3D印刷のためにフィラメントを乾かす方法

湿ったフィラメントで3Dプリントを行うと、印刷品質の低下からプリンターの損傷に至るまで、様々な問題が発生する可能性があります。ほとんどのフィラメントは空気中の水分を吸収する性質があり、それがプリント時の性能に影響を与える傾向があります。プリント中に奇妙な塊ができたり、糸引きが多すぎたり、層の接着力が弱かったりするかもしれません。これらの問題は、本来比較的簡単なはずのプロジェクトを、苛立たしい経験に変えてしまう可能性があります。幸いなことに、フィラメントを効果的に乾燥させ、より良いプリント結果をもたらす方法があります。この記事では、市販の乾燥機から自作の装置まで、フィラメントを乾燥させる様々な方法を紹介し、様々な素材でのプリント品質を向上させます。

3Dプリントにおける乾燥フィラメントの重要性

湿気：印刷品質の敵

濡れたフィラメントは3Dプリントで多くの問題を引き起こす可能性があるこのフィラメントが熱くなると、内部の水分が蒸気に変わり、印刷されたプラスチックに気泡が発生したり、押し出しが不安定になったり、印刷中にポップノイズが発生したりするなどの症状が発生します。

フィラメントが湿る理由

実際、ほとんどの3Dプリント材料は、水分子がフィラメント内のポリマー鎖の間に入り込むため、時間の経過とともに空気中の水分を吸収します。材料の種類や周囲の湿度によって、吸湿率は異なります。

フィラメントが濡れていることを示す4つの重要な兆候

印刷前にフィラメントが濡れているかどうかは、多くの場合すぐにわかります。

• 鈍い外観： 濡れたフィラメントは乾いたフィラメントよりも光沢が劣るように見える場合があります。
• 脆さの増加： 湿ったフィラメントは切れやすくなります。
• 印刷欠陥: 糸引きが多すぎたり、層の接着が悪かったり、印刷に泡がでたりする場合は、フィラメントが濡れている可能性があります。
• 異常な印刷音: 濡れたフィラメントで印刷すると、ジュージューという音やポンポンという音が聞こえる場合があります。

これらの兆候を認識することで、湿気の問題に早期に対処することができ、3D プリント作業の時間と材料を節約できる可能性があります。

フィラメントの種類と湿度に対する感受性

すべてではない 3Dプリントフィラメント 湿気に対する反応の強さはどちらも同じです。湿度に対する敏感さは非常に大きい場合があり、取り扱いや保管方法も変わってきます。

水分を多く必要とするフィラメント：ナイロンとTPU

湿気に対する敏感さでは、ナイロンとTPUが最も優れています。これらの繊維は、湿った空気にさらされると数時間以内に大量の水分を吸収します。

ナイロンは強度が高く、柔軟性に優れていますが、湿気に最も敏感な素材の一つでもあります。湿度の高い環境にさらされると、重量の最大10%の水分を吸収する可能性があります。その結果、水分含有量が増加し、気泡や糸引き、さらには層間の接着力の低下など、印刷品質に深刻な問題が生じる可能性があります。

TPUは吸湿性も非常に高い。 エラストマーフィラメント 湿っているときに表面の欠陥や不均一な柔軟性を示すプリントを作成することができます。

中間材料：PETGとPLA

PETGはナイロンやTPUよりも耐湿性に優れていますが、それでも時間の経過とともに印刷品質に影響を与えるほどの水分を吸収することがあります。湿気の多い空気に数週間さらされると、水分汚染の兆候が現れる場合があります。

PLAは扱いやすいフィラメントの一つとよく言われますが、それでも多少の吸湿性があります。PETGよりも吸湿速度は遅いですが、不適切な状態で長期間保管すると問題が発生する可能性があります。

耐湿性フィラメント：ABS

ABSは吸湿性が低いフィラメントの一つです。他の一般的な3Dプリント素材と比べて、水分の吸収速度がはるかに遅いです。しかし、これは ABS が湿気関連の問題の影響を受けないことを意味するわけではありません。この素材であっても、長期間にわたって高湿度の条件下では十分な水分を吸収し、印刷品質に影響を与えます。

