3Dプリントを始めたものの、プリントに予想以上に時間がかかることに気づいた。 このようなことを考える人は多く、プリントの品質を犠牲にすることなく3Dプリンタを高速化する方法を探します。

そのための方法をいろいろと調べてみたので、この記事で説明します。

品質を落とさずに3Dプリンターをスピードアップするには？ スライサーの設定を慎重に少しずつ調整することで、品質を落とさずに3Dプリント時間をスピードアップすることは可能です。 そのために調整すべき最適な設定は、インフィルパターン、インフィル密度、壁の厚さ、プリントスピード、1回のプリントで複数のオブジェクトをプリントしようとすることです。

かなり単純なことですが、3Dプリントの世界で経験を積むまでは、こうしたテクニックを知らない人が多いようです。

3Dプリンターコミュニティーの人々が、品質を犠牲にすることなく、プリントで最適なプリント時間を実現する方法を詳しく説明します。

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8 画質を落とさずに印刷速度を上げる方法

印刷時間を短縮するためには、フィードレート（材料の押し出し速度）を上げるか、押し出し量を減らすかのどちらかになることがほとんどです。

それ以外の要素もあるので、詳しくはそちらで説明します。

1.スライサー設定で印刷速度を上げる

スライサーの速度設定は、プリントの大きさによって異なりますが、大きなものほどプリント時間の短縮に効果があります。

プリントのスピードとクオリティのバランスを取れるのが良いところです。 プリントスピードを徐々に上げていき、実際にプリントクオリティに影響があるかどうかを確認すると、多くの場合、ある程度余裕を持って上げることができます。

周辺部、インフィル、サポート材など、オブジェクトの特定の部分に対して複数の速度設定があるので、これらの設定を調整して、プリンターの能力を最大限に引き出すとよいでしょう。

私が書いた「Speed Vs Quality」の記事では、この2つの要素のトレードオフについて詳しく説明していますので、どうぞご覧ください。

通常、インフィル速度が高く、ペリメーターとサポートマテリアルの速度が平均的で、次にスモール/エクスターナルペリメーターとブリッジ/ギャップの速度が低いという感じでしょうか。

3Dプリンターには通常、速度に関するガイドラインがありますが、より速く動作させるために特別な手順を踏むことが可能です。

Maker's Museによる以下のビデオでは、非常に便利なさまざまな設定について詳しく説明しています。 彼は、独自の設定テンプレートを実装しており、それに従って、自分にとってうまく機能するかどうかを確認することができます。

プリンターの高速化には、ネジやロッド、ベルトをしっかり締める、重量のない部品を使うなどして、慣性モーメントや振動による共振を少なくし、プリンターのぐらつきを抑えることが有効です。

この振動がプリントの品質を低下させるのです。

この点については、「3D Printing & Ghosting/Rippling Quality Issues」の記事でもう少し詳しく説明しています。

特に鋭角なコーナーやオーバーハングなど、品質を犠牲にすることなくプリンターが処理できる移動効率が重要です。 製品のデザインによっては、問題なく3Dプリント速度を上げられる余地があるでしょう。

また、Curaのデフォルトの半分の値ではなく、全体の印刷速度に合わせて内壁の速度を上げるという設定も効果的です。 これにより、印刷時間を大幅に短縮しながら、素晴らしい品質を維持することができます。

2.アクセラレーション＆ジャーク設定

ジャーク設定とは、プリントヘッドが静止した状態からどれだけ速く移動できるかを示すものです。 プリントヘッドが速く移動するよりも、スムーズに移動することが望まれます。 また、加速度を考慮する前にプリンターがすぐにジャンプする速度です。

加速度設定は、プリントヘッドが最高速度に達するまでの時間であり、加速度が低いと、小さなプリントでは最高速度に達しません。

この記事では、印刷品質を向上させ、印刷体験を向上させるために、「完璧なJerk & Acceleration Settingを得る方法」という人気記事を執筆しています。

