3Dプリントは機能的な用途が多いので、それなりの強度が必要です。 美的な3Dプリントであっても、ある程度の強度があれば、十分耐えうることができます。

今回は、3Dプリントしたパーツをより強くし、耐久性に自信を持てるようにする方法を紹介します。

3Dプリントをより良く、より強くするための良いヒントを得るために、このまま読み進めてください。

なぜあなたの3Dプリントは柔らかく、弱く、脆いのですか？

3Dプリントが脆くなったり弱くなったりする主な原因は、フィラメントに水分が蓄積することです。 3Dフィラメントの中には、過度の露出によって空気中の水分を吸収しやすいものがあります。 水分を吸収したフィラメントを高温で加熱しようとすると、気泡や破裂が生じ、押し出しが弱くなります。

フィラメントを効果的に乾燥させる方法はいくつかありますが、まずはフィラメントスプールをオーブンに入れ、弱火で加熱する方法です。

オーブンの温度は、特に低い温度ではかなり不正確なことがあるので、まず温度計で正しく校正されていることを確認する必要があります。

また、Amazonの「SUNLU フィラメントドライヤー」のような専用のフィラメントドライヤーを使う方法もあります。 これを使うと、ほとんどの人が、効果がないと思っていたフィラメントを保存できて、とても満足しているようです。

しかし、「十分に加熱されない」という声もあり、評価は分かれるところですが、これらは故障の可能性もあります。

吸湿性の高いナイロンを3Dプリントしているユーザーが、SUNLUフィラメントドライヤーを使用したところ、きれいにプリントできるようになったとのこと。

大きなビニール袋やダンボール箱など、保温性の高いものを使うのがおすすめです。

その他、プリントの柔らかさ、弱さ、もろさの要因として、インフィル密度や肉厚が考えられます。 以下に、3Dプリントの強度を向上させるアイデア手法を紹介します。

3Dプリントをより強くする方法 PLA、ABS、PETG、その他

1.強度の高い素材を使用する

場合によっては弱いと言われる素材を使うのではなく、強い力や衝撃に耐えられる素材を選ぶことができます。

Amazonの「Polycarbonate with Carbon Fiber Reinforcement」のようなものがおすすめです。

このフィラメントは、3Dプリントに本物の強さをもたらすとして、3Dプリントコミュニティで多くの支持を集めています。 600を超える評価があり、執筆時点では現在4.4/5.0となっています。

ABSに比べ、印刷が簡単なのが一番の特徴です。

また、機能的な3Dプリントや一般的な強度のために広く使われているフィラメントとして、OVERTURE PETG 1.75mmフィラメントがあり、PLAよりも少し強いことが知られていますが、それでもかなり簡単に3Dプリントすることができます。

2.肉厚の増加

3Dプリントを強化する方法として、肉厚を増やすという方法があります。 肉厚とは、3Dプリントの外壁の厚さのことで、「壁線数」と「外周線幅」で測定されます。

肉厚は1.2mm以下ではダメで、最低でも1.6mmはあったほうがいいのですが、より強度を求めるのであれば、もっと厚くてもいいと思います。

また、肉厚を増やすとオーバーハングが改善され、3Dプリントの水密性が高まるというメリットもあります。

3.インフィル密度の向上

インフィルパターンとは、印刷する物体の内部構造のことです。 インフィルの量は主に作成する物体によって異なりますが、一般的には強度を確保するために20％以上のインフィルが必要と言われています。

さらに上を目指すなら、40％以上まで上げることも可能ですが、インフィル密度を高めるには収穫が少なくなります。

インフィル密度を高くする前に、まず肉厚を厚くすることをおすすめします。

一般的に、3Dプリンターのユーザーは、実際に機能性が必要で、プリントに負荷がかかる場合を除き、40%を超えることはありません。

多くの場合、キュービックインフィルパターンの10％インフィルでも、強度的にはかなり効果があります。

4.強いインフィルパターンを使う

強度を高めるために作られたインフィルパターンを使うことで、3Dプリントを強化することができます。 強度を高めるというと、GridやCubic（ハニカム）パターンが使われることが多いですね。

トライアングルパターンは強度的にもすごくいいのですが、トップレイヤーの厚みがないとトップ面が均一にならないので、注意が必要です。

インフィルパターンはインフィル密度と密接な関係があり、インフィル密度10％でも強いインフィルパターンがあります。 Gyroidは低いインフィル密度でも性能が良いことが知られていますが、全体としてはあまり強いインフィルパターンではありません。

Gyroidは、フレキシブルなフィラメントや、HIPSのような溶解性のあるフィラメントを使用する場合に適しています。

3Dプリントをスライスしながら、「プレビュー」タブで実際のインフィルの密度を確認することができます。

5.オリエンテーション（押し出し方向）を変える

プリントベッドに水平、斜め、垂直に置くだけで、3Dプリントの作成方向によってプリントの強度が変わってきます。

長方形の3Dプリントの向きを変えて実験したところ、部品の強度が大きく変わったという人もいるようです。

3Dプリントが壊れるのは、たいていレイヤーラインが分離していることが原因です。

そこで、3Dプリントした部品の重量や力が最もかかる方向を把握し、その方向と同じ方向にレイヤーラインがないように、逆にレイヤーラインがあるように部品の向きを調整することができます。

3D-Prosは、棚板を2つの向きで3Dプリントし、片方は失敗し、もう片方はしっかりと立っている様子を見せました。

棚板の向きを平らにするのではなく、棚板を横にして3Dプリントすることで、力がかかって壊れやすい部分に沿ってではなく、横方向に層を作ることができます。

最初は戸惑うかもしれませんが、視覚的に見ることで理解を深めることができます。

3Dプリントの向きは、以下のビデオでご確認ください。

6.フローレートを調整する

流量を調整することで、3Dプリントを強化することができます。 ただし、押し出し不足や押し出し過ぎを引き起こす可能性があるので、かなり小さな変更にとどめたいですね。

