3Dプリンター出力で精度はどこまで出せる？｜造形の精度を解説

3Dプリンター出力の精度

3Dプリンター出力は、複雑な形状の部品や試作品を製作することが得意な加工方法です。しかし、精度は切削加工などの他の加工方法が得意とするところです。実際に使用する部品を3Dプリンター出力で製作するには、要求する精度が出せるかどうかが判断基準になります。

3Dプリンター出力で製作した造形物の精度は、型に流し込んで作る成形品の精度から、切削加工（±0.1mm~0.05mm）程度の精度まで、造形方式や素材、形状によって大きく変わります。

素材によって精度が変わるというのは物性による条件の変化という意味もありますが、3Dプリンターによって造形できる素材が決まっており、逆に言えば素材によって造形方式が決まります。造形方式と精度の関係は大きく、その意味で素材によって精度が変わります。

熱溶解積層（FDM）方式の精度

元のデータと比較すると±0.1mm~0.2mm誤差が生じます。X,Y方向（縦、横）方向とZ方向で精度の出しやすさが異なります。

X,Y方向

加熱により樹脂材料が膨張します。そのため、X,Y方向における造形は外側寸法はプラス目に、内側寸法はマイナス目になります。片側で+0.1mmほど大きくなり、全体では+0.2mmほどの寸法誤差が生じます。

Nema 23 バイポーラステッピングモータ 

Z方向

Z方向（高さ）には積層ピッチという数値が大きく関係します。積層ピッチとは造形を積み上げていく間隔、つまり積層の厚みです。これを厚みの最小単位として高さを積み上げていきます。積層ピッチ0.3mmの場合、0.3x層数が造形物の高さになります。

高さ1.0mmのデータの造形をする場合、最小積層ピッチが0.3mmであれば1.0mmを出すことができず、0.9mmか1.2mmでの出力になります。Z方向は積層ピッチに依存するので正確な寸法を出すことができない場合があります。

また、精密な作りの形状はさらに精度を出すのが難しくなります。その理由にはノズル径が大きく関わってきます。

ノズルとは溶かした樹脂を排出する3Dプリンターの部品です。このノズル径はZ軸方向の厚みに影響します。ノズル径が大きければ1つの積層の厚みが増し、造形時間が短くなり、反対に小さければ積層が薄くなり、造形時間が長くなります。

FDM方式は上面、底面、側面（壁）、内部充填（中を埋める）を繰り返してモデルを造形します。側面（壁）の厚みが薄いほど強度が下がり、正常な造形も難しくなります。ノズル径よりも細い幅は造形できません。

Nema 23 一体型ステッピングモータ

精度を補う方法

造形物の精度は切削加工による後加工で補うこともできます。

3Dプリンター出力は真円度が出にくい傾向にあります。熱溶解積層（FDM）方式、光造形方式のどちらも樹脂の膨張がネックとなり、寸法も±0.1mm~0.2mm程度の精度が限界です。

次に、ネジ加工の精度です。ネジの形成も3Dプリンターでのプリントとなると、樹脂を積み上げていく、硬化させていくと言う方式のため雌ネジ、雄ネジ共に強度が低くなります。

※造形できないわけではありません。

最後に表面粗さです。3Dプリンターは積み上げて形を作っていく仕組みであり、どうしても階段状の積層痕が残ります。また造形物の表面はノズルの動いた軌道が残ります。

穴あけ、ネジきり加工

3Dプリンター出力で造形後にマイナス目になってしまう穴は、切削加工の追加工によりH7公差も実現します。また下穴のみを3Dプリントしておくことで、タップ加工はもちろんのこと雌ネジの強度が必要な場合はヘリサート穴にすることも可能です。

※造形方向や内部充填の関係上、強度が維持できない場合もあります。

表面粗さは切削加工(マシニング加工)にて仕上げ加工をすることで寸法を±0.05mmの精度にすることも可能です。また、材質によってはペーパーやすりによる表面研磨を施すことで、より外観を美しくすることもできます。

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