ジャーク値を高くすると印刷時間が短くなりますが、プリンターの機械的ストレスが大きくなり、振動が大きくなりすぎて印刷品質が低下する可能性があります。 品質に影響を与えないように、うまくバランスを取ってください。

ここでやりたいことは、最適な設定を決めることで、高すぎる（H）、低すぎる（L）とわかっている加速度／ジャーク値を設定し、その中間値（M）を算出することで実現できます。

この中間値のスピードでプリントしてみて、Mが高すぎると感じたらMを新しいH値に、低すぎると感じたらMを新しいL値にして、新しい中間値を見つける。 これを繰り返して、それぞれに最適な設定値を見つけるのです。

加速度の値は、時間の経過とともに様々な要因が影響するため、常に同じ値を保つわけではなく、完全な数値というよりは、むしろ範囲を示すものです。

振動テストキューブを印刷し、キューブの角やエッジ、文字を検査して、各軸に振動が見えるかどうかを確認することで、ジャーク設定をテストしてください。

Y軸に振動があればキューブのX側に、X軸に振動があればキューブのY側に見えることになります。

この「最高速度加速度計算機」（一番下までスクロール）を使えば、プリンターが希望の速度に達するタイミングと、軸をまたぐ長さを知ることができます。

黄色の曲線は慣性によって許容されるエフェクターエンドの軌道を表し、青色の線はジャークアップしようとする速度です。 ジャーク速度以下の速度が必要な場合は、精度が損なわれています。

AK Ericのこの投稿では、低（10）ジャーク値と高（40）ジャーク値を比較した場合、60mm/秒の速度では印刷タイミングに違いはありませんでしたが、低い値の方が品質が良かったです。 しかし120mm/秒の速度では、二つのジャーク値の差で印刷時間が25％減少しましたが、品質は犠牲にされていました。

3.インフィルパターン

インフィルの設定に関しては、多くのインフィルパターンがあり、それぞれに長所と短所があるので、その中から選択することができます。

印刷速度が速いインフィルパターンを選べば、その印刷速度を上げるための時間を大幅に短縮できるのは間違いない。

スピード重視のインフィルパターンは、他のパターンに比べてシンプルで動作回数が少ないことから、「ライン」パターン（レクチリニアとも呼ばれる）が最適です。 このパターンでは、モデルによっては印刷時間を最大25％短縮することができます。

3Dプリントの内側のパターンに関する興味深い詳細については、「3Dプリントに最適なインフィルパターン」の記事をご覧ください。

通常、強度とスピードはトレードオフの関係にあるので、強度が高いパターンもありますが、裏打ちされたパターンよりも印刷に時間がかかります。

プリントの強度と印刷時間のバランスを考えて、グリッドパターンや三角形など、強度と印刷時間のバランスがとれたインフィルパターンを選ぶとよいでしょう。

インフィルパターンで強みがあるのは、ハニカムパターンで、かなり細かいので、他のパターンに比べてプリントヘッドの動きや回転が必要です。

パーツの強度を高めるには、スライサーで押し出し幅を大きくして、モデルに外周や壁をつけるのが効果的です。

いろいろと検証されていますが、インフィル密度を上げるよりも、壁枚数や壁厚を増やす方が影響が大きいです。

また、インフィルの密度を高くしなくても、全方向に大きな強度が得られるように設計された3Dインフィル「Gyroid」パターンを使用するのも一つの方法です。

ジャイロイドパターンの利点は、強度だけでなく、比較的早いスピードとトップレイヤーのサポートにより、悪いトップサーフェスを減らすことができることです。

4.インフィル密度

ご存知のように、インフィル密度が0％だとプリントの内側が空洞になり、100％だと内側がしっかりしたものになります。

中空プリントにすることで、プリントを仕上げるためのプリンターの動きが少なくなり、プリントにかかる時間が短縮されることは間違いないでしょう。

プリントに必要なインフィルの密度をバランスよく設定することで、時間を短縮することができます。

例えば、テレビを壁掛けするような機能的なプリントの場合、プリント時間を短縮するためにインフィルの密度や強度を犠牲にすることは避けたいかもしれません。

しかし、美観を重視した装飾的なプリントであれば、インフィル密度を高くすることはそれほど必要ではありません。 どの程度のインフィル密度でプリントするかはお客様次第ですが、この設定は、そのプリント時間を多少短縮することができる設定と言えます。

