3Dプリンター

3Dプリンター（RepRap? Prusa Mendel）についてのメモ †

3Dプリンターの方式について †

基本的には2次元のデータを一層一層重ねていくだけ。
いろいろな種類がある。

• 石膏の粉を接着剤で固めていく方式
  解像度が高い　インクで色が付けられる　機械は高価
• 溶かしたプラスチックを押し出す
  FDM(Fused Deposition Modeling)方式。解像度は低い　色は2色くらいまで　安価　自作も可能　DIYではメインの方式　RepRap?プロジェクト、Makerbot,Ultimaker,etc...　数え切れないくらいある　このページではこのタイプのRepRap? Prusa Mendelについてまとめる。
• 光に反応して固まる樹脂に、プロジェクターやレーザーの光を当てる
  解像度は高い　単色　高価…だったけどもForm1の登場でぐっと身近に

フィラメント †

色、種類、いろいろと条件が微妙に違う。レイヤーの厚さでもちがってくるかも。
3mm・1.75mmのものがある。最近は1.75mmがメイン。フィラメントが細いと、流量の調節がしやすくなる？
乾燥してるといいと聞くけれど、違いが分からない。水に溶けるサポート用のPVAフィラメントは乾燥させないとくっつくらしい…。
温度高いと仕上がりがブツブツになる。気泡が混じるような感じ。

• ABS
  溶ける温度高い。デフォ220度。溶けると素直な挙動？　冷える時収縮しやすい。PLAより強度が出る。弾力性がある。
  
• PLA
  溶ける温度低い。デフォ185度。溶けるとネバネバする。糸を引く。冷えるとABSより固い。冷えるとき収縮しにくい。固いけど力をかけつづけると変形する。

エクストルーダー †

フィラメントを溶かしてノズルから送り出す装置。

ホットエンド †

フィラメントを熱して溶かすところ。溶けるゾーンが短い方がよい。詰まりづらくなる。なので、ヒーターの上を水冷にして冷やして加熱される部分を極力短くしたホットエンドもあるらしい

ノズル †

0.5mmがデフォ。最近は0.35mm？
ノズル径を細くすると、角のRが小さくなるのでXY平面での解像度が上がる。ノズル径とレイヤの厚さは直接の関係は無い？0.5mmノズルで0.25mm厚も0.35mmノズルで0.3mm厚も可能。
ただ太いノズルで薄いレイヤだと押しつぶしぎみになって角のRが大きくなるのでXY平面での解像度は下がる。

ヒーテッドベッド †

冷えて収縮するとベッドからはがれてしまう。のを防ぐために熱しつづける。
ABSは125度、PLAは60度くらい？
電力を食うのでしっかりした配線と電源を。
ファンを当てると温度上がりづらいかも。
ステージと基板の間に空間があると温度が上がり辛い。ので適当な断熱できるものを裏につめる。
ブログを参考にして、ホムセンで切り売りしているガラス繊維のマットをアルミ蒸着フィルム（防災用品で保温用として売っている）で包んでカプトンテープで閉じたクッションのようなものをステージとヒーテッドベッドの基板の間に詰めてる。
http://etherpod.org/blog/?p=5222
大分マシになった。

基板の上にガラスやアルミの板を載せてクリップで留め、その上に出力する。ABSやPLAのステージへの食いつきをよくするためにいろいろ工夫が必要。

電気系統 †

制御基盤 †

• RAMPS
  ArduinoMEGAにシールドをつける。モーター制御基盤Popolu A4988をのせる。自作できる。
  自作する場合、RAMPS1.2になる。それよりもバージョンが上がると両面基板になってしまうので外注が必要？1.2基板でも拡張端子が無かったりマルチエクストルーダーに対応してないくらいで基本のRepRap?を作るなら使える。
• その他
  独自で基板を起こして一体化。省スペース。

ステッピングモーター †

１ステップ1.8度と0.9度がある。PrusaはZ軸2つにXY軸で4つ必要。+エクストルーダー用にもう一つ。 ex用はショボいのでもいけるかも。
エクストルーダー用とZ軸用2個は1.8度、XY軸用を0.8度の物を使った。
下手に安いモーターを使うと効率が悪くて熱を持ってしまうものもあるらしい。その場合モータードライバにも負荷が掛かるので避ける。

ソフトウェア †

RAMPS基板のArduinoMEGAに入れるファームウェア、PCからプリンターを制御するソフトと、3Dデータを2次元データにスライスしてGコードに変換するソフトが最低限必要。

RAMPSファームウェア †

• Sprinter
  以前使っていたけれど、Z軸が移動するとXY軸がズレる現象が出たのでMarlinに移行。原因はよくわからないけども、Marlinにしてからズレることは無くなったのでSprinterのせいということにしておく
• Marlin
  現在使用中。コードを先読みして滑らかにポイントを繋いでくれる。個人的にはパキッとポリゴンが見えた方が好みかも