外壁フロー」「内壁フロー」「インフィルフロー」「サポートフロー」など、3Dプリントの特定の部分のフローを調整することができます。

ただし、ほとんどの場合、流量の調整は別の問題の一時的な解決策なので、流量の調整よりも線幅を直接拡大する方がよいでしょう。

7.線幅

スライサーとして有名なCuraでは、線幅をプリントのレイヤー高さの偶数倍に調整することで、実際に3Dプリントしたオブジェクトの強度を高めることができると言及しています。

線幅は、流量と同様に、また押し出しの過不足につながるので、あまり調整しないようにしてください。 プリントスピードを調整することで、間接的に流量や線幅をある程度調整することができますので、お勧めします。

8.印刷速度を遅くする

プリント速度を低くすると、前述したように、速度が速すぎる場合に生じる隙間を埋めるために、より多くの材料を残すことができるため、3Dプリントの強度を高めることができます。

線幅を大きくする場合は、Print Speedも大きくして、Flow Rateをより一定に保ちたい。 これは、正しくバランスをとることで印刷品質を向上させることもできます。

印刷速度を落とすと、フィラメントが熱を持つ時間が長くなるため、印刷温度を下げなければならない場合があります。

9.冷房を減らす

冷却が早すぎると、加熱されたフィラメントが前の層と適切に接着するのに十分な時間がないため、層の接着不良につながります。

3Dプリントする素材によっては、冷却ファンの回転数を下げることで、プリント中にパーツが強く結合するようにすることもできます。

PLAはかなり強力な冷却ファンで最もよく機能しますが、印刷温度、印刷速度、流量とのバランスを取るようにすることもできます。

10.レイヤーを厚くする（レイヤーの高さを上げる）

レイヤーを厚くすることで、レイヤー間の密着性が向上します。 レイヤーを厚くすると、隣接するレイヤー間の隙間が多くなります。 テストでは、レイヤーの高さを大きくすると、より強い3Dプリントができることが確認されました。

レイヤーハイト0.3mmは、レイヤーハイト0.1mmよりも強度面で優れていることが示されています。 特定の3Dプリントでプリント品質が必須でない場合は、レイヤーハイトを大きくしてみましょう。 プリント時間が短縮されることもメリットです。

層の高さが異なる場合の強度試験について、詳しくは以下の動画をご確認ください。

11.ノズルサイズを大きくする

3Dプリントの印刷時間を短縮できるだけでなく、0.6mmや0.8mmといった大きなノズル径を使用することで、パーツの強度を高めることができます。

ModBotによる以下のビデオでは、どれだけ速くプリントできるようになったか、また、レイヤーの高さを上げることで強度が増したか、その過程を紹介しています。

また、フィラメントの押し出しがスムーズになり、層の密着性も向上します。

その他、3Dプリントを強化するために試してみたいこと

3Dプリントのアニール

アニール3Dプリントは、3Dプリントしたものを高温下に置くことで、その完全性を強化する熱処理プロセスです。 Fargo 3D Printingのテストによると、40％の強度アップを示した人がいます。

ヨーゼフ・プルサがアニールに関するビデオで、PLA、ABS、PETG、ASAの4種類の素材をテストし、アニールによってどのような違いが生じるかを確認しているのが印象的です。

3Dプリントの電着塗装

水と金属塩の水溶液に印刷部品を浸し、電流を流すことで、印刷部品の周囲に薄い皮膜のような金属カタイオンを形成させるというもので、実用的かつ安価なため、普及が進んでいるようです。

メッキの素材には、亜鉛、クロム、ニッケルがあり、この3つは最も工業的な用途に使われます。

その結果、3Dプリントの強度を高めることができます。

3Dプリントの電気メッキについては、以下のビデオをご覧ください。

電気メッキについて、模型に素晴らしい仕上げをするための簡単な手順を説明した、もう一つの素晴らしいビデオをご覧ください。

完成した3Dプリントを強化する方法：エポキシコーティングを使用する。

エポキシは、ポリエポキシドとも呼ばれる機能性硬化剤で、読み取った模型をより強くするために使用します。

エポキシ樹脂が垂れないように、刷毛を使って3Dプリントに優しく塗ります。 隙間や届きにくい角には小さめの刷毛を使い、外装の隅々まで行き届くようにします。

3Dプリント用エポキシコーティングとして非常に人気があり、多くの人が成功を収めているのが、Amazonの「XTC-3D High Performance Print Coating」です。

PLA、ABS、SLAプリントはもちろん、木や紙などの素材まで、あらゆる3Dプリント素材に対応します。

このエポキシのキットは、全くたくさん使わなくても良い結果が得られるので、とても長持ちします。

エポキシ樹脂が硬化すると、強度が増し、表面は透明で光沢のある美しい仕上がりになるのですが、「少量でも効果がある」とよく言われます。

簡単なことですが、3Dプリントにエポキシ樹脂を塗ることについてもっと知りたい方は、Matter Hackersのビデオをご覧ください。

樹脂の3Dプリントを強化する方法

樹脂製3Dプリントを強化するには、くり抜かれたモデルの肉厚を3mm程度にする。 また、樹脂槽に柔軟な樹脂を25％程度加えて、柔軟な強度を持たせることで耐久性を高めることができる。 なお、硬化しすぎると樹脂がもろくなるので、注意してほしい。