3Dプリントを活用したアイウェア製作ガイド

3Dプリントで実製品用アイウェアを製造する場合、この分野独自のメリットと課題があります。このセクションでは、質感やヒンジのオプション、成形では実現不可能な形状の設計、そしてカスタマイゼーションについてご説明します。

アディティブ・マニュファクチャリングでは層を積み重ねることで最終形を形成するため、積層痕が目に見えて残る場合がありますが、造形時のモデルの向き調整、全体的な設計調整、そして表面を滑らかにする表面処理を行うことでこの積層痕を目立ちにくくすることができます。フレームやテンプルの表面にエンボス加工やデボス加工を施すというのも、3Dプリントで実製品を作る際に積層痕を隠す方法としてよく使われる手段です。

Formlabsでは、積層痕を十分に隠すためにはエンボスであれば高さ0.35mm以上、デボスであれば深さ0.15mm以上を推奨しています。さらに、積層痕を有効活用することでグリップや摩擦力を高め、アイウェアが顔から滑り落ちるのを防ぐこともできます。

3Dプリント製アイウェアでは、主に4つの方法でヒンジをつけることができます。

1. 従来工法と同じくネジを使用する
2. ヒートセットヘリサート
3. スナップフィット
4. ヒンジごと3Dプリントする

ヒンジのネジ山を3Dプリントの設計に組み込むこともできますが、従来のアイウェアのネジ山は小さすぎて根本的な解決にならないことがほとんどです。ネジ山のサイズは ¼"-20（インペリアル）または M6（メトリック）以上をキープする方がよいでしょう。

Nylon 11 パウダー、Nylon 12 パウダー、Nylon 12 White パウダーはいずれも、ヒートセットヘリサートとネジ穴の作成に使用することができます。他のオプションに比べて耐久性が高く長持ちする方法です。こちらからステップごとのガイドをご覧いただけます。

さらに、サポート材が不要なSLS 3Dプリントでは、ヒンジを設計の中に組み込み本体と一緒にプリントしてしまう、といったことも可能です。つまりフレームにテンプルをつけた状態で設計・プリントが可能で、後から組み立てる必要がありません。Formlabsでは、フィーチャーが20mm²未満の場合はクリアランスを0.3 mm、20mm²を超えるフィーチャーの場合は0.6mmとすることを推奨しています。SLSのデザインガイド全文はこちらからお読みいただけます。

主にファッション性の高い用途になりますが、3Dプリントによってデザイナーは成形やダイカット加工では作れないアイウェアのデザインが可能になっています。上の写真のテンプルは、成形では実現できない形状です。3Dプリントでこういった形状も可能になることで、使用者の自己表現という新たな領域にフォーカスしながら軽量化によって使用感の改善も狙えます。

信頼性の高いハードウェア、工業グレードの材料、直感的なユーザー・インターフェースが自慢のFuseシリーズは、誰にでもアクセスしやすく需要に応じた生産規模拡大も容易なアイウェア製造環境を提供します。以下のセクションでは、SLS 3Dプリントを使用したアイウェア製造に特化したヒントをご紹介します。

Fuseシリーズでは、アイウェアの製造に適した材料として、Nylon 11 パウダー、Nylon 12 パウダー、Nylon 12 White パウダーの３種類が使用できます。いずれの材料もアセテートと同じ熱可塑性プラスチックであるため、店頭でフレームやテンプルを加熱してフィット感を高めることができます。

アセテート、TR90、ポリカーボネートと機能的性能を比較するといずれの材料も遜色ありませんが、破断伸びや持続可能性に優れていることから一部のお客様にはNylon 11パウダーが好まれています。

実際の機能試験においても、Nylon 11パウダーの優れた靱性と耐衝撃性が実証されました。

雨風にさらされても長持ちする持続可能な製品を作るには、より多くの環境特性や材料特性の考慮が必要です。

^{*出典：https://www.makeitfrom.com/material-properties/High-Plasticizer-CA
**出典：https://www.picoplast.nl/uploads/bab8c3f16780cb5b51b67be4baece673Grilamid%20TR90%20LX%20-%20MDS%20-%20EN.pdf}

Nylon 11 パウダー、Nylon 12 パウダー、Nylon 12 White パウダーは、密度や吸水性が低く耐熱性と難燃性に優れていることから、工場で使用する保護ゴーグルなど、負荷の高い環境にも耐えられる軽量フレームの生産に向いています。

Formlabs の Nylon 11 パウダーはヒマシ豆を原料とする100％バイオベースの再生可能材料で、一部の石油由来のプラスチックよりも環境に優しい選択肢を提供します。Nylon 11 パウダーは、Nylon 12 パウダーと比較して二酸化炭素排出量を 60% 削減できます。Nylon 11 パウダーのライフサイクル分析（LCA）全文をご覧になりたい場合は、Formlabs までお問い合わせください。

表面品質はモデルの設計によるところが大きく、造形時の向きによっても影響が異なります。Formlabs はモデルの向きについて広範なテストを実施し、丸フレームの場合は Nylon 11 パウダー、Nylon 12 パウダー、Nylon 12 White パウダーの両方でフレームを 45 度傾けて造形した時が最も審美性の高い仕上がりになることがわかりました。ビルドチャンバーの底を向いている面の方が若干滑らかな表面品質になります。