制御ソフト †

• Printrun
  現在使用中。出力中に速度を変えられないのが不便。GUIは使いやすい。
• ReplicatorG
  MakerBot?に使われていたソフト。 以前使っていたけれど、ヒーテッドベッドを使うようになったころにソフトが対応していなかったのでPrintrunに移った。今は大丈夫なのかも。

データ変換ソフト †

3Dオブジェクトをレイヤごとにスライスするソフト達。

• Slic3r
  現在使用中。最近のアップデートでそこそこ使いやすいGUIになって、使いやすく。
• Skeinforge
  ReplicatorGを使っていたときに標準で付いてきたソフト。膨大なパラメーターに圧倒される。
• KISSlicer
  クローズドソース。基本無料だけども有料でアップグレードすると複数のオブジェクトが読み込めたりと機能が追加される。 スライスが鬼のように早い。サポートも賢い。

出力までの流れ †

出力する3Dデータを用意する。 †

たとえばThingiverseからDLしてくる。その場合はSTLファイル。 メタセコで読み込んだモデルをSlic3rに読み込めるSTLにするには、

• すべての面を反転させる（エクスポートのオプションで「面を反転させる」オプションはうまくいかなかった）
• STLへのエクスポート画面でY軸とZ軸を交換→X軸反転 すると正常な方向になる。

データをスライスしてGコードに変換する。 †

たとえばSlic3rの場合。

モデルに矛盾する点があると変換できない。
blenderにインポートして、Select→non-manifoldで矛盾する所が選択されるので修正する。

PCとプリンターを接続して準備。 †

PanelMax?とか無しでPCと接続したprintrunの場合。 ポートを選んで接続する。
ヒーテッドベッドを温める。時間が結構かかる。15分くらい？
ホットエンドを温める。少し待つ。数分。
リミットスイッチで原点に戻せる場合、原点に戻してからstartを。
リミットスイッチが付いてない場合、XYを見た目ステージ中央、Zの位置をテーブルすれすれに合わせてSlic3rの設定で中央から開始するようにする。これだとめどいのでリミットスイッチ付けた方が無難。

出力開始 †

ファーストレイヤー重要。
最近はraft(イカダ)は使ってない。底面積が少なくて途中で剥がれそうなものはraft使った方がいいのかも。
あれ、確認したらSlic3rにraftは無かった。代わりにbrimというファーストレイヤをオフセットして太くする設定がある。接地面が少ないものには効果あるかも。
ステージへの食いつきが大事。食いついていないと出力途中で端から剥がれてくる。するとノズルに引っかかってステージから剥がれてしまう。大惨事。
ABSの場合、ホムセンで売っていた再生PETテープというものがちょうどよかった。食いつきもいいしテープと接する面もマットな表面になっていいかんじ。しかしPLAに使うと温度が低くて溶けないのかくっ付かない。
そこで同じPET素材のラミネートフィルムを買ってきて試したらすごく食いつきがよい。
ラミネートフィルムは中に熱で溶ける材質が付いてるので、2枚に分けて内面を下にして熱したヒーテッドベッドに載せるとくっついてくれる。
でもガラスに直接載せると交換時剥がすときにかなり苦労するので、PPテープをガラスに貼って、その上にラミネートフィルムを載せるようにするといい感じ。
…とここまで試したけど、通販でPETテープを買ってきた方がいいかも。まだ試してないけども。

終了 †

ヒーテッドベッドが冷えるまで待つ。
ABSだと70度とか60度くらいで剥がしちゃって大丈夫かも？

RepRap?を持つメリット †

• 軽負荷なら耐えられる、PCから制御できるXY(+Z)ステージが格安で手に入る。
• 3DデータやCADデータが使えるようになる。
  （レーザーカッターは手軽なように思えるけども、火事の心配や臭いの問題があるみたい。あと最終集光レンズを煙から守るためのエアーポンプ、CO2レーザーのためのボンベ、レーザー冷却水用のポンプ、換気脱臭システムなどが必要。）
  
• フィギュア出力に目が向きがちだけども、モデリングさえ済ませれば単純な部品を手をかけずに作れる。出力してる間にTwitterとか見られる！すごい！

巨人の肩に乗って †

先人たちに学ぶ。
http://etherpod.org/blog/　genieさん
http://make.oops.jp/reprap/　katsuさん
http://www.fumi2kick.com/komekame/　rerofumiさん
http://suiseikobo.sakura.tv/　よしだまきさん
http://hotproceed.com/ ホットプロシードさん

部品調達 †

ホットエンドなど
http://www.makergear.com/
MakerBot?本体、フィラメントなど
http://www.makerbot.com/