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FDM vs. FFF: 3Dプリンティングの専門家が本当に重要な点を解説

赤いシャツを着た男性、クライヴ・チェンは、顎を手に乗せてカメラを見つめている。

著者

クライヴ・チェン

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著者について

共同創設者のプロフィール

ケンブリッジ大学およびロンドンメトロポリタン大学で学士号を取得。

中国の製造業における15年以上の国際販売の専門的リーダーシップ

グローバルサプライチェーンとアジアの精密製造能力を結び付ける実績のある専門知識。

私たちの基盤:

20,000平方メートルの垂直統合型先進生産施設

50台以上の国際ブランドのCNC加工センター(マザック、GF、ミ​​クロン)

業界をリードする±0.001mmの公差基準

 AS9100/IATF 16949認証品質システム

クライヴと申します。3Dプリンターのブーンという音と回転音が絶え間なく響く工房を運営し、ガレージで発明をする人から航空宇宙エンジニアまで、あらゆる人がデジタルのアイデアを形にするお手伝いをしています。私の世界に足を踏み入れた人が最初に尋ねる質問の一つは、「FDMとFFFの違いは何ですか?」です。

これは素晴らしい質問です。なぜなら、この 2 つの頭字語はどこでも見かけますし、まったく同じことを表しているようにも思えるからです。つまり、プラスチックの紐を溶かして、層ごとに物体を描く機械です。

専門用語を省いて分かりやすく説明したいので、最初から答えをお伝えします。ユーザー、デザイナー、趣味人、エンジニアの皆さん、 実質的な違いはありません。同じ技術です。

違いは技術的なものではなく、法的なものです。これは、素晴らしい発明、巧妙な商標、そして世界を変えたオープンソース革命に関する、魅力的な物語です。この物語を理解することが、デスクトップ3Dプリントの全体像を理解する鍵となります。

それでは、この議論を一旦解決して、次に 本当に 重要なのは、この技術がどのように機能するか、何が本当に優れているか、そして最大のライバルである樹脂印刷と比べてどう優れているかということです。

FDM と FFF の論争に関するクイック リファレンス ガイドはありますか?

そうです。これは私が10秒ほどで混乱を解消するために使っている簡単な表です。

質問 理論上(法の世界) 実践(あなたの世界)
名前にはどんな意味がありますか? FDM: 熱溶解積層法™
FFF: 溶融フィラメント製造
FDM: 溶融蒸着モデリング
FFF: 溶融フィラメント製造
技術的な違いはありますか? いいえ。どちらも、溶融した熱可塑性フィラメントを層ごとに押し出すというまったく同じプロセスを表しています。 いいえ。機能的には同じです。Prusa FFFプリンターとStratasys FDMプリンターは同じ基本原理を採用しています。
なぜ名前が2つあるのですか? FDM™ はStratasys社が所有する商標です。他社は許可なく使用することはできません。 3D プリンティング コミュニティでは、このテクノロジーを説明するために商標登録されていない名前が必要だったため、FFF を作成して採用しました。
どの用語を使用すればよいですか? 正式な書類や法的文書では、正確になります。 これらは互換的に使用できます。趣味やプロシューマーの世界では、ほとんどの人が習慣的にFDMをデフォルトにしています。

さて、「何を」がわかったので、次はもっと興味深い「なぜ」について見ていきましょう。

これら 2 つの名前の背後にある本当の物語は何でしょうか?

これは単なる頭字語の話ではありません。デスクトップ 3D プリント革命の起源の物語です。

FDM (熱溶解積層法) を発明したのは誰ですか?

1980年代、S・スコット・クランプという名の発明家が、娘のためにホットグルーガンを使っておもちゃのカエルを作ろうとしていました。彼はホットグルーを少しずつ重ねて、立体的な形を作り上げていました。創造力の限界を感じたその瞬間、彼は天才的なアイデアを思いつきました。これを自動化できたらどうだろう?機械がホットグルーガンをXY平面上で正確に制御し、層ごとに物体を作り上げることができたらどうだろう?

そのアイデアがFused Deposition Modeling社となった。1989年、クランプと妻のリサは会社を設立した。 ストラタシス そしてその技術の特許を取得しました。そして彼らは非常に賢明にも、 FDM®という名称を商標登録した.

