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趣味やプロジェクトのために3Dプリントを楽しむのは魅力的ですが、プリンターから出てくる時点で色が付いている3Dプリントオブジェクトは、さらに魅力的です。デュアルカラー、マルチカラー、さらには複数素材による3Dプリントは、オープンソースの3Dプリンティングが初めて公開された時点から可能でした。2013年のMakerBotデュアルエクストルーダーは、一般消費者向けのマルチカラー/マルチマテリアル3Dプリンターにおける最初の大きな一歩であり、それ以来急速に発展してきました。
3Dプリンターでマルチカラー印刷はできますか？
FDM/FFF方式の3Dプリンティングが、マルチカラー3Dプリントプロジェクトを実現する最も簡単で低コストな方法であることは間違いありません。そのため、消費者向けと産業向けの両方の市場で開発が大きく進みました。3Dプリント用フィラメントの素材や色のバリエーションは、3Dプリンティング業界で注目を集め、アピールポイントとなっています。さらに、現在では多くの3Dフィラメント素材の販売業者やメーカーが、魅力的なマルチカラー3Dプリントフィラメントを発売しており、市場で好評を得ています。プリントモデルの色を正確に制御したい場合は、異なる色のフィラメントに交換して3Dプリントする必要があります。
ここでは、市場で利用できるフィラメント式3Dプリンティングにおけるカラー3Dプリントの技術的な方法をご紹介します。
レイヤー色の変更（一時停止/再開）
これは、プリント中に一時停止/再開を使用し、フィラメントを手動で別の色に交換することで、3Dプリントに色を付ける基本的な方法です。ユーザーは全工程に付き添い、色を変更するためにフィラメントのロードとアンロードを行う必要があるため、時間がかかり面倒な作業です。この方法で色を変更できるのはZ軸方向のみで、レイヤーごとの色変更に限られます。この方法ではXY方向の色変更を行うことはできません。
デュアルヘッド / 2入力1出力ホットエンド / IDEX
この画期的な基本アイデアは、2013年にMakerBotが開発したもので、デュアルヘッドを使って、1回の造形工程で3Dプリント用フィラメントから2色、あるいは2種類の素材を印刷できます。ユーザーが色の変更に立ち会う必要はなく、すべて自動的に処理されます。このアイデアから、デュアルまたはマルチ入力・シングル出力のホットエンド/ノズルや、デュアルX軸ヘッド移動（IDEX / Independent Dual Extruder）など、3Dプリンティング業界でさらなる改良やバリエーションが生まれました。
デュアルヘッドとIDEXはシンプルな方式です。プリンターは、そのモデルに割り当てられたヘッドから素材を押し出します。ただし、各ヘッドを個別に処理するには、常に別々の3Dモデルが必要です。
デュアル/マルチイン・シングルアウト方式は、3Dプリンターがリトラクション機構を使ってホットエンドから素材を引き抜き、別のエクストルーダーから新しい素材を押し込むため、より複雑です。この機構はボーデン式エクストルーダーでのみ使用できます。
マルチカラーキット（フィラメント交換）
Mosaic Palette
2015年、Chris LabelleはMosaic Paletteという新しい拡張マシンを発売しました。カットして融着する「スプライス」機構によって4種類の素材を混合し、マルチカラーのフィラメントを作成して、そこから任意の3Dプリンターにフィラメントを供給できます。これは画期的なアイデアです。この方法を使えば、4色の3Dプリント用フィラメントだけでなく、それ以上の色数のフィラメントも作成できます。このマシンを動作させるにはスライサーソフトウェアとの統合が必要で、準備は簡単ではありません。もう1つの欠点は、素材特性上、PLAでしか実行できないことです。
Prusa MMUとツールチェンジャー
コンシューマー向け3Dプリンティング業界の先駆者であるPrusaは、クリエイティブ製品ラインにマルチマテリアル・マルチカラーの拡張ユニットも投入しました。仕組みとしては、交換ユニットまでエクストルーダーからフィラメントを引き抜きます。この交換機構は処理に時間がかかりますが、安価で実装も簡単です。
Prusaは、ツールチェンジャーと呼ばれる、より効率的なマルチカラーソリューションも提供しています。エクストルーダーとノズルが分離されています。1台のプリンターに最大9基のエクストルーダーを搭載でき、9色で印刷できます。1色のフィラメントが印刷の一部分を終えると、そのエクストルーダーがノズルから離れ、別のエクストルーダーがノズルに接続されて3Dプリントを続行します。
Prusa MMU
ERCF / SMuFF
Enrage Rabbit Carrot Feeder（ERCF）とSmart Multi Filament Feeder（SMuFF）は、Prusa MMUの外付けモジュールに似ています。どちらもオープンソース開発プロジェクトのモデルであり、市販製品として発売されておらず、DIYプロジェクトとしてのみ利用できます。
BambuLabs AMS
人気のBambuLabs 3Dプリンターの最初のモデルには、AMS（Automatic Multi Material Module）と呼ばれるマルチマテリアル/マルチカラーのオプションが直接搭載されていました。このモジュールの機構はPrusa MMUシステムにも似ており、フィラメントをモジュールユニットまで引き戻します。人気の理由は、導入とメンテナンスが簡単だからです。BambuLabsの良い点は、統合環境システムを提供していることです。そのため、ユーザーは3Dプリンターの設定を細かく調整する必要がなく、手間をかけずに箱から出してすぐカラープリントを行えます。
マルチカラー3Dプリントでは、各色を印刷するために個別のSTL 3Dモデルが必要です。スライシングソフトウェアは1つのソリッドモデルを基準に各処理を認識するため、これは必須です。
すべてのフィラメント3Dプリントにおけるマルチカラー交換処理では、大量の廃材と、はるかに長い時間が確実に必要になります。これはパージ/ワイプシステムと呼ばれ、ホットエンドとノズルから前のフィラメントの色を完全に除去します。単一ノズルのマルチカラー3Dプリントでは、複数ブランド/異種材料（例: pla - abs）を避けることが必須です。マルチカラー3Dプリントを成功させるには、安定した流量と温度が必要です。
パージ材や廃材を減らすために役立つ重要なヒントを2つ紹介します。
- マルチカラーの小さなオブジェクト - 複数個印刷する。小さなオブジェクトを1個印刷する場合でも、交換処理にかかる時間と使用する廃材は、複数個の場合とほぼ同じです。そのため、1個だけを印刷するのではなく、1回の印刷プロセスに数個追加しましょう。
- インフィルをパージタワーの切り替え処理に使用する。Prusaslicerやorcaslicerなどの現在のマルチカラー用スライサーには、フィラメント交換時の切り替えでインフィルをパージタワーとして使用する設定があります。これにより、時間と廃材を確実に削減できます。
マルチカラー3Dプリントは、過度な手作業や後処理なしでカラーのまま直接3Dプリントできるため、一般ユーザーに人気があります。単一ノズルのカラーFDM 3Dプリントは、他の3Dプリント技術と比べて、今でも多くのユーザーにとって手頃な価格です。
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