3Dプリンターフィラメント品質問題の究極ガイド

ハードウェアのせいだと思われがちな印刷の多くの問題は、実はフィラメントが原因です。 プラスチックの直径から水分含有量まで、わずかな違いが、機械の故障のように見える目詰まりや層の弱さといった問題を引き起こすことがあります。 このため、原因を特定するのが困難な変数となっています。質の悪いスプールを特定する方法を知ることは、重要なトラブルシューティングスキルです。 このガイドは、一般的なフィラメントの欠陥をまとめたもので、質の悪い材料の兆候を素早く見つけ、それが引き起こす特定の印刷エラーを理解するのに役立ちます。

問題1：一貫性のないフィラメントの直径

フィラメントの太さが均一ではありません。一貫した1.75mmや2.85mmではなく、糸にはランダムな太い部分と細い部分があります。 良質のフィラメントは±0.03mmの直径公差を持つべきです。 質の悪いフィラメントは±0.05mm以上変動することがあります。

特定方法

デジタルノギスを使用します。スプールの数メートルに沿って、いくつかの点でフィラメントを測定します。 測定値が±0.03mmの範囲を超えて変動する場合、直径に一貫性がないことになります。

それが引き起こす印刷の問題

あなたのスライサーソフトウェアは、一貫したフィラメントの直径に基づいて、どれだけのプラスチックを押し出すかを計算します。 実際の直径が変動すると、特定の故障を引き起こします。

• 太い部分：太すぎる部分は、フィラメントの経路で余分な摩擦を生み出し、詰まる可能性があります。 これはアンダーエクストルージョン（押し出されるプラスチックが少なすぎる）につながったり、完全なノズル詰まりを引き起こしたりすることがあります。
• 細い部分：フィラメントが細すぎると、エクストルーダーはプリンターが期待するよりも少ないプラスチックを押し出します。 これにより、層間に隙間ができたり、部品に弱い部分ができたり、層全体が欠落したりすることがあります。

太い部分と細い部分の両方が、信頼性の低い押し出しにつながり、印刷を台無しにすることがあります。 新しいスプールをノギスで素早くチェックするという簡単なステップが、これらのイライラする故障を防ぐことができます。

問題2：水分汚染（湿ったフィラメント）

多くのフィラメントは「吸湿性」であり、空気中の水分を自然に吸収します。 プラスチックが水分を吸収しすぎると、その化学構造が劣化します。 これは、PETG、ナイロン、TPUのような材料では非常に一般的な問題ですが、PLAでさえ湿度の高い環境に放置されると影響を受けることがあります。

湿ったフィラメントの兆候

印刷中に、目と耳で湿ったフィラメントを検出できることがよくあります。

• 音：熱いノズルからフィラメントが出てくるときに、独特のポンポン、シューシュー、またはパチパチという音に耳を傾けてください。 これは水が蒸気に変わる音です。
• 視覚：ノズルの先端をよく見て、小さな蒸気や煙のふくらみがないか確認してください。
• 触覚：フィラメントの糸自体が異常にもろく、曲げたときにほとんど力を入れずに折れることがあります。

それがどのように印刷を台無しにするか

ホットエンドがフィラメントを加熱すると、閉じ込められた水が激しく蒸気になり、印刷プロセスに破壊的です。 このプロセスは、ざらざらした、毛羽立った、またはまだらな表面仕上げを作り出し、過度な糸引きを引き起こします。 さらに重要なことに、蒸気は溶融したプラスチックの層が正しく結合するのを妨げ、部品をひどく弱くし、簡単に壊れやすくします。 沸騰したプラスチックの残留物は、頑固なノズル詰まりの原因にもなります。

問題3：巻きの悪さ（もつれや結び目）

フィラメントのもつれとは、フィラメントがプリンターに供給されるのを物理的に止める、スプール上の結び目です。 これはほとんどの場合、工場での製造上の欠陥であり、一本の糸が別の糸の下に誤って巻き込まれたときに発生します。 ただし、ユーザーがフィラメントの緩い端を放してしまうことによっても、もつれが発生することがあります。これにより、フィラメントが跳ね返って別のコイルの下に隠れてしまうことがあります。

もつれの見つけ方

スプールを目視で検査します。フィラメントはきれいに、平行な線で巻かれているはずです。 もし、糸が互いに交差していたり、スプールの奥深くに入り込んでいるのを見たら、もつれが発生している可能性があります。 もつれの決定的な兆候は、印刷中にフィラメントが物理的に詰まり、その動きが完全に止まることです。

それがどのように印刷の失敗を引き起こすか

もつれは突然かつ完全な印刷の失敗を引き起こします。結び目がきつくなり、エクストルーダーがフィラメントを引っ張ることができなくなり、押し出しが突然停止します。 エクストルーダーモーターが引っ張ろうとしてカチカチという音を立てるのが聞こえることがよくあり、またはドライブギアがフィラメントの一部を削り取っているのを見ることがあります。 プリンターはプラスチックを敷設することなく動き続けます。これは「空印刷」として一般的に知られている故障です。

問題4：もろさ（材料の劣化）

このタイプのもろさは、プラスチック自体が劣化したときに発生し、水分によって引き起こされるもろさとは異なります。 一般的な原因は、経年劣化、日光（UV光）への長期間の暴露、または質の悪い原材料を使用した不十分な製造プロセスです。