45度の角度をつけた場合、Fuse 1+ 30W のビルドチャンバーには 77 点のフレームが収まります。このシナリオで Nylon 12 パウダーを使用して造形した場合、2023 年 3 月時点ではパッキング率は 11%、造形時間は 11 時間でした。Formlabs は常に造形設定を改善しています。お手持ちのファイルを分析し、コストや造形時間、ROI の算出も可能です。Formlabsまでお気軽にお問い合わせください。

^{* 造形時間を24時間以下に抑えるために一度に造形する点数を減らした結果、生産スループットが向上しました。Nylon 11でも一度に77点のフレームを造形することは可能ですが、造形時間は24時間以上になります。
** パッキング率とリフレッシュ率の詳細については、こちらをご覧ください。
*** 1日1回、週5日、年間48週間造形した場合を想定しています。プリント完了後にすぐに次のプリントを開始するには、予備のビルドチャンバーが必要です。}

Nylon 11パウダー、Nylon 12パウダーのどちらも、造形後すぐの状態は不透明な灰色で表面品質は研磨後のアセテートよりもざらついた質感になります。Nylon 12 Whiteパウダーも同様にざらついた表面で、青みがかった白色をしています。従来のアセテートやTR90アイウェアに近い仕上がりにするには、様々な表面処理をお試しになることを薦めします。

Fuse 1シリーズもFormシリーズも、アイウェアの寸法、フィット感、全体的なデザインを確認するための試作品の製作にご活用いただけます。

長期間の着用検証が可能な機能試作の製作には、Fuse 1+ 30Wでナイロン材料をお選びください。アセテートやポリカーボネートに似た透明性で外観確認用試作を製作する場合には、Form 4またはForm 4Lプリンタがおすすめです。SLA光造形で作る試作品は1点につき数週間程度の着用が可能ですが、UVカットコーティングを施さない場合には長期間の着用には適していません。

Fuse 1+ 30Wで作ったアイウェアを使って耐用期間やユーザーテストを行い、検証・評価結果を素早くフィードバックとして受け取ることで寸法やデザインの改良が可能です。

3Dプリントでは、複雑なデザインも無料で実装できます。電子機器のハウジングやウェアラブル用の複雑なアセンブリを追加しても、3Dプリンタ以外のコストはかかりません。他の工法ではコストが高く複数割の金型が必要になるようなスマートアイウェア用の複雑なエンクロージャには、SLS 3Dプリントの使用をご検討ください。

耐衝撃性が高いNylon 12パウダー、Nylon 12 Whiteパウダー、Nylon 11パウダーは、カスタム設計の治具や固定具の製作に適しています。Formlabsのナイロン材料には、チタンなど従来のフレームやテンプルに使用されている一部の金属を90kg以上の圧力で曲げられるほどの強度があります。

多くの業界において、射出成形型の製作にForm 4やForm 4LといったSLA光造形プリンタとRigid 10Kレジンを使用することが一般的になっています。Rigid 10Kレジンはその高い耐熱性と表面品質により、フレームやテンプルなどの少量射出成形や、真空成形によるパッケージ製造のための成形型の製作にお使いいただけます。

3Dプリント製のアイウェア製造で最も効率的かつ費用対効果の高い方法は、社内に生産環境を整備することです。これには、FuseシリーズSLSエコシステムの購入が必要です。

垂直統合型3Dプリントを活用した生産のメリットとしては、ROIの早期達成やより厳密な品質管理、設計変更への迅速な対応が可能になるだけでなく、試作品製作から量産までを同じ機器で行えることや、治具や固定具の製作など他の用途にもその機器を使用できることが挙げられます。

可能な限りアクセスしやすいプリンタとして設計されたFuseシリーズは、電源を入れたらすぐに使えるプラグアンドプレイ形式で、ほとんどのユーザーが数時間で操作を習得できる使いやすさが魅力です。さらに設置にあたっては必要最低限の設備があればよく、迅速な導入と需要の増加に伴う生産規模の拡大が容易に行えます。

初期導入後にFuse 1+ 30Wプリンタを追加する場合でもFuse SiftやFuse Blastは追加の必要がなく、最初に導入したものを複数台で使い続けられます。ほとんどのお客様は、プリンタと後処理装置の台数比率を4:1にしています。Fuse 1+ 30W、Fuse Sift（後処理装置）、Fuse Blast（ブラスタ）、ビルドチャンバー（x 2）、カートリッジ（x 2）、Nylon 12パウダー（20kg）、スペシャリストによる2年間のカスタマーサポート、これら全てが揃ったFormlabs SLS 3Dプリント製品一式の価格は$64,190です。

部品の3Dプリントのみを行うメーカーから設計・プリント・後処理・梱包サービスの全てを提供するメーカーまで、サービス提供範囲の異なる様々なメーカーが世界各地に数多く存在しています。

メーカーに外注する場合は製造単価は上がりますが、一から生産環境を整備する資金やスペースがない場合や、まずは少量で試してみたいという場合には優良なオプションと言えます。