ノズルサイズと材質は、3Dプリントの結果に大きな違いをもたらします。 特に研磨性の高い材料を使用する場合は、プロジェクトに最適なノズルサイズと材質を選択することを確認したいので、この記事はまさにその助けとなります。

ノズルサイズと材質を決めるには、詳細なモデルを作りたいのか、できるだけ短時間で複数のモデルを印刷したいのか、目的を知ることが一番です。 詳細さを求めるならノズルサイズは小さく、研磨材で印刷するなら硬化鋼ノズルを使用します。

3Dプリントの旅が進むと、プリント品質のパフォーマンスを向上させるために、いくつかの領域で改善を行うようになります。

この記事の続きは、ノズルサイズと材料の領域で、あなたの助けになるはずの有益な情報を提供しますので、読み進めてください。

3Dプリントに適したノズルサイズを選ぶには？

通常、ノズルサイズは0.1mmから1mmまであり、お客様のご要望に応じて様々な選択肢からお選びいただけますが、0.4mmは3Dプリンターの標準ノズルサイズとされており、ほぼすべてのメーカーがこのサイズのノズルをプリンターに搭載しています。

ノズルは、3Dプリンターにおいて、3Dモデルの印刷に貢献する最も重要な部品の一つです。

スピードとクオリティのバランスは重要な判断で、大きくて機能的なものをプリントするならば、0.8mmのような大きなノズル径がちょうどいいんです。

一方、ミニチュアのような細かいモデルを印刷する場合は、0.4mmから0.2mm程度が最も合理的です。

FDM方式の3Dプリンターでは、通常0.05mm～0.1mm、50～100ミクロンの解像度に制限されています。 この場合、小さなノズルでは大きな差は出ません。

以下では、3Dプリンターのノズルの大小を選択する際に、どのような要素が影響するのか、もう少し詳しく説明したいと思います。

3Dプリンターのノズル径は小さい方がいいのか - 0.4mm & 以下略

解像度、精度の向上、小型ノズルによる印刷時間の短縮。

前述のように、0.4mm、0.1mmと小さいノズルの方が解像度と精度が高いのですが、その分、3Dモデルの作成にかかる時間がかなり長くなってしまいます。

ThingiverseにあるMakerbot Headphone StandをCuraに入れ、0.1mmから1mmまでの様々なノズル径を入れて、全体の印刷時間を比較しました。

0.1mmノズルは、51gの材料を使用して、2日19時間55分かかります。

0.2mmノズルは55gの材料で22時間23分かかる

標準の0.4mmノズルでは、60gの材料を使用して、8時間9分かかります。

1mmノズルは2時間10分と短いですが、使用する材料はなんと112g！

本来であれば、これらのノズルの解像度や精度にかなりの差があるのですが、上記のようなシンプルな設計の場合、精密なディテールがないため、そこまで大きな差は感じられないと思います。

下の写真は0.4mmノズルですが、0.2mmノズルだともっといい感じに仕上がりますよ。

ただし、0.2mmノズルに変更する必要はなく、レイヤーハイトを下げることでその精度を生かすことができます。 ノズル径とレイヤーハイトの推奨値の25％の範囲から外れるほど小さなレイヤーハイトを使いたい場合のみです。

だから、デッドプールモデルのレイヤーハイトを0.2mmにするのではなく、0.1mmのレイヤーハイトをそのまま使うことができました。

生々しい無骨さを求めるなら、レイヤーラインが最終モデルにとって有益になるケースもある。

小型ノズルでサポーターの取り外しが容易になりました。

また、ノズルが小さいと、サポートの取り外しがしやすくなります。 サポートを3Dプリントする際も、精度が高いので、押し出しすぎず、モデルとしっかり結合してくれるのも利点です。

小径ノズルからプリントした支持体は、大径ノズルから3Dプリントした支持体と比較して、通常、取り外しが容易です。

実際に「3Dプリント用サポーターを外しやすくする方法」という記事を書きましたので、ご覧になってみてください。

ノズルが小さいと目詰まりの問題がある

ノズル径が小さいと、大きいノズルほど溶けたフィラメントを押し出せないので、流量が少なくて済みます。 ノズルが小さいと、穴が小さいので目詰まりしやすくなります。

もし、ノズル径を小さくして目詰まりが発生した場合は、印刷温度を上げるか、印刷速度を遅くしてノズルからの押し出し量をエクストルーダーの流量と一致させるのが効果的です。