方法1：市販のフィラメント乾燥機を使用する

業務用フィラメント乾燥機の仕組み

市販のフィラメント乾燥機は、制御された熱と空気循環を利用して3Dプリント材料から水分を除去します。これらの装置は通常、加熱素子、空気循環用のファン、そしてフィラメントスプールを収納するチャンバーで構成されています。熱によってフィラメント内の水分が蒸発し、循環する空気によって水分が運び去られることで、材料を効果的に乾燥させます。

さまざまな素材に最適な設定

乾燥温度と時間はフィラメントの種類によって異なります。以下の表が参考になります。

材料	温度（°C/°F）	乾燥時間（時間）
人民解放軍	45-50/113-122	4-6
PETG	65-70/149-158	4-6
ナイロン	70-80/158-176	8～12歳
TPU	40-50/104-122	4-6
ABS	60～70/140～158	4-6

これらは一般的なガイドラインです。最適な設定はブランドや配合によって異なるため、必ずフィラメントメーカーの推奨事項をご確認ください。

方法2：オーブンでフィラメントを乾燥させる

オーブンの選択

正確な温度制御機能を備えたオーブンを選びましょう。コンベクションオーブンは空気循環が優れているため、調理効率が優れています。汚染を防ぐため、調理とは別のオーブンを使用してください。

乾燥工程

フィラメントに適した温度にオーブンを予熱します。

• フィラメントをパーチメント ペーパーでゆるく包むか、きれいなトレイの上に置きます。
• 複数のスプールが接触しないように注意しながら、フィラメントをオーブンに入れます。
• フィラメントの種類に応じてタイマーを設定します。
• 過熱や変形を防ぐため、時々点検してください。
• 乾燥後、フィラメントをオーブン内でゆっくり冷まします。
• 冷却したフィラメントは乾燥剤と一緒に密閉容器に保管してください。

オーブン乾燥は効果的ですが、注意深く監視する必要があります。必ず、お使いのフィラメントのメーカーのガイドラインに従ってください。

方法3：食品乾燥機でフィラメントを乾燥させる

乾燥機の改造

乾燥機から食品トレイを取り外し、フィラメントスプールホルダーを詰め込みます。スプール間に隙間を開けることで、空気がスプールの周囲を自由に循環し、均一に乾燥します。必要に応じて、耐熱素材を使ってスプールホルダーを自作し、スプール間隔を最大限に確保することもできます。

温度と時間の設定

フィラメントの種類に応じて温度を設定してください。PLAの場合は45～50℃で4～6時間乾燥させます。PETGの場合は約65℃で4～6時間、ナイロンの場合は70℃で12時間以上かかります。最初は短時間で試してみて、フィラメントがまだ湿っている場合は徐々に温度を上げていきましょう。正確な設定については、フィラメントメーカーにお問い合わせください。

長所と短所

食品乾燥機の利点としては、低コスト、操作の簡単さ、そして穏やかで均一な加熱が保証されることなどが挙げられます。しかし、いくつかの欠点もあります。ほとんどの機種は温度範囲が限られており、すべての種類のフィラメントに適さない場合があります。また、大型のスプールは一部の乾燥機に収まらない場合があります。食品用とフィラメント用の両方の乾燥機を使用する場合、交差汚染の危険性があります。

食品乾燥機は手頃な価格の乾燥ソリューションを提供しますが、モデルの最大温度をチェックして、特定のフィラメントタイプに適していることを確認してください。

方法4：DIYフィラメント乾燥ソリューション

乾燥剤チャンバーの作成

密閉容器を使って簡易乾燥室を作りましょう。底に乾燥剤のビーズや乾燥剤の袋を敷きます。乾燥剤の上に、フィラメントのスプールを固定するための小さなメッシュ台を設置します。容器を密閉し、涼しく乾燥した場所に保管します。この方法は時間がかかりますが、あらゆる種類のフィラメントに安全です。

シリカゲルパケットの使用

フィラメントスプールを、シリカゲルパケット数個と一緒に再封可能なビニール袋に入れます。封をする前に、できるだけ空気を抜いてください。これは、すでに乾燥したフィラメントを維持する場合や、中性フィラメントが吸湿してしまった場合に最適です。シリカゲルパケットは、効果を維持するために定期的に交換するか、再生してください。