ストラタシスは20年近くFDM市場を独占していました。同社の装置は産業グレードで数十万ドルもするものであり、大手自動車メーカーや航空宇宙メーカーで採用されていました。 ラピッドプロトタイピング一般人にとって、3D プリントはスペース シャトルを所有するのと同じくらい手の届かないものでした。

熱溶解積層法(FFF)はなぜ登場したのでしょうか?

2000年代半ば、英国の優秀な教授エイドリアン・ボウヤー博士のおかげですべてが変わりました。彼は RepRapプロジェクトは、理論的には低コストでオープンソースの3Dプリンターを作成することという根本的な目標を持っていました。 独自の部品を印刷して、より多くのプリンターを作成するそれは自己複製する 製造 機械。

RepRap革命の鍵はタイミングだった。2009年までに、ストラタシスが保有していたFDMの基礎特許は プロセス 期限切れになり始めていたため、誰でも合法的に家を建てて売ることができるようになった。 プロセスを使用した機械 溶融熱可塑性樹脂を押し出すこと。

しかし、落とし穴がありました。「FDM」という名称は依然として商標保護の対象でした。急成長を遂げるオープンソースコミュニティは、巨大企業ストラタシスとの法的トラブルを避けるため、この技術に新しい名前が必要でした。そこで彼らは「FDM」という名称を作り出しました。 溶融フィラメント製造 (FFF).

FFFこそが、革命の旗印でした。MakerBot(初期の頃)、Prusa Research、Ultimaker、Crealityといった企業は、RepRapプロジェクトの理念を基盤に帝国を築き、「FFF」プリンターを一般向けに販売しました。この技術はついに民主化され、3Dプリンターの価格は数十万ドルから数百ドルへと急落しました。

つまり、FDMとFFFを見れば、この歴史の反映が分かります。FDMは元々、企業が商標登録した用語です。FFFはオープンソースでコミュニティ主導の用語で、全く同じものを指します。

それで、この技術は実際にはどのように機能するのでしょうか?

歴史の授業は終わったので、さあ、実際に手を動かしてみましょう。FDMと呼ぶかFFFと呼ぶかはさておき、そのプロセスは概念的に非常にシンプルです。私はいつもこれを、スマートなロボット型ホットグルーガンと表現しています。

ステップ 1: デザインはどこから来るのか?

すべてはデジタルファイルから始まります。Fusion 360やTinkercadなどのCAD(コンピュータ支援設計)ソフトウェアを使って自分で3Dモデルを設計するか、ThingiverseやPrintablesなどのサイトから既製のモデルをダウンロードします。このファイル(通常はSTLまたは3MF)は、オブジェクトのデジタル設計図のようなものです。

しかし、プリンターはこの設計図を直接読み取ることはできません。指示が必要です。そこで「スライサー」の出番です。スライシングソフトウェア(Cura、PrusaSlicer、Simplify3Dなど)は、3Dモデルを読み込み、その名の通り、数百、数千もの薄い水平層にスライスします。そして、「Gコード」ファイルを生成します。Gコードとは、プリンターが理解できる、特定の座標とコマンド(ここに移動、この温度まで加熱、この量のプラスチックを押し出すなど)の長いリストです。

ステップ 2: 誰もが話題にする「フィラメント」とは何ですか?

FDM/FFF用の「インク」 プリンターはフィラメントと呼ばれる熱可塑性プラスチックです通常は直径1.75mmまたは2.85mmの長い糸がスプールに巻かれています。その種類は驚くほど豊富で、想像できるあらゆる色と幅広いサイズが揃っています。 材料それぞれ特性が異なります。後ほど詳しく説明しますが、最も一般的なものはPLA(印刷しやすく、生分解性)、PETG(強度と耐久性に優れている)、ABS(丈夫で耐熱性がある)です。

ステップ 3: プリンターはどのようにしてプラスチックを溶かすのでしょうか?

これが機械のメイン部分です。フィラメントはスプールから「 押出機押し出し機にはモーターとギアがあり、フィラメントを掴んで押し出します。そして、フィラメントを ホーテンド.

