろうかと疑問に思ったので、それについて少し調べてみたので、この記事でそれを共有しようと思います。

標準的な0.4mmノズルの3Dプリンティングにおける最適なレイヤーハイトは、0.2mmから0.3mmの間です。 このレイヤーハイトは、ノズル直径の25％から75％の間でなければ、印刷に問題が生じるかもしれません。

しかし、それだけではありません！自分にとって最適なレイヤーの高さを考えるには、もっと細かいところまで調べる必要があります。

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レイヤーハイト、レイヤーシックネス、レゾリューションとは？

どのようなレイヤーの高さがベストなのかを選ぶ前に、レイヤーの高さとは何かについて、みんなで認識を合わせておきましょう。

レイヤーハイトとは、3Dプリントの各レイヤーにノズルが押し出す量のことで、通常はmm単位です。 3Dプリントの品質を高めるものであるため、3Dプリントではレイヤー厚や解像度とも呼ばれます。

例えば、レゴのピースで細かいものを作ろうとすると、ブロックが大きすぎて細部がうまく表現できないのと同じです。

つまり、レイヤーの高さ、つまり「ビルディングブロック」が小さいほど品質は向上しますが、同じプリントを完成させるために押し出さなければならないレイヤーが増えることになります。

レイヤーの高さはプリント品質に影響するのか」というと、寸法精度と同様に直接影響します。 レイヤーの高さが低いほど、あるいは解像度が高いほど、3Dプリントパーツの寸法精度は高くなり、プリント品質も向上します。

レイヤーの高さは、基本的に解像度と同じです。

さて、このようにレイヤーの高さについて基本的な理解を深めたところで、3Dプリントに最適なレイヤーの高さを選ぶという本題に答えましょう。

3Dプリントに最適なレイヤーの高さは？

これは、あなたの好みによるので、最も簡単には答えられない質問です。

大急ぎで印刷したいので、レイヤーハイトを大きくしてください。

細部まで精巧に作り込まれた芸術的な作品を作りたいなら、レイヤーの高さを低くしてください。

スピードとクオリティのバランスが決まれば、あとは自分の3Dプリントの状況に合わせて、どのレイヤーハイトがいいかを選べばいいのです。

3Dプリンターのノズル径は0.4mmで、ノズル径の50%程度をレイヤーハイトとするのが一般的なレイヤーの厚さです。

PPEのフェイスマスクやフェイスシールドを3Dプリントする場合、できるだけ早くプリントすることが最大の目的です。 そのため、ノズルを大きくするだけでなく、レイヤーの高さを大きくして、完全に機能するところまで使用することになるでしょう。

細部まで作り込まれた芸術的な像のモデルを自宅に飾る場合、最高のクオリティを実現するために、ノズルの直径を小さくし、レイヤーの高さを小さくして、非常に高いレベルのディテールを得ることができます。

どれがベストなのかを正しく判断するためには、キャリブレーションキューブや3Dベンチーなどのオブジェクトを、異なるレイヤーハイトで3Dプリントして、品質を検査する必要があります。

ノズル径やレイヤーの高さを設定することで、どの程度のクオリティになるのか、参考モデルとして持っておくといいでしょう。

ただし、ノズルの直径によって、レイヤーの高さの大小に制限があることは覚えておいてください。

ノズル径に対してレイヤーの高さが低すぎる場合は プラスチックがノズルに押し戻されるようになる と、フィラメントを押し出すのに全く問題がないとは言えません。

ノズル径に対して高すぎるレイヤー高では 層がくっつきにくくする ノズルの精度や押し出しがうまくいかないためです。

3Dプリンターの世界では、レイヤーの高さをノズルの直径に対してどの程度に設定するかというガイドラインがよく知られています。

Curaでは、レイヤーの高さがノズル径の80%以上になると警告が出るようになっています。 つまり、標準的なノズル径である0.4mmの場合、レイヤーの高さが0.32mm以上になると警告が出るようになっています。

前述したように、レイヤーの高さは ノズル径の25％～75％の範囲内でご使用ください。

標準的な0.4mmノズルの場合、0.1mmから0.3mmまでの層高範囲を実現します。

1mmノズルの場合は、0.25mmと0.75mmの間で計算するのが簡単です。

通常、中間または50％のマークが良いスタートポイントになります になるように、より良い画質を求めるか、より速い印刷時間を求めるか、適宜調整することができます。

PLAやPETGの場合、0.4mmノズルの場合、0.2mmが良い層高となります。

レイヤーハイトが印刷速度や印刷時間に与える影響とは？

レイヤーの高さがオブジェクトのスピードや印刷時間に影響することは前述した通りですが、どの程度なのか。 これは幸いなことに、かなり基本的なことが分かっています。

レイヤーの高さは、プリントヘッドがレイヤーを1枚ずつ印刷するため、印刷時間に影響します。 レイヤーの高さが小さいと、オブジェクトのレイヤー数が多くなります。

レイヤーの高さが0.1mm（100ミクロン）だった場合、レイヤーの高さを0.2mm（200ミクロン）に調整すると、レイヤーの総量が実質的に半分になることになります。

