SLA光造形方式3Dプリントの後処理・表面処理ガイド

SLA光造形の後処理工程の基本となるのが、アルコールやエーテルで造形品を洗浄して表面に付着している余分なレジンを取り除く作業です。洗浄は手動でも自動でも行え、手動の場合は造形品を溶剤に浸し、自動の場合は専用の装置の中でプリセットした洗浄時間で溶剤を撹拌します。最も簡単で効果的な洗浄方法の詳細は以下の通りです。造形品を洗浄することで、塗装や染色、スムージング、研磨など次の処理工程に備えます。

SLA光造形品の洗浄のヒント：

• Formlabsでは、光造形品をFormlabs Resin Washing Solution、イソプロピルアルコール（IPA）、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル（TPM）のいずれかで洗浄することをお勧めしています。この中で最も使用されているのはIPAですが、不燃性のFormlabs Resin Washing SolutionはIPAの代わりとしてどんな作業環境でも安全にお使いいただける溶剤です。溶剤が飽和してしまう前にIPAの2倍のレジンを溶解できるため、造形品1点あたりにかかる洗浄コストも削減できます。
• Form WashやForm Wash Lなどの後処理装置は庫内で溶剤を自動的に撹拌し、溝や凹みのある形状、またはシボ加工が施されている造形品も効果的に洗浄できます。手動による洗浄で同程度の効果を得るには、ユーザーが溶剤をかき混ぜる必要があります。 マイクロ流路など非常に狭い溝のある形状の場合、その中でレジンが硬化して溝を埋めてしまわないよう、溝に入り込んだレジンを取り除くためにシリンジなどが必要になる場合があります。
• 造形品によっては、完全に綺麗にするためにはIPAやTPMの中で2回ほど洗浄が必要なものもあります。製造量の多い現場では、洗浄工程をより効率的にするために「クリーン」洗浄と「ダーティ」洗浄という2段階の工程を設けているところもあります。すべての造形品に対してまず「ダーティ」洗浄（洗浄用溶剤に造形品を手動で浸して洗浄）を行い、その後新しいIPAでより徹底して洗浄を行います（この「クリーン」洗浄はForm WashやForm Wash Lで行われることがよくあります）。 
• Formlabsでは、Formlabsのデスクトップサイズプリンタの造形品にはForm Washを、大容量SLA光造形プリンタの造形品にはForm Wash Lを使用して洗浄を自動化することをお勧めしています。
• 材料によっては異なる材料の造形品と一緒に洗浄できるものもありますが、イソプロピルアルコール（IPA）に浸すことで分子が分解し、造形品の色や表面品質、性能に影響が出る恐れがあるため別個に洗浄した方が良い材料もあります。以下の表では、最高の仕上がり、または生体適合性ガイドライン遵守のために一緒に洗浄が可能なレジンの詳細をまとめました。

^{Silicone 40Aレジンは、80%のIPAと20%の酢酸ブチルの混合液で洗浄する必要があります。Form Washを使用する場合は、洗浄バケツに2リットルボトルの酢酸n-ブチルを加え、IPAを最大充填ラインまで充填します。** Alumina 4Nレジンは、他のレジンを使用した造形品とは別々に洗浄する必要があります。Alumina 4Nレジンでの造形品を水やIPAに接触させないでください。ひび割れの原因となります。Alumina 4NレジンはCeramic Wash Solutionでのみ洗浄してください。}

SLA光造形でプリントしたばかりの造形品は、重合反応が完了していない場合があります。つまり、造形品の材料特性が最終的な状態に達しておらず、特に荷重がかかる硬質部品などの場合、そのままの状態では期待通りの性能を発揮できない可能性があります。造形品に光と熱を当てる二次硬化と呼ばれる工程を通すことで、材料特性をしっかりと引き出すことができます。

SLA光造形品の二次硬化のヒント：

• Formlabsのスタンダードレジンについては、二次硬化は必須ではありません。Rigid 10Kレジンなどその他のレジンについては、機械的特性を最大限に引き出すために二次硬化が必要です。
• 生体適合性材料の場合、規制当局が定める安全基準を満たすために二次硬化は必須です。 
• それぞれの材料によって決められた時間の二次硬化プロセスが必要です。レジンごとの二次硬化時間はこちらをご覧ください。

Formlabsは、自社製レジンを短時間に一貫性のある仕上がりで二次硬化を行う独自のソリューションとして、デスクトップサイズと大容量サイズのSLA光造形3Dプリンタ用に、Form CureとForm Cure Lを開発しました。Form CureやForm Cure Lなどの後処理装置を使用することで、SLA光造形で3Dプリントした造形品に対し、適切な波長のUV光と温度、時間で二次硬化を行えます。