ホットエンドは、その名の通り、ヒーターカートリッジと温度センサーを備えた金属ブロックです。これは、PLAフィラメントを正確な温度(例えば、PLAの場合は215℃)まで加熱し、ハチミツのような濃厚な溶融液に変えます。ホットエンドの先端には、小さな真鍮製の部品が付いています。 ノズルここで、溶融プラスチックがプリントベッド上に押し出されます。

ステップ 4: 部品は層ごとにどのように構築されるか?

ここでスライサーからのGコードが活かされます。プリンターの主要構造はモーションシステムで、しばしば「 ガントリー、ホットエンドを高精度に動かすことができます。

プリンターはGコードを読み取り、ノズルを動かし始める。 プリントベッド (平らな造形面を)X方向とY方向に動かします。動くにつれて溶融プラスチックが押し出され、造形物の最初の層の形状を正確に描きます。

最初の層が完成すると、プリントベッドがわずかに下がり(またはガントリーが上がり)、層の高さ(例えば0.2mm)が算出されます。次に、プリンターは最初の層の上に2層目の層を直接描画し始めます。新しい層から出た高温のプラスチックが、その下の層と融合します。

このプロセスは層ごとに、何時間も、あるいは何日もかけて繰り返されます。ゆっくりと、そして丹念に、三次元の物体が何もないところから姿を現します。これは、パン職人がケーキに一層ずつアイシングを施すように、基礎から積み上げていく、いわば付加的なプロセスです。

FDM/FFF 印刷の最大の強みは何ですか?

この技術が世界を席巻したのは偶然ではありません。そこには、紛れもない大きな利点がいくつかあるのです。

なぜこんなに驚くほどお手頃価格なのでしょうか?

これが最大の強みです。FFFのオープンソース性は、熾烈な競争市場を生み出しました。驚くほど高性能なFFFプリンターが200ドル以下で購入できます。フィラメントも安価です。1キログラム入りの高品質PLAスプールは約20ドルで入手でき、数百個の小型オブジェクトを印刷するのに十分な量です。この低い参入コストにより、製造業の力は数百万人の手に渡りました。

どのような材料を使用できますか?

FDM/FFFの材料選択肢は豊富で、常に増え続けています。これは他の造形方法に比べて大きな利点です。以下の材料で造形できます。

  • 基礎プラスチック: 日常の物品には PLA、PETG、ABS を使用します。
  • 柔軟なプラスチック: ゴムのような曲げられる部品を作るための TPU と TPE。
  • エンジニアリンググレードのプラスチック: 強度、耐熱性、耐紫外線性に優れた機能部品を作成するためのナイロン、ポリカーボネート、ASA。
  • 複合プラスチック: カーボンファイバー、ガラスファイバー、さらには木の粒子を注入したフィラメントにより、印刷物に独特の特性と外観を与えます。

部品をどれくらい早く手に入れることができますか?

1回のプリントには長い時間がかかりますが、アイデアから実際の製品に至るまでの全体的なプロセスは、従来の製造方法に比べて驚くほど高速です。午前中にカスタムブラケットを設計し、スライスしてプリンターに送信すれば、その日の午後には機能部品をテストできます。このスピードは、ラピッドプロトタイピングの紛れもない王者と言えるでしょう。

最大の弱点は何でしょうか?

もちろん、これは魔法の箱ではありません。FDM/FFFには、理解しておくべき基本的な制限がいくつかあります。

印刷物にレイヤー ラインが見える理由は何ですか?

オブジェクトは個別の層で造形されるため、完成したパーツではほぼ確実にそれらの層が見え(そして触り心地も)ます。そのため、FDMプリントでは特徴的な凹凸のある質感が生まれます。この凹凸を最小限に抑えるために層を非常に薄く(0.1mm以下まで)することは可能ですが、大量生産品のような、プリンターから取り出した直後の射出成形品のような、完璧に滑らかな仕上がりを実現することはできません。

私のパートがあらゆる方向で強くないのはなぜでしょうか?

これは重要な概念です 異方性債券 の間に 層は連続したプラスチックストランドの結合よりも弱い 以内 層です。つまり、FDMパーツはX軸とY軸に沿って非常に強くなりますが、Z軸(造形方向)に沿っては弱くなります。パーツをプリントした方向に引っ張ると、層に沿って剥離したり、割れたりすることがあります。これは、機能的で耐荷重性のあるパーツを設計する際に重要な考慮事項です。

それは実際どれほど正確なのでしょうか?