例として、高さ100mmのオブジェクトがあった場合、レイヤーハイト0.1mmで1,000層、レイヤーハイト0.2mmで500層のレイヤーが存在することになります。

つまり、レイヤーの高さを半分にすると、総印刷時間は2倍になるのです。

ここでは、0.3mm、0.2mm、0.1mmの3種類のレイヤー高さの3Dベンチー（プリンタの能力をテストするための定番の3Dプリントオブジェクト）の実例を用いて説明します。

0.3mmのベンキは1時間7分、全160層です。

0.2mmベンキは1時間35分、全部で240層です。

0.1mmのBenchyを印刷するのに2時間56分かかり、480枚の個別レイヤーを完成させることができました。

の印刷時間の違いです：

• 0.3mm高さ、0.2mm高さは41％、28分です。
• 高さ0.2mmと高さ0.1mmは85％または81分（1時間21分）です。
• 高さ0.3mmと高さ0.1mmは162％、109分（1時間49分）です。

プリントベッドの大部分を占める3Dモデルや、幅の広いもの、高さのあるものは、プリント時間に大きな差が出ます。

そのため、3Dベンチャーを300%スケールでスライスすると、ビルドプレートがほとんど埋まってしまう。 レイヤーの高さによるプリント時間の差は非常に大きかった！

レイヤーハイトを0.3mmと最も大きくし、より高速にプリントすることで、プリント時間は13時間40分となりました。

次に、0.2mm 300% Benchyですが、こちらは20時間17分となりました。

最後に、1日16時間8分かかった層高0.1mmの最高品質のBenchy！

の印刷時間の違いです：

• 0.3mmの高さと0.2mmの高さは48％、397分（6時間37分）です。
• 高さ0.2mmと高さ0.1mmは97％、1,191分（19時間51分）です。
• 高さ0.3mmと0.1mmでは194％、1,588分（26時間28分）です。

通常のBenchyと300%Benchyを比較すると、相対的な印刷時間の違いに違いがあることがわかります。

これは、大きなオブジェクトを印刷する場合、品質が同じであっても、レイヤーの高さが印刷時間に大きく影響することを示しています。

レイヤーの高さとプリント時間のトレードオフにより、大きなオブジェクトにはレイヤーの高さを大きくする方が若干有利になります。

層数が多ければ印刷時間が長くなるのは当然ですが、品質はどうなんでしょう？

レイヤーの高さは品質にどう影響するのか？

個人的な見方ですが、層高0.2mmのプリントと層高0.3mmのプリントでは、50％増えてもあまり違いが分からないかもしれませんね。

このレイヤーは非常に小さなもので、遠目で見ている分には違いが分かりませんが、近くで見て、照明が当たっている時に初めてその違いが分かるのです。

試しに、3Dプリントユーザーの多くが再現している0.1mm、0.2mm、0.3mmの3種類のレイヤー高さで、Benchysを3Dプリントしてみました。

違いがわかるかどうか、見てみて、どれが0.1mm、0.2mm、0.3mmの層高か、わかるかどうか。

答えてください：

左：0.2mm、中：0.1mm、右：0.3mm

Benchysをよく見ると、前面に大きな特徴があります。 レイヤーの高さが大きくなると、レイヤーの「階段」がより目立つようになるのがわかります。

0.1mmの層高ベンキの滑らかさがプリント全体に出ているのがわかります。 遠目にはあまり違いがわからないかもしれませんが、モデルによっては層高が大きいとうまくプリントできない部分もあります。

レイヤーの高さが小さいと、前のレイヤーとの重なりやサポートがあるため、オーバーハングなどの問題にうまく対処することができます。

これを遠くから見ていたら、果たして品質の違いに気づくでしょうか？

3Dプリンターに最適なレイヤーの高さを決めるには、時間の経過による品質の向上と、多くのパーツをプリントする場合の量の増加を好むかどうかを自問すればよいでしょう。

ノズルの大きさは、レイヤーの高さに影響を及ぼします。

レイヤーの高さは強度に影響するのか？ レイヤーの高さは高い方が強いのか？

CNC Kitchenは、低精細な大きなレイヤーハイトと、非常に精密な小さなレイヤーハイト、どちらのレイヤーハイトが強度的に最適なのか、定番のビデオを作成しました。 ビジュアルとよく説明されたコンセプトで、答えを教えてくれる素晴らしいビデオです。

