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SLA方式の弱点を克服!FormlabsのForm 3シリーズで導入されている新方式LFSを詳細解説

2020年1月29日から3日間に渡り、東京ビッグサイトで開催される国内最大級の3Dプリンティング&AM技術の総合展「TCT Japan 2020」(以下、TCT)。ShareLab(シェアラボ)編集部は同イベントのメディアパートナーとして事前情報をお届けしていく。

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―― Formlabsに関して自己紹介をお願いします。

FormlabsはMITの学生が起業した3Dプリンターの製造メーカーです。当時3Dプリンターの価格は数千万円を超え、一部の大学や研究機関に置かれ、限定的にしか使えない状況でした。価格を100分の1に抑え、だれもが実際に使える装置にしようというコンセプトで開発をはじめ、2012年 に製品化したのがForm 1です。それ以降、2014年に改良版のForm 1+、2015年にForm 2、2019年にForm 3/3Bという形で改良版を製品化してまいりました。( Form 3Lは今後、詳細を発表予定)。数十万円台で購入でき、精度が高いという開発当初のコンセプトを活かした製品作りを進めていまして、現在では世界で50,000台以上が稼働し、4,000万点以上の部品を出力しています。

――2019年は最新機種としてForm 3、出力サイズを大型化させたForm 3L、デンタル業界向けのForm 3Bとが発表された動きのある年だったと思います。手ごたえとしてはいかがでしたか?

はい、Form 2はすでに終売し、Form 3への乗り換えも順調に推移し、大きな手ごたえを感じています。Form 2はSLA方式特有の弱い部分が仕上がりにでてしまうこともあったのですが、Form 3ではSLA方式の弱点を機構的に改善した新しい方式を実装しています。今後の拡大への基盤作りができたと思っています。

――SLA方式の弱点とはなんでしょうか?また、その弱点をForm 3ではどのように克服しているのでしょう?

Form 2が採用している吊り下げ式SLA方式の弱点は2つあります。

弱点1:吊り下げ式は剥離時に造形物にダメージが入りやすい
弱点2:造形領域の両端でゆがみが出やすい

1点目は吊り下げ式のSLAと呼ばれる方式の弱点ですが、SLAでは緩効性の液体樹脂にレーザーを当てて硬化させ、造形しています。一番下のタンクに面している部分はくっついていますので、一層ごとの硬化ののち、造形面をタンクからはがす際に力が加わります。その力がゆがみや形崩れつながりやすいのです。

2点目はSLA方式全般に言える点なのですが、造形領域の両端で造形の一貫性を保てなくなる傾向があります。レーザー発振器から照射されるUVレーザー光は、UVレジンに直接照射されるのではなく、ガルバノメーターという2つの鏡を経由して照射されます。ガルバノメーターが稼働し反射角を調整することで、X軸Y軸それぞれの照射位置を調整します。鏡にレーザーを反射させる際の反射角が大きくなるほど、造形面に斜めからレーザーが当たることになります。この影響で誤差が生じ、造形領域の両端部の造形の一貫性が保てなくなってしまいます。真円を造形しようとしているのに、楕円になってしまう、というイメージです。

提供:Formlabs

Form 3ではこの2つの弱点に対策を施したLow Force Stereolithography(LFS)方式を自社で開発し、搭載しました。

対策 1:レジンタンク底面の材質を柔らかく、しなやかに。(Flexible Tank)
対策 2:レーザーを移動させ垂直に投影する機構に。(Linear Illumination)

対策 1として、 弾力性のあるしなやかな素材を土台になるレジンタンク部分(図中の 9)に採用しています。この改修によって造形物をレジンタンクから剥がす際に、造形物にダメージが入りにくくなりました。この改善をFlexible Tankと呼んでいます。

Linear illuminationのイメージ図

対策 2として、Form 3ではレーザーの照射方法を一新しました。Linear Illuminationと名付けた新しい機構では、造形領域のどこ箇所でも、レーザーを垂直に当てる事で造形の一貫性を保っています。 レーザー発振器から照射されるレーザーをガルバノメーター、平面鏡、放物面鏡の3枚の鏡を経由して位置調整します。平面鏡と放物面鏡は固定で、ガルバノメーターが反射角を調整し、レーザーの照射位置を調整する仕組みは変わりませんが、放物面鏡を経由することで、どの位置でも垂直にレーザーがUVレジンに当たることになります。その結果、造形領域の両端に近づいてもゆがみがでない機構になっています。

SLA方式は造形できるサイズに制限がありましたが、LFS方式であれば、提供できるサイズを大きくできます。その結果誕生したのがForm 3Lです。

――なるほど。Form 3Lには期待が高まりますね。Form 3Bで取り組まれているデンタル領域に関してはいかがですか?

米国では歯科矯正分野やインプラント分野でおおきな役割を担っている3Dプリンターですが、日本ではまだまだこれから、という状況です。現在ご利用いただいているのは、主にサージカルガイドです。サージカルガイドは、歯のインプラント手術を行う際のいわば治具のようなもので、口腔内をスキャニングして、歯茎をドリルで掘る際のガイドの役割を果たします。Formlabsの生体適合性の高いレジンを使って造形することが増えてきたと聞いています。

――TCT Japan 2020 ではどのような展示を予定していますか?

ブースのイメージはこんな感じです。カジュアルな雰囲気を目指しました。3Dプリンターでこんなことできますか?と気軽にきいていただけると嬉しいですね。

――3Dプリンターのブースとは思えない、ちょっとおしゃれな感じですね!

洋服屋さんにふらっと立ち寄るように「ああ、毎回Formlabsはへんなことやってるな、ちょっとみておくか」とご来場いただきたいと思っています。Formlabsはアジアの中でも日本の市場を重要視しています。それは日本が市場として大きい、というだけではなく、文化の面でも、製造業の果たしてきた役割の面でも、重要性が高い、と感じている為です。ぶっとんだこと、新しいことを形にしたい!という時に、3Dプリンターがお役に立てたら、と思います。ブースには実機の展示も勿論あるのですが、こんなことやってみたいという声をお伺いして一緒に考える機会になったら、と思います。

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高額な装置だった3Dプリンターを、だれもが利用できるツールとして普及させてきたFormlabs。ここでは紹介できなかったので別の機会に紹介したいが、日本でも様々な事例がFormlabsの3Dプリンターをつかって生み出されているというお話も伺った。気になる方は会場で相談がてら、話を直接聞いてみてはいかがだろうか。

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