カラー3Dプリントでアイデアを鮮やかに実現する方法

カラフルなパーツの3Dプリントや、鮮やかなマルチカラー部品の製作をご検討中ですか？近年、カラーで3Dプリント可能な新しい手法が数多く登場し、3Dプリンタ自体もより手頃な価格になったことで、エンジニア、デザイナー、模型製作者、ホビーユーザーなど、多彩な色合いのオブジェクトを誰でも製作できるようになりました。

このガイドでは、3Dプリントをカラーで行うためのテクニックや、カラー3Dプリントの技術とその活用方法について詳しくご紹介します。

カラフルなパーツを3Dプリントする方法は、カラーミキシングからカラーマッチング、フルカラー3Dプリント、3Dプリント品の塗装、ハイドログラフィックスなど様々です。

ダイレクトカラーはマルチカラー3Dプリントとも呼ばれ、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、色のついた原材料をプリンタに投入します。最も一般的なのは、FDM（熱溶解積層）方式の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トベッドに積層するものです。

FDM方式の3Dプリンタでは、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、さらにプリンタに同時に流れるフィラメントの数に応じて、カラーミキシングを用いた多色・グラデーションプリントが可能です。

マルチカラー3Dプリントの主なメリットは、使いやすく、コストが低いことです。しかし、特定の色調を得られなかったり、実製品用部品に積層痕が残るなどのデメリットもあります。また、FDMプリンタに搭載されている押出機が多ければ多いほど、プリントエラーの可能性が高くなります。さらにFDM 3Dプリンタでは、チューニング中に発生する廃棄物をゼロにすることはできません。

ダイレクトカラー3Dプリントでは既製のカラーオプションしか利用できませんが、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プリントパーツを作成できます。

FormlabsのSLA光造形プリンタでは、受注生産のColorレジンでカスタムカラーのプリントが可能になります。SLA光造形はレジンのレイヤーを固化させることで造形するため、ニュアンスのある中間色からくっきりとした大胆な色まで、滑らかな表面品質で積層痕のほとんど目立たない3Dプリント品を製作できます。

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。複数の色を同時に使用してオブジェクトを作成するため、どんな色調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プリンタと同様に、プリント中にベース材料に色が追加されます。

フルカラー3Dプリントを実現するのは、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です。しかし、これらのプロセスは導入コストが高く、多くのユーザーには手が届きません。これより手頃な価格帯のフルカラーFDM方式3Dプリンタを提供しているメーカーはあまり多くありません。

場合によっては、カラー3Dプリントで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を実現できないことがあります。単色の3Dプリントパーツをアクリル塗料、油絵具、スプレーペイントなどで塗装すると、時間はかかるものの、費用を抑えながら完全なカスタムカラーの作品を手に入れることができます。

完璧に滑らかな表面仕上げや非常に繊細なフィーチャー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ます。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プリントパーツのプライミングと塗装に関するガイドを参照。}

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、または水圧転写とも呼ばれ、3次元の表面にデザインをプリントする一般的な手法です。この方法では、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、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パーツに付着します。

このプロセスにご興味がおありの場合は、こちらからコンピュータハイドログラフィックスを用いたフルカラーの3Dプリント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利用されている造形方式には、FDM（熱溶解積層）方式、SLA光造形方式、SLS（粉末焼結積層造形）方式、インクジェット、金属3Dプリントなどがあります。ここでは各方式の長所と短所をご紹介します。

FDM、または熱溶解積層方式は、特に消費者向けの3Dプリントで広く普及しており、最も低コストの技術です。FDM方式の3Dプリンタは、熱可塑性材料を溶かしてプリンタのノズルから造形エリアに押し出し、積層することで造形します。

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マルチカラー3Dプリントに使われています。

初めて登場したフルカラーFDM 3Dプリンタはda Vinci カラー3Dプリンタで、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。SLA光造形方式でプリントした造形品は、レジンを使う3Dプリント技術の中で精細度や精度、ディテールの再現性、表面品質の滑らかさが最も高い仕上がりになります。

SLA光造形では、SLA光造形用として初のカスタマイズカラーソリューションとなるColorレジンを用いて、ほぼすべてのカスタムカラーに合わせたカラーレジンを作ることが可能です。滑らかな表面品質を持つSLA光造形品は、後処理、塗装、ハイドログラフィックス（水圧転写）も容易に行えます。

SLS（粉末焼結積層造形）方式は、高強度な機能部品が製作できることから、様々な業界のエンジニアやメーカーから信頼され、工業用途で最も普及しているアディティブマニュファクチャリング技術です。

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。直接カラーでプリントすることはできませんが、後処理段階で造形品を染色したり塗装したりすることが可能です。染色方法には4種類あり、作業手順や予算によってそれぞれ長所と短所があります。

バインダージェット3Dプリントは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、表面に穴が多く非常にもろいため、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た使用が推奨されます。