ほとんどの用途において、FDMは十分な精度を備えています。しかし、ミクロンレベルの精度には匹敵しません。 CNCマシン溶融プラスチックを押し出すという性質上、多少の膨張、収縮、そしてばらつきは必ず生じます。寸法精度は通常+/- 0.2mm程度と期待できますが、これは試作品や機能部品には最適ですが、高精度の圧入部品には不十分かもしれません。FDMが極めて微細で繊細なディテールの製作に苦労する理由もこれです。そして、その点こそが、FDMの主な競合である樹脂プリンティングの真価を発揮するところです。

ここまで、FDMの歴史、仕組み、そして主な長所と短所について説明してきました。FDMとFFFの違いは単なる名前の違いであり、その技術の仕組みもご理解いただけたかと思います。次は、最大のライバルと対決し、その真の実力を見極めます。その詳細を解説していきます。 ケーススタディ これらの決定が現実世界でどのように展開するかを説明します。

FDM は最大のライバルである樹脂印刷と比べてどうでしょうか?

FDM/FFFが手頃な価格で汎用性の高い3Dプリントの主力技術だとすれば、レジンプリント(SLA、DLP、MSLAなどの技術)は高精度な造形を可能にするアーティストと言えるでしょう。クライアントから「どちらが優れているか」と聞かれると、私は「これは大槌とメスの違いだ」と答えます。どちらも3Dプリント技術ですが、それぞれ全く異なる分野で優れた性能を発揮します。

この比較を理解することは、プロジェクトに適切なテクノロジーを選択する上で最も重要なステップです。

樹脂プリントは実際どのように機能するのでしょうか?

レジンプリンターは、プラスチックのスプールの代わりに、液体フォトポリマー樹脂の容器から造形を開始します。これは粘性のある感光性液体です。プロセスはFDMの逆です。

  1. ビルド プラットフォームが樹脂の容器の中に下がり、容器の底との間に紙のように薄い隙間が残ります。
  2. 下からの光源 (SLA の場合はレーザー、DLP の場合はプロジェクター、MSLA の場合は LCD スクリーン) が、バットの透明な底を通して最初の層の画像を照射します。
  3. UV ライトは接触した液体樹脂を瞬時に硬化させ、ビルド プラットフォームに付着するプラスチックの固体層に変えます。
  4. プラットフォームが上昇し、タンクの底から新しい固体層を剥がします。その後、再び下降し、小さな隙間が残ります。
  5. このプロセスは層ごとに繰り返され、部品は液体樹脂から引き上げられて出てきます。

樹脂プリントが FDM より優れている点は何ですか?

  • 驚異的なディテールと滑らかさ: これがレジンのスーパーパワーです。プラスチックの糸ではなく光のピクセルからパーツを造形するため、驚くほど精巧なディテールと完璧な滑らかさを実現できます。 表面仕上げ層状の模様は肉眼では見えないことが多いため、卓上ゲームのミニチュア、精巧なキャラクターの胸像、宝飾品のプロトタイプなど、様々なものの印刷に最適です。
  • 等方性強度: 層間が最も弱いFDM部品とは異なり、硬化樹脂部品は 等方性化学結合プロセスによって固体で均質な物体が形成されるため、あらゆる方向で均一な強度が得られます。これは、複雑な応力を受ける機能部品にとって大きな利点となります。

FDM が樹脂に対して明らかに優位な点はどこですか?

