カラー3Dプリンタガイド

カラーパーツを3Dプリントしたり、鮮やかなマルチカラーのパーツを製作したりすることをお考えですか？ここ数年、カラーで3Dプリントできる新しい手法が複数登場するとともに、新しい3Dプリンタがより手の届きやすいものとなったことで、デザイナーや模型製作者、ホビーユーザーなど誰でも、さまざまな色合いのオブジェクトを作れるようになりました。

このガイドでは、カラー3Dプリントしたパーツの製造に使えるテクニックや、カラー3Dプリントの技術と活用法についてご紹介します。

カラーパーツを3Dプリントする方法は複数あり、カラーミキシングやカラーマッチング、フルカラー3Dプリント、3Dプリントしたパーツの塗装、ハイドログラフィックスが挙げられます。 

ダイレクトカラーはマルチカラー3Dプリントとしても知られ、複数の色でパーツを3Dプリントする最も基本的な方法です。この方法では、色の付いた原材料をプリンタに投入します。最も一般的な方法は、熱溶解積層（FDM）技術を採用する3Dプリンタでカラーフィラメントを使用し、フィラメントを溶かしてプリンタベッドに堆積させるものです。

FDM方式3Dプリンタは、 カラーフィラメントを使った単色プリント、デュアル押出機を使った2色プリントに加え、同時にプリンタを通過するフィラメントの数に応じて、カラーミキシングを使った多色・グラデーションプリントが可能です。

このようなマルチカラー3Dプリントの主なメリットは、使い勝手がよく、価格も手頃なことです。ただし、デメリットとして、特定の色合いを実現できないこと、最終的なパーツに積層痕が見えてしまうことが挙げられます。また、FDM方式のプリンタに搭載された押出機が多ければ多いほど、プリントエラーが発生する可能性が高くなります。

ダイレクトカラープリントでは既製のカラーオプションしか利用できない一方、カラーマッチングでは、ほぼすべてのカスタムカラーで3Dプリントしたパーツを作成できます。 

光造形（SLA）3Dプリント用の初の統合カラーミキシングソリューションとして、Formlabs カラーキットはカラー顔料をベース材料に混ぜ合わせ、カートリッジ1本分のカスタマイズカラーレジンを作成します。続いて、SLA方式の3Dプリントプロセスがレーザーを用いてカラーレジンを硬化させ、鮮やかな色合いで表面が滑らかなパーツを3Dプリントします。積層痕はほとんど見えません。

フルカラー3Dプリントは最も汎用性の高い3Dプリント方式です。同時に複数の色でオブジェクトを作るため、どんなトーンにもマッチするリアルなパーツを作ることができます。

カラーフィラメントやレジンとは異なり、フルカラープリントに使用される材料はあらかじめ着色されているわけではありません。カラー2Dプリンタと同じように、プリント中にベース材料に色が追加されるのです。

バインダージェットやマテリアルジェッティングなどの技術は、フルカラー3Dプリントを実現する技術です。しかし、こうしたプロセスは導入にかかる費用が高く、多くのユーザーには手が届きません。また、より手頃な価格のフルカラーFDM方式3Dプリンタを提供しているメーカーは1社に限られています。

場合によっては、カラー3Dプリントは、アーティストやデザイナーが求めるディテールや鮮やかな色合いに欠けることがあります。アクリル塗料、オイル、スプレーペイントで単色の3Dプリントしたパーツを塗装すると、時間はかかるものの、費用をかけずに完全なカスタムソリューションが得られます。 

完璧に滑らかな表面仕上げや、非常に繊細な特徴を必要とするモデルには、塗装前にサンディング、下塗り、溶剤の使用などの後処理が必要となる場合があります。

サンディングは表面の不備を減らし、プライマーは小さな亀裂や穴を埋めるために使用します。さらに、3Dプリントしたパーツによっては、アンダーコートでプライマーの中間色を薄めてから塗装する必要があります。

3Dプリントしたパーツのプライミングと塗装に関するステップガイドをご覧いただくか、お読みください。

ハイドログラフィックスはハイドロプリンティング、ウォータープリンティング、または水圧転写としても知られ、3次元表面にプリントデザインを施すために利用される一般的な手法です。この手法では、インクジェットプリンタを使ってポリビニルアルコールフィルムに絵柄をプリントします。このフィルムを水に浸し、活性化剤を吹き付けます。この浮いたフィルムに物体を沈めると、カラーフィルムが伸びて物体に付着していきます。