インフィルの密度がどれくらい必要なのかについては、「インフィルの密度がどれくらい必要なのか」という記事を書きましたので、詳しくはそちらをご覧ください。

多くの人がテストした結果、最も経済的なインフィル密度の範囲は、強度とバランスのとれた20％から35％であった。 ある種のパターンは、インフィル密度が低くても驚くべき強度を発揮することができる。

キュービックインフィルパターンのようなもので10％でもかなり効果があります。

この値を超えると、使用する材料、時間、強度向上のトレードオフが早くなるので、目的に応じてこれらのインフィルにこだわるのが一般的な選択です。

また、インフィルの密度が80％～100％と高くなると、実は材料の量に対する見返りはあまりありません。

ですから、ほとんどの場合、意味のあるオブジェクトの目的がない限り、このような高いインフィル密度にすることは避けたいものです。

段階的なインフィルステップ

3Dプリントを高速化するために、インフィルの下に「Curaの段階的インフィルステップ」という設定があります。 これは、インフィルのレベルを、入力した値に対して毎回半減させるというものです。

3Dプリントの下部では、通常、モデルの作成に不可欠でないため、インフィルの使用量を減らし、最も必要とされるモデルの上部では、インフィルの量を増やします。

インフィルサポート

3Dプリントを高速化し、時間を大幅に節約できるもう一つの優れた設定は、インフィルサポート設定を有効にすることです。 この設定は、インフィルをサポートとして扱い、サポートが作られるのと同様に、必要な場所にのみインフィルをプリントすることを意味します。

モデルの種類によっては、うまくいって時間を短縮できることもありますが、ジオメトリの多い複雑なモデルの場合は、失敗することもあるので、その点は注意してください。

11時間かかる3Dプリントを3時間30分に短縮することができ、大変満足しています！

5.壁の厚み/シェル

肉厚とインフィル密度には関係があり、これらの設定を変更する前に知っておく必要があります。

この2つの設定の比率が適切であれば、3Dモデルが構造的な能力を失うことなく、印刷を成功させることができます。

印刷に失敗する比率をメモしたり、印刷品質の高さと印刷タイミングの短縮の絶妙なバランスを考えたり、少しずつ試行錯誤を繰り返していくことになるでしょう。

インフィル密度や肉厚を低く設定すると、強度が低くて失敗しやすくなるので、試作品やディスプレイモデルなど、強度を必要としない製品を作る場合のみ、これらの設定を調整するようにしてください。

設定でシェルの数／プリントのパーツを減らすと、確実にプリント時間が早くなります。 この設定を弄って、できるだけ抑えつつ、どの程度の強度になる数値なのかを探したいところです。

壁線数は3本、壁厚はノズル径の2倍（通常0.8mm）で、ほとんどの3Dプリントで問題なく使用できます。

壁やシェルに問題が出ることもあるので、トラブルシューティングの方法として「How to Fix Gaps Between Walls & Infill」という記事を書きました。

6. ダイナミックレイヤーハイト/アダプティブレイヤー設定

レイヤーの高さは、レイヤーの角度によって自動的に調整されます。 これはアダプティブレイヤーまたはダイナミックレイヤーハイトと呼ばれ、Curaの素晴らしい機能です。 従来のレイヤー方法を使用するよりも、印刷時間を短縮することができ、かなりの量を節約することができます。

曲面や凹凸が大きい部分を判断し、その部分に応じてレイヤーを薄くしたり厚くしたりして印刷します。 曲面ではレイヤーを薄くすることで、滑らかさを保ったまま印刷します。