マテリアルジェッティング、およびPolyJet方式の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レジンを組み合わせ、2Dプリンタと同様に造形トレー上に材料を滴下し、紫外線で硬化させます。

これらのプロセスでは無数の色の組み合わせが可能で、鮮やかな色のリアルなパーツを作成できます。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価です。

カラー3Dプリントは、エンジニアやデザイナーが本物そっくりのプロトタイプや実製品用部品の製作にかかる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するなど、さまざまな場面で活躍します。

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、実製品同様の外観と機能を備えた精密な試作品を製作し、さまざまな検証プロセスを経て製品化・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提示し、その内容について議論するなど、リスクを抑えながらコンセプトを探求しアイデアの妥当性を検証できます。

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、実製品の外観やエンドユーザーの操作方法をより詳細に検討できます。本物そっくりのプロトタイプを3Dプリントすることで、人間工学に基づいたデザインやユーザーインターフェース、全般的なユーザーエクスペリエンスについて検証し、実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バリエーションを検討し、顧客との共同研究を経て生産に移行できます。

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境界を埋めつつあります。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ディテールの凝ったモデルを作り、続いて3Dプリントを活用してほんの数時間でモデルに命を吹き込みます。SLA光造形などの高精細な3Dプリントプロセスでは、肌の質感などデザインの最も複雑な要素まで再現できます。

マーベル映画のプロップマスターであるラッセル・ボビット氏や、『レイズド・バイ・ウルヴス/神なき惑星』のジャコ・スナイマン氏、さらには『ストレンジャー・シングス』の視覚効果（VFX）とデザインを手がけるAaron Sims Creativeが、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高めるにこの技術を採用しています。これにより、製作過程がより柔軟で流動的になり、効率的に小道具やモデルを製作できるようになりました。

模型製作、テーブルトップゲーム、コレクターアイテム、その他のホビー分野で、3Dプリントはカスタムミニチュアやフィギュアの製作に革命をもたらしました。

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合わず、そのため、カラフルなモデルを作るには3Dプリント後に塗装する方法が最も普及しています。

たとえば、Modern Life Workshopのアーティストは、3DモデルデザインをSLA光造形3Dプリントと組み合わせることで、有名人の超リアルな胸像を作成しています。まず、デジタル彫刻ソフト「ZBrush」を使ってコンピューター上で詳細なモデルを作成し、その設計をSLA光造形3Dプリンタでプリントし、手作業で塗装します。

ゲームシーンでは、「ダンジョンズ＆ドラゴンズ」などのテーブルトップゲームのオンラインコミュニティが生まれ、ゲーマーが3Dプリンタを使用して独創的な3Dプリントミニチュア、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などのプロの模型製作会社も、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Hasbro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。3Dプリントを活用し、自分だけのアクションフィギュアを製作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、自分そっくりのカスタムフィギュアを手に入れられるSelfie Seriesが実現しました。

ヘルスケア業界では、放射線技師、外科医、生物医学の専門家による3Dプリントの活用がますます広がっています。3Dプリントで解剖学的特徴を正確に再現したモデルを製作し、術前計画の策定や手術中の視覚化、教育用の参照ツールとして活用するためです。

3Dプリントを活用することで、他の方法では不可能だった繊細なディテールを備えた複雑なモデルも製作が可能になります。

精巧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、教室でより視覚的な授業を行うことができます。

さらに、患者様のスキャンデータに基づいて作る患者専用の手術モデルは、現代のオーダーメイド型の精密医療を実践するうえでますます有用なツールとなっています。

3Dプリントは、患者様の快適性を追求したカスタム人工装具の3Dプリントを可能にしてきました。プリント後は患者様の体に合わせて塗装を行いますが、この際、生体適合性の塗料を使って塗装するか、塗装後に生体適合性のあるシーラントで覆うことで着用を可能にします。

Travis Bellicchi博士は、がんサバイバーのShirley Anderson氏のために人工顎を3Dプリントしました。この手法は、患者様の名前にちなんでthe Shirley Techniqueと呼ばれています。地球の反対側では、シンガポールの医師が皮膚がんを克服したJ.F. Lian氏のために人工装具の鼻を製作し、Lian氏の肌の色に合うよう複数の3Dプリント品に塗装を施しました。

カスタムカラーやマルチカラーでの直接プリントから、染色、塗装、ハイドログラフィック（水圧転写）に至るまで、多様な機械的特性を持つ3Dプリント品をカラーで提供することが可能になりました。

光造形プリンタでは表面が滑らかな造形品を製作できるため、塗装やハイドログラフィックを施しやすくなります。また、Formlabsの光造形3Dプリンタはカスタムカラーでの直接プリントにも対応しています。一方、SLS造形品は、染色により完全な均一色からオンブレカラーやエフェクトカラーまでさまざまな色調を表現できます。

Formlabsプリンタの導入を検討されている場合、または製品の詳細情報をお求めの場合は、お気軽にFormlabsまでお問い合わせください。