  • コストとシンプルさ: レジンプリンターは手頃な価格になりましたが、レジン自体はFDMフィラメントよりもかなり高価です。さらに重要なのは、後処理が面倒なことです。完成したパーツはイソプロピルアルコールで未硬化のレジンを洗い流し、その後UVランプでさらに硬化させて強度を最大限に高める必要があります。この工程はベタベタして臭いがするため、手袋と十分な換気が必要です。一方、FDMパーツはプリントベッドから取り出した瞬間に使用できます。
  • ビルドボリューム: 同じ価格帯であれば、FDMプリンターの方が一般的にはるかに大きな造形体積が得られます。フルサイズのヘルメットやコスプレ用の大型アーマーのプリントはFDMプリンターでは一般的な作業ですが、ほとんどのコンシューマーグレードのレジンプリンターでは不可能です。
  • 素材の多様性と強度: 強靭で柔軟性のあるエンジニアリング樹脂もいくつかありますが、高価であり、FDMフィラメントの膨大な世界と比べると種類も限られています。機械用途の強度、耐久性、機能性を備えた部品を製造するには、FDMで使用可能なエンジニアリンググレードの材料(ナイロン、ポリカーボネート、PETGなど)の方が優れており、コスト効率もはるかに優れています。

この選択が現実世界でどのように機能するかを教えていただけますか?

このテクノロジーの格差を完璧に例証するプロジェクトを持って私のところに来た、マークとサラという2人のクライアントについてお話ししましょう。

マークのプロジェクトとは何ですか?そしてなぜ樹脂が唯一の選択肢だったのですか?

マークは卓越した才能を持つデジタル彫刻家で、卓上ウォーゲーム向けに精巧な高さ28mmのファンタジーミニチュアをデザインしています。彼のミニチュアは、鎖かたびらのリンク、表情、繊細な剣の柄、質感のある布地など、細部までこだわって作られています。

彼は最初、ハイエンドのFDMプリンターで出力しようと試みた。結果は散々だった。プリンターは細かいディテールを再現できなかったのだ。剣はぼやけ、顔は不明瞭、そして恐ろしい層状の線は、わずか0.1mmの高さでさえ、まるで木目から彫り出したかのようだった。

これは詳細と解像度の問題でした。 彼のFDMプリンターのノズル幅は0.4mmで、ノズルの先端よりも小さな形状を描くことは不可能でした。

エントリーレベルのMSLA樹脂プリンターに切り替えました。その違いは雲泥の差でした。プリンターの液晶画面の解像度は約0.05mm(50ミクロン)で、FDMノズルの8分の1の小さな光ピクセルで「描画」していたのです。

出来上がったプリントは完璧だった。鎖かたびらの細かなリンクまですべて見え、顔の表情も鮮明だった。表面は完璧に滑らかで、下塗りと塗装の準備が整っていた。マークの用途では、細部まで捉えることが最重要だった。 重要なのは、樹脂プリントが優れているだけでなく、それが唯一の実行可能な選択肢だったということです。

サラのプロジェクトとは何だったのでしょうか? そしてなぜ FDM が明らかに勝者だったのでしょうか?

サラは機械エンジニアで、研究室の科学機器用のカスタムマウントシステムを設計しています。彼女の主な部品は、約200mm x 150mm x 100mmの大きさの、大きくて分厚いブラケットでした。見た目の美しさは求められませんでしたが、強度と剛性が高く、5kgの荷重をたわむことなく支えられることが求められました。また、完璧なフィット感を得るために複数のバージョンを印刷する必要があることを知っていたので、反復作業のコストを抑えることも重要でした。

これはサイズ、強度、コストの問題でした。

大判レジンプリンターで印刷できたでしょうか? ええ、もちろんです。でも、それは最悪の選択だったでしょう。

  • 費用: このブラケットには1リットル以上のエンジニアリング樹脂が使用され、プロトタイプ1つの製作に100ドル以上かかることになります。
  • サイズ: ほとんどの消費者向け樹脂プリンターにかろうじて適合するでしょう。
  • 実用性: 滑らかな 表面仕上げ 樹脂は彼女に機能的な利点を全く与えなかった。

代わりに、300ドル未満のベーシックなFDMプリンターを使用しました。25ドルのPETGフィラメント(強度と耐久性に優れたフィラメント)をスプールに装填しました。0.6mmの大型ノズルと0.3mmの厚い積層ピッチを採用することで、細部の造形よりも速度と強度を優先しました。

その 印刷には約12時間かかり、費用は 材料費は15ドル未満でした。部品は驚くほど強度と剛性が高く、必要な荷重を楽々と保持しました。目に見える層状の線は機能には全く関係ありませんでした。サラは週末に3つの異なるデザインのバリエーションを、樹脂プリント1回分よりも安いコストで印刷することができ、デザインを迅速に完成させることができました。彼女の用途では、FDMが最も高速で、安価で、かつ強力なソリューションでした。

では、どのテクノロジーが適しているのか Me?