テスト方法

チェックする最良の方法は、簡単な「スナップテスト」です。 短いフィラメントを取り、それを鋭く自分の方に曲げます。 良質のフィラメント、例えばPLAは、折れる前にある程度曲がるはずです。 フィラメントがもろい場合、乾いた小枝のように、ほとんど曲がらずにすぐに折れてしまいます。

それが引き起こす印刷の問題

もろいフィラメントは、主に2つのタイプの故障を引き起こします。

• 印刷中のフィラメントの破損：最も頻繁な問題は、フィラメントの糸がノズルへの途中で、またはボーデンチューブの内部で折れることです。 これにより、印刷は直ちに失敗します。
• 非常に壊れやすい部品：たとえフィラメントが正常に印刷されても、最終的なオブジェクトにもろさが引き継がれます。 これにより、ストレスに耐えられず、簡単に壊れる、弱くて役に立たない部品ができてしまいます。

フィラメントがここまでもろくなると、しばしば使用不能になります。 印刷プロセス中に失敗を引き起こすか、価値のない、壊れやすいオブジェクトを生成します。

問題5：不純物と汚染物質

フィラメントに、ほこり、汚れ、または他のプラスチックの斑点など、本来あるべきではない異物が含まれています。 この問題は、原材料がきれいではなかった、非常に安価な、または粗悪な再生フィラメントで最も一般的です。

特定方法

汚染物質は通常、肉眼では見えないほど小さいため、これは診断が最も困難な欠陥の一つです。 最良の方法は、除外による診断です。もし、特定のフィラメントスプールが繰り返し、説明のつかないノズル詰まりを引き起こし、異なる信頼できるスプールに切り替えると問題が消える場合、元のフィラメントが汚染されていることはほぼ確実です。

それが引き起こす印刷の問題

この欠陥は、以下の特定の特性を持つ深刻な詰まりの問題につながります。

• 頻繁でランダムな詰まり：主な症状は、予測不能に発生するノズル詰まりで、印刷が停止します。 汚染されたスプールでは、これが複数回発生することがあります。
• 固い詰まり：詰まりは、現在の印刷温度で溶けない固い粒子によって引き起こされます。 これにより、すべてのフィラメントの流れを止める物理的な閉塞が発生します。
• 診断が困難：フィラメントに他の視覚的な問題の兆候がないため、これらの詰まりは理由もなく発生するように見え、トラブルシューティングが非常にイライラします。

この欠陥は、診断が困難な詰まりの主要な原因であり、低品質のフィラメントを使用するリスクを浮き彫りにしています。 汚染されたスプールはしばしば使用不能です。

問題6：不均一な色または添加物

ベースのプラスチック、着色剤、および任意の特別な添加物（炭素繊維や木材粒子など）の混合が均一ではありません。 工場でのこの不十分な混合は、フィラメントスプールの異なる部分がわずかに異なる組成を持っていることを意味します。

特定方法

通常、完成した印刷物で証拠を見ることができます。 目に見える筋、異なる色の目立つ帯、または表面仕上げの変化を探します。例えば、一部の領域が光沢があり、他の領域がマットになっているなどです。

それが引き起こす印刷の問題

不十分に混合されたフィラメントは、外観と性能の両方の問題を引き起こします。

• 視覚的欠陥：最も明らかな結果は、一貫性のない外観です。 印刷された部品に、見苦しい色の帯や、異なる質感のパッチができ、望ましい外観を台無しにします。
• 一貫性のない押し出し：異なる添加物、そして一部の顔料でさえ、必要な印刷温度を変えることがあります。 フィラメントの一部に添加物の濃度が高い場合、適切に流れるためにより多くの熱が必要となり、スプールの残りの部分に合わせて温度が設定されていると、アンダーエクストルージョンのパッチにつながることがあります。

この欠陥は、メーカーの品質管理が不十分であることを明確に示しています。 スプールが使用されるにつれて理想的な設定が変わる可能性があるため、完璧な印刷を達成することが困難になります。

問題7：真円度の欠如（非円形フィラメント）

フィラメントの糸が完全に円形ではなく、代わりに断面がわずかに楕円形または卵形です。 これは、工場での冷却または押し出しプロセスの間に発生する、微妙な製造上の欠陥です。

特定方法

真円度を検出するにはデジタルノギスが必要です。フィラメントの直径を測定し、全く同じ場所でノギスを90度回転させて再度測定します。 2つの数値の間に一貫して大きな違いがある場合（例：広い側が1.75mmで、狭い側が1.68mm）、フィラメントが楕円形であることを示しています。

それが引き起こす印刷の問題

この欠陥は、押し出しに微妙だが持続的な不一致を作り出します。 楕円形のフィラメントがエクストルーダーに引っ張られて回転すると、ノズルに供給されるプラスチックの量が絶えず変化します—広い側ではわずかに多く、狭い側ではわずかに少なくなります。 この「脈動」する流量は、印刷物の平らで垂直な表面に、目に見える規則的な波状のパターンや質感を作り出すことがあります。

フィラメントにより高い基準を求めましょう！

印刷の失敗を診断するためにプリンターを分解し始める前に、立ち止まって材料を考慮してください。 フィラメント自体は、一般的だが頻繁に見過ごされる印刷問題の原因です。 あなたができる最も効果的な診断ステップは、信頼できると分かっている別のスプールで印刷を再度試すことです。 この一つの行動が、材料が失敗の真の原因であるかどうかを素早く確認し、不必要な修理の時間を何時間も節約することができます。 もちろん、プリンターの性能も重要です。 高品質の3Dプリンターは、さまざまな消耗品との互換性が高く、印刷の失敗の可能性を根本から減らすことができます。