非常に小さいレイヤーの高さ

例えば、0.2mmのノズルの場合、最小0.05mm、最大0.16mmの層高を持つことになり、ノズルサイズの25％から80％の層高が推奨されています。

レイヤーの高さは印刷精度や印刷時間を決める最も大きな要素なので、この適切なバランスをとることが重要です。

小型ノズルの方がオーバーハングの品質が良い

2つの高台の間に長く材料を押し出すオーバーハングをうまく印刷しようとする場合、ノズルが小さい方がはるかに性能が良いと言われています。

これは、オーバーハングを冷却ファンで補助するためで、層高や線幅を小さくして冷却する場合は、冷却する材料が少なくなるため、冷却速度が速くなり、材料が空中で固まることに多くの問題が生じないためです。

また、モデルのオーバーハング度を計算する場合、厚いレイヤーはオーバーハング距離を克服する必要があり、薄いレイヤーは下のレイヤーからのサポートが必要です。

そのため、小さなノズルで薄い層を作るには、オーバーハングを少なくする必要があります。

このビデオでは、3Dプリントのオーバーハングをうまく表現する方法について説明します。

小型ノズルの場合、研磨剤入りフィラメントでトラブルが発生することがあります。

目詰まりのトラブルと同様に、研磨剤入りフィラメントで3Dプリントする場合、小径のノズルは向いていません。 目詰まりだけでなく、ノズル孔を傷つけてしまう可能性もあるので、精密で小さなノズルの方が効果があります。

研磨剤入りのフィラメントは、ウッドフィル、グローインザダーク、カッパーフィル、ナイロンカーボンファイバーコンポジットなど、避けた方が良いものがあります。

このような研磨剤入りのフィラメントを使用する場合、小さいノズルを使用することは可能ですが、ほとんどの場合、それは避けたいと思います。

3Dプリンターのノズル径は大きいものを選ぶべき？ - 0.4mm & 以上

ノズルを大きくすることで時間が大幅に短縮されることは上の項目で説明しましたが、それ以外の点についても見てみましょう。

強さ

CNC KitchenとPrusa Researchは、小さなノズルと大きなノズルを使用した場合の3Dプリントの強度の違いを調査し、大きなノズルの方が強度面で優れていることを発見しました。

例えば、3Dプリントの外周が3つある場合、ノズルを大きくすると、外周が大きくなり、強度が増すことになります。

小さいノズルで厚い肉を押し出すことは可能ですが、時間も考慮すると、犠牲を払わなければならないでしょう。

ノズルを小さくすれば、3Dプリントの線幅やレイヤー高を増やすことができますが、ある時点からうまく物体をプリントできなくなることがあります。

0.4mmから0.6mmのノズルを使用することで、耐衝撃性が25.6％向上することがわかりました。

プルーサ社の研究結果では、大型ノズルで印刷したものは強度が高く、衝撃吸収性が高いとしています。

研究によると、直径0.6mmのノズルで印刷したモデルは、0.4mmのノズルで印刷した物体に比べて、25％以上のエネルギーを吸収することができます。

大型ノズルで目詰まりしにくい

ノズルが小さいと目詰まりしやすいのと同様に、ノズルが大きいとフィラメントの流量の自由度が高いため、目詰まりしにくくなります。 ノズルが大きいと圧力がかかりにくく、エクストルーダーと一直線にフィラメントを押し出すことができます。