次の簡単な質問を自分に問いかけてみてください。 私のプリントの主な目的は何ですか?

  1. 「美しく、細部までこだわったものを作りたい。」 (例:ミニチュア、彫刻、ジュエリー、キャラクターモデル)。 樹脂美的品質を優先し、 表面仕上げ 何よりも。
  2. 「機能的で現実的なものを作りたい。」 (例:プロトタイプ、ブラケット、筐体、交換部品、治具、固定具)。お客様の選択は FDM / FFF強度、材質の多様性、サイズ、低コストを重視しています。

レジンプリンターで機能的な部品を印刷できますか?はい。FDMプリンターで美しいモデルを印刷できますか?もちろんです。しかし、それぞれの技術の長所を活かすことで、時間、費用、そしてフラストレーションを大幅に節約できます。

最もよく聞かれる質問は何ですか?

FDMは樹脂プリントの一種ですか?

いいえ、全く違います。これらは根本的に異なる技術です。FDMは固体のプラスチックフィラメントを溶かして描画する方式です。レジンプリントは、液状のフォトポリマー樹脂を紫外線で硬化させる方式です。ホットグルーガンと光プリントを比べてみてください。

初心者にとって SLA と FDM のどちらが適していますか?

ほとんどの初心者にとって、FDM方式はより良い出発点です。プリンター本体も材料も安価で、プロセスもはるかにクリーンでシンプルです。プリンターを箱から出してすぐに完成品を手にすることができ、化学薬品や手袋、二次硬化も必要ありません。3Dプリントの世界への入門として、より気軽に始めることができます。

誰もが FDM を知っているのに、なぜまだ FFF という用語が使われているのでしょうか?

これは、歴史的な正確さ、ブランドの独自性、そしてコミュニティの慣習が混ざり合った結果です。Prusa ResearchやLulzBotのように、オープンソースのRepRapムーブメントから生まれた企業は、自社の技術を誇らしげに「FFF」と名付けています。一方、Stratasysのような大手産業企業は、商標登録された「FDM」という用語を独占的に使用しています。コミュニティでは、これらの用語は非常に互換性があり、Stratasys以外のマシンでは技術的にFFFの方が正確であるにもかかわらず、ほとんどの人がFDMを技術の総称として使っています。

最初に使用すべき FDM 材料は何ですか?

PLA(ポリ乳酸)。最も簡単にプリントできるフィラメントで、無毒で生分解性(コーンスターチ由来)があり、手頃な価格で、豊富なカラーバリエーションが揃っています。ほとんどのモデルや基本的な機能プリントに十分な強度を備えています。PETGやABSといったより難しい素材に進む前に、PLAでのプリントをマスターしましょう。

さらに詳しい情報はどこで入手できますか?

  1. RepRap ウィキ: これは精神的な ホーム FFFムーブメントのWikiです。オープンソースの3Dプリンターハードウェアとソフトウェアのあらゆる側面を網羅した、広大でやや混沌としながらも非常に詳細なWikiです。 reprap.org/wiki/メインページ
  2. オール3DP: 3Dプリントに関するあらゆる情報を網羅した、優れたオンラインマガジン兼リソースです。FDMプリンターとレジンプリンターの比較ガイド、トラブルシューティング記事、最新マシンのレビューなど、充実した情報が掲載されています。 all3dp.com
  3. Prusa ナレッジベース & コミュニティフォーラム: FFF業界のリーダーであるPrusa Researchは、記事、ガイド、材料データシートなど、優れたライブラリを保有しています。同社のコミュニティフォーラムは、メーカーが質問をしたり解決策を共有したりできる、最も活発で役立つ場の一つです。 help.prusa3d.com
  4. Thomas SanladererのYouTubeチャンネル: FDMプリントの仕組みと科学を深く掘り下げた技術的な情報を得るには、トムのチャンネルは貴重なリソースです。彼は、エンジニアリングに焦点を当てた、偏りのないレビューと解説を提供し、その比類なき解説力は圧巻です。

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