以下のビデオでは、UltimakerがCuraで、この設定が印刷時間を短縮する優れた能力を実証するビデオを作成しました。

チェスの駒をAdaptive Layersの設定有無で印刷し、時間を記録したところ、通常の設定では2時間13分かかっていたものが、設定をオンにすると1時間33分となり、30％短縮された！

7.複数のオブジェクトを一度にプリントする

また、印刷時間を短縮する方法として、1枚ずつ印刷するのではなく、プリンターベッド上のスペースをすべて利用する方法があります。

スライサーに搭載されている「センター＆アレンジ機能」を使えば、印刷速度が格段に向上しますし、プリンタのリセットや再加熱の手間を省くことができるので、貴重な時間を有効に使えます。

プリントスペースの半分以上を使うようなプリントではこのようなことはできませんが、小さなプリントであれば、プリントベッド上でデザインを何度もコピー＆ペーストすることができるようになるはずです。

プリントのデザインによっては、向きを工夫することで、プリントスペースを最適に活用することができます。 プリントベッドの高さを利用するなど、工夫してみてください。

小型のプリンターに関しては、この方法は大型のプリンターほど上手にできませんが、それでも全体としては効率的なはずです。

8. サポートの削除・削減

これは、プリンターが押し出すサポート材が多いほどプリントに時間がかかるので、サポート材を必要としないオブジェクトをプリントするのは良い習慣です。

サポートを必要としない、あるいはその大部分を奪うようなオブジェクトをデザインするために、あなたが取り入れることのできる様々なテクニックがあります。

3Dプリントの効率は非常によく、品質や強度を犠牲にすることなく、多くの人が作るデザインはサポートが不要です。

特に45°のオーバーハングを考慮すると、モデルの向きを調整することで、サポートが大幅に削減できます。

3Dプリントに最適なパーツの向きについての記事も参考にしてみてください。

キャリブレーションをうまく使えば、45°を大きく超えるオーバーハングも3Dプリントできますし、70°以上のものもあります。

1つのパーツに複数のオブジェクトをプリントすることに関連して、モデルを分割して同じプリントにプリントすると、3Dプリントのスピードが上がるという人もいます。

この場合、モデルの分割位置や向きを工夫すれば、多くの場合サポートは不要になります。 ただし、後処理で接着する必要があるため、後処理時間が長くなります。

また、Curaの「インフィルレイヤー厚み」の設定も注目されています。 3Dプリントのことを考えると、実際にはインフィルは見えませんよね？ つまり、品質設定としては重要ではないので、厚いレイヤーを使えば、より速くプリントできるのです。

あるレイヤーには通常のインフィルを印刷し、他のレイヤーにはインフィルを印刷しない、という仕組みです。

レイヤーの高さが0.12mmなら0.24mm、0.36mmなら0.36mmと、レイヤーの高さの倍数で設定する必要があります。

詳しい解説は下の動画でご確認ください。

画質低下でプリント速度を向上させる

1.大きめのノズルを使用する

ノズルを大きくすることで、簡単に印刷速度や送り速度を上げることができますが、その分、線が出たり、表面が荒れたりと、品質が低下します。

例えば0.2mmのノズルで印刷する場合、印刷面を通過するたびに細かい層を作るので、1mmの高さを得るには5回の押し出し動作が必要になる。

ノズルの交換頻度がわからないという方は、私の記事「When & How Often Should You Change Your Nozzle On Your 3D Printer? をご覧ください。 多くの方がこの質問の真相を知るのに役立っています。

0.5mmのノズルだと2回で済むので、ノズルの大きさが印刷時間に大きく影響することがわかりますね。

ノズルサイズと層高には関係があり、一般的にはノズル径の75％程度の層高が目安になります。

つまり、0.4mmのノズルでは、0.3mmの層高になりますね。

印刷速度を上げて品質を落とすことは、デメリットになることはないのです。

モデルの内容やデザインの希望に応じて、異なるノズルサイズを選択することで、より有利に活用できます。

層が薄いプリントは、最終的なオブジェクトの固さに悪影響を及ぼしやすいので、強度が欲しいときは、大きめのノズルを選んで層高を上げると、よりタフな土台になります。

3Dプリントの旅にノズルセットが必要なら、TUPARKA 3Dプリンターノズルキット（70Pcs）をお勧めします。 これは、標準的なEnder 3、CR-10、MakerBot、Tevo Tornado、Prusa i3などに適合する、なんと60個のMK8ノズルと、10本のノズルクリーニング針が付属しています。