SLA光造形品のやすりがけは、エッジをなめらかにしたり、表面の傷やサポート材の跡を除去するのに最適な方法です。造形品の形状がシンプルな場合は手作業によるやすりがけが効果的ですが、深い隙間や内部にサポート材が必要な複雑な形状の場合は、不可能または非常に困難になる可能性があります。このような場合には、ブラスト処理や研磨が効果的です。

SLA光造形品をやすりがけする際は、まずは粗目のサンドペーパーを使用し、その後少しずつ目を細かくしていくことをお勧めします。例えば、3000番のサンドペーパーでやすりがけをすると、滑らかで光沢のある表面に仕上がります。その後徐々に目を細くしていき、希望する質感に仕上がるまでやすりがけを続けます。12,000番程度になると、表面に光が反射するようになります。上手く行かない場合は、水を流しながらやすりがけをしたり、サンドペーパーを濡らしてからやすりがけを行うことで、硬質な造形品でも滑らかな表面に仕上がります。

プリント後、ビルドプラットフォームから取り出したSLA光造形品は、FDM（熱溶解積層）方式などその他の3Dプリント方式の造形品に比べて積層痕が非常に少なく、ほとんど目立たちません。つまり、FDM方式の造形品の表面を滑らかにするには、より長い時間をかけてやすりがけが必要になります。とはいえ、SLA光造形品でもガラスのように滑らかな仕上がりを望む場合、特に球体の場合は、やすりがけで表面の積層痕を完全に除去する必要があります。サンドペーパーの目を徐々に細かくしていくことで、どんなSLA光造形品の積層痕も完全に除去または目立たない程度にまで減らすことができます。

3Dプリントの造形品にやすりがけを行う主な理由の一つが、サポート痕を除去することです。3Dプリントに慣れてきたら、造形準備により多くの時間をかけ、造形品の重要な箇所にサポート材を追加せずにプリントできるよう、造形品の角度などを細かく調整してみることもお勧めです。例えば、胸像やモデルを3Dプリントする場合、モデルの顔部分にサポート材を必要としない角度でプリントすることで、やすりがけの手間が軽減されます。

希望通りの表面に仕上がったら、マイクロファイバークロスで造形品表面についている小さな傷やサンドペーパーの粉を除去します。

1つの造形品に対してやすりがけにかなりの時間がかかっている場合、造形品の洗浄後に鉱油をつけて擦るようにすると、非常に極めて滑らかな表面に仕上がります。他の表面処理方法と同じく、鉱油がどの程度仕上がりに影響するかは造形品の形状によって左右されます。複数の造形品でやすりがけを試し、最適な方法を探してみるとよいでしょう。 

高品質かつ高精細なSLA光造形品を製作したい場合には、Formlabs Finishing Toolsで後処理工程を合理化して作業量とコストを削減し、より完璧な面とエッジの仕上がり、より高い表面品質と外観の美しさを実現できます。

SLA光造形品にスムージング、コーティング、塗装などの高度な表面処理を施すことで、部品の面粗度、機能性、外観を向上することができます。どんな方法にもメリットとデメリットが両方あり、その大きさもそれぞれ異なりますが、材料の持つ特性との相性も大切です。表面処理に必要な機器や人材を追加して全てを内製化するか、他社に外注するかを含め、これらの工程の導入を検討している場合は、それぞれの作業工程に必要な設備コストと作業員に求められるスキルも考慮することをお勧めします。

以下の表に、SLA光造形品に対してそれぞれ異なる表面処理を施した場合の仕上がり予想と、導入にあたってのハードルの高さをまとめました。

これらの表面処理を順番に行うことで、造形品に複数の特性を追加することも可能です。本記事では、それぞれの処理方法を一つずつ解説しています。目指す表面品質が具体的に決まっていて、どのような表面処理を組み合わせれば実現できるのか検討中の場合は、弊社スペシャリストまでお問い合わせください。お客様のユースケースについて一緒に考えましょう。

レジンの種類によっては、ブラスト処理で滑らかな表面と機械的特性の向上を実現できる場合があります。ブラスト処理の前と後でRigid 10Kレジンで製作した造形品に対して行った検証では、材料の破断伸びが70%、最大引張強さが35%、衝撃強さが180%向上しました。

小ロット量産の場合や大型部品に対して週に1〜2回程度しかブラスト処理が必要とされない場合には、何年にも渡って手作業によるブラスト処理が行われてきました。手作業のブラスト処理は、コストが安く複雑なインフラが不要なことが魅力です。

より製造量が多い場合には、市場で初めて手頃な価格を実現したFormlabsの自動ブラスト処理装置、Fuse Blastがお勧めです。SLS（粉末焼結積層造形）方式3Dプリント製品Fuseシリーズを完成させるべく追加された新製品ですが、SLA光造形品のブラスト処理にも使用できます。