印刷時間の短縮

ノズルの直径が大きいと、より多くのフィラメントを押し出すことができ、より速くモデルを印刷することができます。

これらのノズルは、魅力的な外観を必要とせず、それほど複雑でない対象物を印刷する必要がある場合に最適です。 また、時間を節約する場合にも理想的な選択肢です。

大型ノズルで研磨材が流れやすい

研磨剤入りのフィラメントで3Dプリントする場合は、標準的な0.4mm以上のノズルが目詰まりしにくいのでおすすめです。

0.2mmなどの小口径ノズルに比べ、大口径ノズルは目詰まりした場合でも修理がしやすくなります。

研磨フィラメントの場合、ノズルの材質も重要な要素になります。

レイヤーの高さが大きくなる

ノズルサイズが大きいと、層高が高くなります。

ノズル径0.6mmでは最大0.48mm、ノズル径0.8mmでは最大0.64mmと、ノズル径の80％を超えないようにすることが推奨されています。

低解像度＆高精度

前述したように、ノズル径が大きくなると、印刷品質があまり細かくならないんです。

大型ノズルは厚い層を押し出すので、高精度や高解像度を必要としない場合に使用します。 大型ノズルは、そのような3Dプリントに最適な選択です。

3Dプリンターのノズルサイズはどれを選ぶべき？

ノズルサイズは、一般的な3Dプリントでは0.4mmノズルが最適です。 細かいモデルを3Dプリントしたい場合は0.2mmノズルを、より早く3Dプリントしたい場合は0.8mmノズルを、ウッドフィルPLAなどの研磨性の高いフィラメントを使用する場合は0.6mmノズル以上を使用します。

必ずしも1つのノズルサイズだけを選ぶ必要はありません。 Amazonの「LUTER 24PCs MK8 M6 Extruder Nozzles」なら、自分で試してみることができますよ！

ノズル径が小さいと印刷時間が長くなり、大きいと印刷品質が低下することを実感していただけると思います。

得ることができます：

• x2 0.2mm
• x2 0.3mm
• x12 0.4mm
• x2 0.5mm
• x2 0.6mm
• x2 0.8mm
• x2 1mm
• 収納ボックス（無料

0.4mmノズルの方が使いやすいからと、そのまま使っている人も多いようですが、その分、メリットも多いのです。

機能的な3Dプリントや花瓶などは、1mmノズルでも十分見栄えがします。 機能的な3Dプリントは見栄えは必要ないので、0.8mmノズルは非常に有効なのです。

アクションフィギュアのような細かいミニチュアや、有名人の頭の3Dプリントには、0.2mmノズルのような小さなノズルを使うのがよいでしょう。

3Dプリンターで使用するノズルサイズを選ぶ際には、さまざまな要素を考慮する必要があります。

ノズルの大小については以上の通りですが、以下、ノズルのサイズを正確に選ぶためのポイントをご紹介します。

もし時間を重視し、短期間でプロジェクトを完了させなければならないのであれば、ノズルの直径が大きい方が、より多くのフィラメントを押し出すことができます。 ノズルのサイズが小さい場合に比べて、プロジェクト完了までの時間が短くなります。

大型のモデルをプリントする場合や、時間の制約がある場合は、0.6mmや0.8mmといった大きなノズルサイズを選択するのが理想的です。

より細かいディテールモデルや高精度なモデルを作るなら、0.2mmや0.3mmがおすすめです。

通常の3Dプリントでは、0.3mmノズルから0.5mmノズルまで問題なく使用できます。

0.1mmノズルで3Dプリントは可能か？

0.1mmノズルで3Dプリントすることは可能ですが、Curaまたは選択したスライサーで線幅を0.1mmに設定する必要があります。 レイヤーの高さはノズル直径の25％～80％の間とし、0.025mm～0.08mmの間とします。

本当に小さなミニチュアを作るのでなければ、様々な理由から0.1mmのノズルで3Dプリントすることはお勧めしません。

まず、0.1mmノズルでは3Dプリントにどれくらいの時間がかかるかですが、本当に細かい部分を3Dプリントする場合は、最低でも0.2mmノズルにすると、それくらいのノズル径でも驚くほどのクオリティを得ることができますね。

また、溶けたフィラメントを小さな穴から押し出すための圧力も大変です。

3Dプリントは、ゆっくり、高温で行わなければなりませんが、それ自体がプリントの問題につながります。 移動に必要なステップは本当に小さく、プリントのアーティファクトや不完全さをもたらすことさえあります。