この価格帯のノズルキットで、あなたは手に入れることができます：

• 4x 0.2mmノズル
• 4x 0.3mmノズル
• 0.4mmノズル×36本
• 4x 0.5mmノズル
• 4x 0.6mmノズル
• 4x 0.8mmノズル
• 4x 1mmノズル
• クリーニングニードル10本

2.レイヤーの高さを上げる

3Dプリントの解像度や品質は、レイヤーの高さで決まります。 レイヤーの高さが低いほど高精細で高品質なプリントができますが、その分プリント時間が長くなります。

例えば、あるオブジェクトを0.2mmの層高で印刷し、同じオブジェクトを0.1mmの層高で印刷すると、印刷時間は実質2倍になります。

プロトタイプや機能性プリントなど、あまり目にすることのないものは、通常、高い品質が要求されないので、高いレイヤーハイトを使用することは理にかなっていると思います。

展示するものを印刷する場合、美観や滑らかさ、品質が求められるので、これらはより細かいレイヤーハイトで印刷するのがよいでしょう。

ノズル径の75％～80％程度までなら、品質を落とさずにプリントすることが可能です。

3.押し出し幅を大きくする

BV3D: Bryan Vinesは最近、押し出し幅を広くすることで、19時間の3Dプリントを5時間短縮することに成功しました。 以下のビデオで、その方法をご覧ください。

時間を大幅に短縮することができますが、場合によってはあまり重要ではありませんが、印刷品質が低下します。 彼は、0.4mmのノズルで、押し出し幅の設定を0.4mmから0.65mmに変更しました。 これはCuraの「線幅」またはPrusaSlicerの「押し出し幅」設定から行うことができます。

実際に並べてみても違いがわからなかったので、自分でも見て確かめてみてください。

なぜ3Dプリントに時間がかかるのか、遅いのか？

3Dプリントはラピッドプロトタイピングとして知られていますが、多くの場合、実際には遅くてプリントに時間がかかります。 3Dプリントに時間がかかるのは、安定性、速度、材料の押し出しに制限があるためです。

デルタ3Dプリンターと呼ばれる3Dプリンターは、非常に高速で、200mm/s以上の速度でも十分な品質が得られることが知られています。

下のビデオは、通常の3Dプリンターで1時間程度かかるところを、6分以内でプリントする3D Benchyの様子です。

このビデオのユーザーは、E3D火山を拡張し、アイドラープーリーを作り直し、BMGクローン押出機、TMC2130ステッパー、その他多くの小さな調整によって、オリジナルのAnycubic Kossel Mini Linear 3Dプリンターをアップグレードしました。

すべての3Dプリンターが伝統的に遅い必要はありません。 スピードを追求して作られた3Dプリンターを使えば、3Dプリントにそれほど時間がかからず、いつものように遅くないのです。

結論

練習と経験を積めば、素晴らしい品質と合理的な印刷時間を両立させる素晴らしいレイヤーの高さを見つけることができますが、それは本当にあなたの好みとプリントの用途に依存するものです。

これらの方法を1つだけ、あるいは組み合わせて使うことで、3Dプリントの時間を大幅に短縮することができます。 何年もかけて、これらのテクニックを使えば、何百時間ものプリント時間を簡単に節約することができるので、しっかり学んで、できるところから実践してください。

これらのことを時間をかけて学ぶと、3Dプリントの基礎を理解することができるので、プリントの全体的なパフォーマンスが向上するのです。

この投稿がお役に立てば幸いです。もっと役に立つ情報を読みたい方は、「25 Best 3D Printer Upgrades」または「How to Make Money 3D Printing」の投稿をご覧ください。