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3Dプリントは最初のうちは楽しいものですが、使い続けるうちに、プリントに厄介な問題が起きることがあります。プリント面が粗くなり、均一でなくなってきます。3Dプリンターのエクストルーダーは詰まっておらず、正常に押し出されています。違いはただ1つ、押し出されたフィラメントがわずかに太く、完全な円形ではないことです。場合によっては、少しギザギザしていることもあります。
では、プリントに何が起きたのでしょうか。フローの問題でしょうか。それとも部分的な詰まりのようなものでしょうか。いいえ……過去にプリントしたものを確認すると、PLA、蛍光PLA、PLA Wood、さらに数回だけNylon（PA）フィラメントとASAフィラメントを使っていました。これが原因です。
標準ノズルは真鍮で作られており、標準的なPLA、PETG、ABSフィラメントのプリントには十分です。そう、標準フィラメント用であり、特殊なもの向けではありません。
では、このような種類のフィラメントをプリントするには、どのような3Dプリンターノズルを取り付け、市場で入手すればよいのでしょうか。ここで説明します。
真鍮ノズル
真鍮ノズルは、ほぼすべての3Dプリンターで標準採用されているノズルです。安価で、フィラメントを溶かすための熱伝導性にも優れています。このノズルは、PLA、PETG、ABS、ASAなどの標準フィラメントのプリントにのみ適しています。しかし、このノズルは耐久性が低く、特に高温プリントでは、一定期間使用すると信頼性が低下します。3～4か月連続してプリントすると、ノズルが劣化していることに気づくため、交換をおすすめします。蛍光、シルク、カーボン、木材、金属や大理石などの微粒子を含むフィラメントは、ノズル穴をより早く損傷させます。そのため、真鍮ノズルの使用を避けるか、数回使用した後に定期的に交換してください。この部品の価格はわずかなものです。
ステンレスノズル
ステンレススチールノズルは、高温材料の3Dプリントに適しています。耐久性が高く、木材やカーボン強化フィラメントなどの研磨性フィラメントにも対応できます。ただし、ステンレススチールは熱伝導性に関してはあまり優れていません。そのため、真鍮ノズルと比べてプリント温度を少し高くする必要があります。材料の付着問題を大幅に減らすため、滑らかな鏡面研磨など、表面品質の良いノズルを選んでください。価格面では、ステンレススチールノズルは安価です。このノズルは、食品接触に対応した安全な3Dプリントによく使われるため、PETG素材との組み合わせに適しています。
焼入れ鋼ノズル
焼入れ鋼ノズルは、研磨性のある材料に対応し、長期間のプリントを行えるように作られています。硬度は6～8モースで、3～5モースしかないステンレススチールよりも非常に硬い素材です。研磨性のある材料で長時間プリントしても問題がないため、ノズル部品を交換するために稼働時間を短縮する必要がありません。主な問題は価格だけです。ステンレススチールノズルなら10個以上、品質の良い通常の真鍮ノズルなら30個購入できる価格です。
ルビーチップノズル
ルビーチップノズルは、2016年頃にAnders Olssonによって初めて紹介されました。本体の主な構造には熱伝導性に優れた真鍮を使用し、先端にはルビーが使われています。この宝石は非常に硬く、特にカーボン強化フィラメントなどの研磨性材料に対応できます。ただし、先端にルビーを使用しているため、ノズルだけで100米ドル程度かかることがあります。
ノズルサイズの種類
一般的な物理ノズルのサイズは、主に3種類に分類されます。
- 標準サイズ：長さはわずか12～14mmです。このタイプにはE3D v5/v6、MK7、MK8、MK10など、いくつかのモデルがあります。一般消費者向けの3Dプリンターの多くがこのノズルを使用しており、市場でも簡単に入手できます。
- Volcanoサイズ：約21mmの長さで、より高速・高温の3Dプリンター向けのノズルです。Voronなどの一部の高速プリンターで使用されています。
- Super Volcanoサイズ：非常に高温のプリント専用であるため、市場ではあまり流通していません。ULTEMやPEKKなどの材料を最高500Cでプリントできます。長さは約50mmあるため、専用設計のヒートブロックが必要です。
過去2～3年、3Dプリントユーザーは、より高速なプリント速度で一般的な3Dプリンターの限界に挑戦しています。高速化すると、短時間でより多くの材料を溶かして押し出す必要があります。通常のノズル設計では、この条件に対応できません。市販の3Dプリンター向けにデュアルギアBMGエクストルーダーで知られるBondtechは、特殊なCHTノズルを開発しました。このノズルは、流入口を3つに分割することで、フィラメントの中心部を通常のノズルより速く溶かし、フィラメントの溶融時間を短縮できます。この方法は非常に効果的で、ホットエンドのフローの安定性も向上させます。CHTノズルのスタイルは一般的になり、ノズル内部に蓄積した材料の残留物によって引き起こされる多くの詰まり問題を解決しています。
ノズル穴径
ノズルサイズについて話すとき、常に0.4mmが挙げられます。これはノズルの内径、つまり先端の穴のサイズです。ノズル穴には、0.2 - 0.25 - 0.3 - 0.35 - 0.4 - 0.5 - 0.6 - 0.8 - 1.0mmなど、さまざまなサイズがあります。
なぜ0.4mmが標準なのでしょうか。3Dプリンターのオープンソース開発が始まって以来、一般的に使われてきたため、標準になったからです。これを基準に、同じ時間またはより短い時間で大きなものをプリントしたい場合は、より大きなノズルに変更できます。もちろん、壁の厚みは増し、ディテールは少なくなります。反対に、小さいサイズのノズルではより細かいディテールをプリントできますが、プリント時間は大幅に長くなります。
0.1mmや0.15mmのノズルサイズはどうでしょうか。このサイズのノズルは設定が簡単ではありません。0.2mmノズルでさえ、一般ユーザーはプリント中に多くの詰まりに悩まされます。
1.0mmを超えるような大きな数字についてはどうでしょうか。プリント結果が安定しなくなります。出力穴が大きいほど、材料を適切に溶かす必要があります。直径1.75mmのフィラメントでは、1.0mmのノズルサイズがそのサイズにおける上限と考えられます。
注：1.0mmを超えるノズルを使用する3Dプリンターでは、通常、直径2.85/3.00のフィラメント材料を使うため、異なるエクストルーダーまたはホットエンドが必要です。
3Dプリント材料には、1つの名前で表記されていても、さまざまな種類があります。たとえばPLA（ポリ乳酸）です。
PLAには、通常のPLA、PLA+、Tough PLA、HighTemp PLA、Carbon Fiber PLA、Wood PLA、Metallic PLA、金属強化PLA、Silk PLA、Matte PLA、蛍光/暗所で光るPLAなど、さまざまな種類があります。これらのPLAはそれぞれ研磨性が異なり、標準的な通常ノズルに影響を与える可能性があります。
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