このプロセスに興味がおありの場合は、コンピュータ利用ハイドログラフィックを用いた3Dプリントでのフルカラーパターンに関するガイドをお読みください。

カラープリントで最も使われている技術はFDM、SLA、SLS/MJF、バインダージェット、マテリアルジェッティングです。各プロセスの長所と短所についてご紹介します。

FDM、または熱溶解積層法とは、消費者向けの3Dプリントでは特に広く普及しており、かつ最安クラスの技術です。FDM方式の3D造形では、 熱可塑性材料を溶解させ、それをプリンタのノズルからビルドエリアに押し出して積層することでパーツを造形していきます。

FDMは主に、押出機を1機のみ搭載したプリンタでのダイレクトカラープリントや、押出機を2機以上搭載したプリンタでのカラーミキシング3Dプリントに使われています。

また、現在では、ダヴィンチ Color 3Dプリンタで、FDMをフルカラー3Dプリントに利用できるようになりました。同プリンタは、無色のフィラメントを押し出す直前にCMYKインクジェットカートリッジで染めることで、カラー2Dプリントと似た方法でカラーパーツを作ります。

SLA、または光造形3Dプリントは、レーザーで液体レジンを硬化させ、光重合と呼ばれるプロセスで硬いプラスチックにします。光造形（SLA）方式で3Dプリントしたパーツ（＝SLAパーツ）は、3Dプリント技術の中で解像度と精度が最も高く、ディテールを最もくっきりと再現し、表面が最も滑らかに仕上がります。

SLAでは、SLA方式3Dプリント用の初のカラーミキシングソリューションであるFormlabs カラーキットを使い、ほぼすべてのカスタムカラーをカラーマッチングすることが可能です。滑らかな表面仕上げにより、SLAでプリントしたパーツは後処理、塗装、ハイドログラフィックスの適用も容易に行うことができます。 

粉末焼結積層造形法 は、高強度な機能部品や製品の製作技術としてさまざまな業界のエンジニアや製造業者の信頼を得て、最も普及している積層造形法です。

SLS方式3Dプリンタは白、グレー、または黒のナイロンパウダーを原材料として使用します。パーツを直接カラープリントすることはできませんが、後処理段階でパーツを染めたり塗装したりすることができます。

バインダージェット3Dプリント技術はSLSプリントやMJFプリントと似ていますが、熱ではなく色つきの結合材を使用してパウダー状の砂岩材料を結合します。 

バインダージェットで製作したパーツは、表面に穴が多く極めてもろいため、フルカラーフィギュアやコンセプトモデルの作成など、静的な用途に限って使用することが推奨されます。

マテリアルジェッティング3Dプリンタは、従来のインクジェットプリントと光硬化性樹脂を組み合わせ、2Dプリンタと同様にビルドトレー上にこの材料を滴下させた後、紫外線で硬化させるものです。

このプロセスでは無数の色の可能性が得られ、鮮やかな色の写実的なパーツを作ることができます。しかし、作られるパーツは機械的特性に乏しく、熱に弱いうえ、この技術の導入価格はカラー3Dプリントの選択肢の中で最も高いものとなっています。

カラー3Dプリントは、技術者やデザイナーが本物そっくりのプロトタイプでコストと時間を節約したり、映画製作者がデジタルモデルを小道具に変えたり、モデル製作者が鮮やかなミニチュアを製作したり、医療専門家が正確な解剖学的モデルを作ったりなど、さまざまな場面で力を発揮します。 

ラピッドプロトタイピングは、企業がアイデアを現実的なコンセプトモデルに昇華し、最終製品同様の外観と機能を備えた再現度の高い試作品製作を行い、さまざまな検証プロセスを経て製品化し、量産を開始するまでの一連の製品開発プロセスを高速化するものです。

カラーコンセプトモデルは、プロダクトデザイナーが考案したアイデアを形にしてステークホルダーに見せ、その内容について議論し、ローリスクのコンセプト探求法を通じて、そのアイデアの是非を問うことができるようにします。

さらに後の段階では、リアルな見た目のカラープロトタイプによって、最終製品の外観やエンドユーザーの操作方法について、より詳細に検討することができます。本物そっくりのプロトタイプを3Dプリントすることで、エルゴノミクス、ユーザーインターフェースや全般的ユーザーエクスペリエンスについて検証したうえで、最終製品に盛り込む機能を決定するための設計やエンジニアリングに時間を割くことができます。 