0.1mmノズルで印刷するためには、しっかりとした3Dプリンターと多くの経験が必要です。

押出・線幅とノズル径サイズとの関係

線幅はノズルサイズと等しくあるべきかという質問が多くありますが、Curaはそう考えているようです。 Curaのデフォルト設定では、線幅は設定で設定したノズル径に正確に自動的に変更されることになっています。

3Dプリンター界では、ラインや押し出し幅をノズル径以下に設定しないのが標準的なルールです。 より細かい品質のプリントや良好な接着を得るには、ノズル径の120％程度にするとよいでしょう。

Slic3rソフトウェアは、線幅をノズル径の120%に自動設定します。

CNC Kitchenによる以下のビデオでは、ステファンの強度テストにより、150%程度の押し出し幅が最も強い3Dプリント、つまり「破壊強度」が高いことが判明しています。

線幅は、レイヤーの高さとノズル径を考慮して設定するべきだという意見もあります。

例えば、ノズルが0.4mmで、レイヤーハイトが0.2mmの場合、線幅は0.4 + 0.2 = 0.6mmのように、この2つの数字の合計となります。

つまり、0.4mmのノズルでプリントする場合の線幅は、0.48mm程度が理想的だというのです。

押出幅は多くのメリットをもたらしますが、大きなメリットは強度です。

線幅が細いと、物体の形状が正確で滑らかになり、フローエラーが発生しにくくなりますが、押し出し幅が大きいと、層が一体化して物質が圧縮されるため、強度が大きくなります。

機能体のように強度が必要なものをプリントしたい場合は、押し出し幅を大きく設定するのが効果的です。

押出幅を変更する際には、温度や冷却機構を適宜管理し、プリンターが最適な印刷環境になるようにすることが推奨されます。

ダイ・スウェルと呼ばれる、押し出された材料の実際の幅を広げる現象があり、0.4mmのノズルでは、0.4mm幅のプラスチックのラインは押し出せません。

ノズル内の押出圧力は、ノズルから押し出されるにつれて高くなりますが、同時にプラスチックを圧縮します。 圧縮されたプラスチックは、押し出されるとノズルの外に出て膨張します。 3Dプリントがわずかに縮むのはなぜかというと、これが理由の一部です。

これは、3Dプリント全体を通して、ベッドの接着と層の接着を助けるのに良い仕事です。

密着度が低い場合、Curaの「Intial Layer Line Width」の設定を大きくする人がいます。

3Dプリンターで選ぶべきノズル素材とは？

3Dプリンターで使用されるノズル素材には、いくつかの種類があります：

• 真鍮ノズル（最も一般的なもの）
• ステンレス製ノズル
• 焼入れ鋼ノズル
• ルビーチップノズル
• タングステンノズル

一般的な材料で印刷する場合は真鍮ノズルで十分ですが、より高度なフィラメントを使用する場合は、より硬い材料に変更することをお勧めします。

以下、素材の種類ごとに解説していきますね。

真鍮ノズル

真鍮ノズルは、そのコスト、熱伝導性、安定性など多くの理由から、3Dプリンターで最も広く使用されているノズルです。

PLA、ABS、PETG、TPE、TPU、ナイロンなど、ほぼすべての種類のフィラメントでプリントすることが可能です。

真鍮ノズルの唯一の欠点は、研磨性のあるフィラメントを広範囲に扱えないことです。 研磨性のないフィラメントにこだわるのであれば、真鍮ノズルは素晴らしいです。

炭素繊維のような研磨性の高いフィラメントでは、長持ちしないのです。

上記のように、高品質でノズルサイズも充実している「24PCs LUTER Brass Nozzles」に軍配が上がりますね。

ステンレス製ノズル

研磨材を扱うことができるノズルのひとつにステンレスノズルがありますが、食品に関わる製品に広く使われているのも大きな特徴です。

ノズルが鉛フリーであることを確認し、3Dプリントを汚染しないようにする必要がありますが、ステンレス製ノズルはそれを証明することができます。

ただし、このノズルは短期間しか使用できないので、研磨剤入りのフィラメントで印刷する必要がある場合にのみ購入することをお勧めします。

ノズルを購入する際は、信頼できる業者から購入したことを確認してください。

アマゾンのUxcell 5Pcs MK8 Stainless Steel Nozzleはなかなか良さそうですね。

焼入れ鋼ノズル

硬化鋼ノズルの優れた点は、真鍮やステンレス鋼ノズルと比較して、より長い期間使用できる耐久性です。

硬化鋼ノズルは、熱伝導率が低く、印刷に高い温度を必要とすること、鉛フリーではないため、皮膚や食品に触れる可能性のある印刷物への使用が制限されていることなどが挙げられます。