手っ取り早く答えが知りたいという方のために、動画を要約してご紹介します！

レイヤーの高さが一番大きいか小さいかのどちらかが上位に来るかと思いきや、実は答えは意外なものでした。 極端な値のどちらでもなく、その中間の値だったんですね。

0.05mmから0.4mmの層高で多くのフックをテストした結果、0.1mmから0.15mmの層高が強度的に最適であることを発見しました。

ノズルの大きさによって、どの層の高さがベストなのかは異なりますが。

エンダー3マジックナンバーレイヤーハイト

3Dプリンターのレイヤー高を示す「マジックナンバー」という言葉を聞いたことがあるかもしれません。 これは、Z軸のステッピングモーターが0.04mm単位で移動し、ホットエンドをその距離だけ押し出すことで実現されています。

Ender 3、CR-10、Geeetech A10など、同じリードスクリューを持つ多くの3Dプリンターで使用できます。 M8リードスクリュー、TR8x1.5台形リードスクリュー、SFU1204 BallScrewなどがありますね。

マイクロステップでは、その間の値を動かすことは可能ですが、その角度は均等ではありません。 ステッピングモーターの自然な回転を利用して、0.04mm単位でホットエンドを動かしています。

つまり、エンダー3をはじめとするさまざまな3Dプリンターで最高品質のプリントを実現するには、0.1mmのレイヤーハイトではなく、0.08mmや0.12mmなどのレイヤーハイトでプリントする必要があります。

このマジックナンバーを使うことで、マイクロステップ角度の違いによる層高のばらつきを平均化し、全体の層高を一定にする効果があります。

このことは、CHEPのChuckがYouTubeでよく説明しているので、下記でご覧ください。

ステッパーは通常、フルステップかハーフステップで動作しますが、その間を移動する場合、マイクロステップのステップ距離を決定するいくつかの変数があります。

マジックナンバーは、正確な動きを求める希望的観測を避け、半歩と全歩で精度を高めています。 命令された歩数と実際の歩数の誤差は、1歩ごとにバランスさせるのです。

0.04mmの他に、1/16マイクロステップの値である0.0025mmがあり、アダプティブレイヤーを使う場合は、0.0025で割り切れる値を使うか、半ステップの分解能0.02mmに抑える必要があります。

最適レイヤー高さ計算機

Josef Prusaは、3Dプリンタの最適なレイヤー高を決定するための素晴らしい計算機を作成しました。 いくつかのパラメータを入力するだけで、理想のレイヤー高に関する情報が出力されます。

この電卓は、長い間、多くの人が推薦し、使用しているので、自分で確認する価値があります。

エンダー3に最適なレイヤーの高さとは？

Ender 3に最適なレイヤーの高さは、求める品質に応じて0.12mmから0.28mmの間です。 ディテールが最も欲しい高品質プリントには、レイヤーの高さが0.12mmをお勧めします。 低品質で迅速な3Dプリントには、0.28mmがバランス良く優れたレイヤーの高さです。

小さなレイヤーハイトを使うことのデメリットは何ですか？

レイヤーハイトを小さくすると印刷時間が長くなるため、印刷に不具合が生じる可能性が高くなります。

レイヤーを薄くすると、必ずしも良いプリントになるとは限らず、長期的にはプリントの妨げになることもあります。 レイヤーオブジェクトを小さくすると、プリントにアーチファクト（不完全なもの）が多く発生することが知られています。

レイヤーの高さを小さくして、非常に高品質なオブジェクトを作るのは、あまり良いアイデアとは言えません。

これらの要素をバランスよく見つけることが、自分にとって最適なレイヤー高を選ぶための目標になります。

レイヤーハイトが低い方がいいのか、と思われる方もいらっしゃると思いますが、答えは前述のように目的次第です。 高品質なモデルを求めるのであれば、レイヤーハイトは低い方がいいと思います。

ノズルサイズとレイヤーハイトを見ると、0.4mmのノズルでどれだけ小さく印刷できるのか疑問に思うかもしれません。 25-75％のガイドラインで考えると、0.4mmのノズルは0.1mmのレイヤーハイトで印刷できます。

レイヤーの高さは流量に影響するのか？

レイヤーの高さは、ノズルから押し出される材料の量を決定するため、流量に影響を与えますが、スライサーで設定されている実際の流量は変わりません。 流量は、別途調整できる設定で、通常デフォルトは100%です。 レイヤーの高さを高くすると、より多くの材料を押し出すことができます。

3Dプリントのレイヤーハイトとノズルサイズとの関係

レイヤーハイトとノズルサイズの関係ですが、一般的にレイヤーハイトはノズルサイズまたは直径の50％を使用したいです。 最大レイヤーハイトはノズル直径の75～80％程度が望ましいです。 3Dプリントオブジェクトのレイヤーハイトは、自分で小さなテスト3Dプリントを異なるサイズで印刷して、望むものを選びます。

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