カラーマッチング3Dプリントまたはフルカラー3Dプリントを用いることで、製品開発チームは、さまざまなカラーポプションを検討し、顧客と共同研究を行ったうえで、生産に移行することもできます。

エンターテインメント業界では、3Dプリントした小道具やモデルが、物理的モデルとデジタル効果の区別を消しつつあります。アーティストは3Dモデリングソフトウェアを使用してリアルで詳細なモデルを作り、続いて3Dプリントを使うことで、ほんの数時間でモデルに生命を吹き込むのです。SLAなどの高精細な3Dプリントプロセスでは、肌の質感など、デザインにおいて最も複雑なパラメータまでをも再現することができます。

視覚効果（VFX）とデザインを行うスタジオ、Aaron Sims Creativeが「ストレンジャー・シングズ」のデモゴルゴンをデザインする舞台裏を紹介。

マーベル映画のラッセル・ボビット氏や「レイズド・バイ・ウルヴス/神なき惑星」を担当したジャコ・スナイマン氏などのプロップマスター、さらには「ストレンジャー・シングズ」の視覚効果（VFX）とデザインを行うスタジオであるAaron Sims Creativeがこの技術を採用しました。 小道具製作の時間を大幅に短縮し、デザイン過程の創造性を引き出せるためです。この技術を採用することで、製作過程がより柔軟で流動的になり、効率的に小道具とモデルを製作できるようになります。

モデル制作、テーブルゲーム、コレクターアイテム、その他のホビーなど、3Dプリントはカスタムミニチュアやフィギュアの制作に革命をもたらしたことは間違いないでしょう。 

フルカラー3Dプリンタは多くの場合、ホビーユーザーの予算には合わず、モデル制作者は手作業で塗装するのが普通なので、カラフルなモデルを作るには、3Dプリント後に塗装するのが最もポピュラーな方法となっています。

たとえば、Modern Life Workshopのアーティストは、3DモデリングデザインをSLA方式3Dプリントと組み合わせ、有名人の超リアルな胸像を作成しています。まず、フリーハンドのデジタル彫刻ソフト「ZBrush」を使い、コンピューター上で詳細なモデルを作成し、続いてその設計をSLA方式3Dプリンタで3Dプリントし、手作業でパーツを塗装するのです。

ゲームシーンでは、「ダンジョンズ＆ドラゴンズ」などの卓上ゲームのオンラインコミュニティが生まれました。ダンジョンズ＆ドラゴンズのコミュニティでは、ゲーマーが3Dプリンタを使用して、ダンジョンズ＆ドラゴンズの独創的な3Dプリントしたミニチュア、フィギュア、地形、風景などボードゲーム用アクセサリーを製作しています。

DM-Toys社などのプロのモデル制作会社も、3Dプリントを利用してプロトタイピングやカスタムモデルの生産サイクルを加速させています。

世界的なプレイ＆エンターテインメント企業であるハズブロ社も、この技術を用いてHasbro Selfie Seriesのフィギュアを製作しています。これは、3Dプリントを用いて、自分だけのアクションフィギュアを製造するという画期的な試みです。これにより初めて、ファンがスマートデバイスで自分の顔をスキャンし、自分の顔そっくりのカスタムフィギュアが送られてくるというしくみが実現しました。

ヘルスケア業界では、放射線技師、外科医、生物医学の専門家が、ますます3Dプリントを利用するようになっています。3Dプリントで解剖学的特徴を正確に反映した3Dモデルを制作し、術前計画の策定や手術中の視覚化、教育に使える参照ツールとするためです。 

3Dプリントは、医療の専門家が他の技術では不可能かつ難解で複雑なモデルを制作することが可能です。

精細なディテールを持つカラーモデルは、研修医の教育プログラムに最適です。各血管や臓器を直接3Dプリントしたり、さまざまな色で塗装したりすることで、教室で見えやすくなります。

さらに、患者のスキャンデータにもとづく患者固有の手術モデルは、現代のオーダーメイド型の精密な医療を実践するうえで、ますます有用なツールになってきています。

カラーマッチングでほぼ自由にカスタムカラーの3Dプリントしたパーツを作る場合でも、塗装可能な高精細度パーツをプリントして超リアルなモデルを制作する場合でも、SLA方式3Dプリントは、お手頃な価格で驚くべきディテールとシームレスなパフォーマンスを実現します。

オリジナルの3Dプリントしたパーツの3Dプリントを始めたい方はForm 3を、大きなアイデアに生命を吹き込みたい方はForm 3Lをお選びください。