ステンレスノズルに比べて長寿命なので、研磨材を使用する印刷が多いユーザーには最適です。

硬化鋼ノズルは、ナイロンX、カーボンファイバー、真鍮充填、スチール充填、鉄充填、ウッド充填、セラミック充填、グローインダークフィラメントに美しく作用します。

多くのユーザーが愛用しているAmazonの「GO-3D Hardened Steel Nozzle」をチョイスしてみます。

ルビーチップノズル

真鍮を主体に、先端をルビーにしたノズルハイブリッドです。

真鍮は安定性と熱伝導性に優れ、ルビーチップはノズルの寿命を延ばします。 この素材も研磨用フィラメントと相性が良く、耐久性と精度に優れています。

研磨フィラメントのユーザー向けに特別に設計されており、一定の研磨に耐えることができるため、最良の選択肢の1つと考えられています。 ただ、価格が高いため、あまり人気がありません。

BC 3D MK8 ルビーノズルは、PEEK、PEI、ナイロンなどの特殊な素材にスムーズに対応する、Amazonのイチオシ商品です。

タングステンノズル

このノズルは耐摩耗性が高く、研磨剤入りのフィラメントを長時間使用することができます。 どれだけ使用しても、そのサイズと形状が同じであれば、常に素晴らしい結果を提供することができるはずです。

熱伝導率が高く、ノズルの先端まで熱が届きやすく、溶けたフィラメントの温度を維持しやすい。

独自の内部構造と良好な熱伝導性により、印刷品質を損なうことなく印刷速度を向上させました。 研磨性フィラメントと非研磨性フィラメントの両方に使用できます。

私は、AmazonのMidwest Tungsten M6 Extruder Nozzle 0.6mmノズルを推します。 安全で使いやすく、また完全に無害です。 このノズルもアメリカにある製造会社のもので、いつも歓迎されています！

主な素材についてのより詳細な回答は、私の記事「3Dプリンター用ノズル - 真鍮 vs ステンレス鋼 vs 硬化鋼」をご覧ください。

3Dプリンターに最適なノズルとは？

一般的な3Dプリントには、真鍮製の0.4mmノズルが最適です。 細かいモデルを3Dプリントしたい場合は、0.2mmノズルを、より速く3Dプリントしたい場合は、0.8mmノズルを使います。 木質充填PLAのように研磨性のあるフィラメントには、硬化鋼ノズルを使うとよいでしょう。

この質問に対する完全な答えは、お客様の3Dプリンティングの要件や用途によって本当に異なります。

家庭用3DプリントでPLA、PETG、ABSなどの一般的な印刷材料を使用する場合は、標準の真鍮ノズルが最適です。 真鍮は熱伝導率が最も高く、3Dプリントに適しています。

研磨材を印刷する場合は、真鍮以外の硬化鋼やステンレス鋼のノズルを検討する必要があります。

ルビーチップノズルやタングステンノズルは、研磨剤入りのフィラメントで大きなモデルを印刷する場合に適しています。

肌や食べ物に触れるものを頻繁に印刷する場合は、鉛を含まないノズルを選ぶとよいでしょう。 このようなシーンでは、ステンレス製のノズルが理想的です。

3Dプリンターのノズルサイズとレイヤーの高さの関係

つまり、0.4mmノズルを使用する場合は、0.32mmを超えないようにする必要があります。

0.4mmのノズルで0.04mmのレイヤーハイトで印刷した、という人もいます。

たとえ0.4mmのレイヤーハイトで印刷できたとしても、レイヤーハイトがノズルサイズの25％以下になることは、印刷品質に大きな影響を与えず、印刷時間を長くするだけなので、専門家はレイヤーハイトを25％以下にしないように勧めています。