ヒートボックスの構築

低ワット数の電球またはヒートパッドと温度計を木箱またはプラスチック箱に入れ、加熱箱を用意します。加熱器具を箱の底に固定し、上部にフィラメントスプールを置くための小さな棚を設け、過熱を防ぐため温度を注意深く監視します。これにより、ユーザー側で制御する余地は広がりますが、完全に不注意な状態から解放されるわけではありません。

特定の3Dプリント材料のフィラメント乾燥ガイドライン

PLA：低温・短時間乾燥

PLAを40～45℃で4～6時間乾燥させます。PLAは他のフィラメントに比べて湿気に弱いですが、乾燥しても劣化しません。50℃を超える温度では変形する可能性があるため、ご注意ください。 食品乾燥機 または、低温のオーブンで弱火で焼くだけでも十分です。

PETG: 中温、中時間乾燥

PETGを65℃で4～6時間乾燥させます。PLAに比べてPETGは吸湿しやすいため、高温で乾燥させる必要がありますが、70℃を超えないように注意してください。一般的に、PETGはフィラメントドライヤーか、温度制御の優れたオーブンで乾燥させるのが最適です。

ナイロン：高温長時間乾燥

ナイロンは70～80℃で12～24時間乾燥させます。ナイロンは吸湿性が高いため、徹底的な乾燥が必要です。ポリカーボネートなど、湿気に敏感な他の素材も同様の条件が必要です。最適な結果を得るには、専用のフィラメント乾燥機、または温度管理の行き届いたオーブンをご使用ください。

柔軟なフィラメント：優しく長時間乾燥

TPUのような乾燥した柔軟なフィラメント 40～50℃で4～6時間乾燥させます。これらの素材は湿気に敏感な場合が多く、高温になると変形する可能性があります。温度設定を低くし、乾燥時間を長めにしてください。柔軟な繊維の場合は、食品乾燥機や低温オーブンが適しています。

フィラメントが乾いているかを確認する3つの方法

1. フィラメントの表面を調べる

フィラメントの表面がマットな場合は、一般的に乾燥している兆候です。フィラメントが適切に乾燥すると、色と質感が均一になります。フィラメントに気泡や凹凸がないか確認してください。気泡や凹凸がある場合は、フィラメントがまだ水分を保持している可能性があります。目視検査だけでは判断できない場合もあります。

2. 体重減少を測定する

乾燥前と乾燥後のフィラメントスプールの重量を測ります。重量の減少は水分の減少を示しています。ほとんどのフィラメントでは、重量が0.2～0.5%程度減少すれば、フィラメントが十分に乾燥していることを示します。正確な測定値を得るには、特に小さめのスプールの場合は、精密な秤を使用する必要があります。

3. テスト印刷を行う

すでに乾燥したフィラメントを使用して、小さなテスト印刷を実行します。印刷品質が向上しているかどうか、例えば糸引きや表面欠陥の減少、層の密着性の向上などを確認してください。乾燥前のフィラメントで印刷したものと比較してみてください。問題が解決しない場合は、さらに乾燥させる必要があるかもしれません。

印刷中の吸湿を防ぐための戦略

1. アクティブスプールにはフィラメントドライボックスを使用する

印刷中は、フィラメントをドライボックスに保管してください。これらの容器は、乾燥剤または除湿装置によって低湿度を維持します。ほとんどのドライボックスには、フィラメントをプリンターに直接供給する仕組みが備わっており、周囲の湿気への露出を軽減できます。予算が限られている場合は、フィラメント供給口付きの密閉容器と乾燥剤パックを使って、即席のドライボックスを作るのも良いでしょう。

2. 印刷環境の湿度を管理する

印刷スペースの湿度を最小限に抑えてください。除湿機を使用すれば、ほとんどのフィラメントの相対湿度を50%未満に保つことができます。湿度計を使えば、現在の湿度を測定できます。プリンターをケースに入れることで、ナイロンやTPUなど、湿気に非常に敏感な素材に適した環境を作ることができます。

3. 定期的なメンテナンスチェックを実施する

フィラメントの吸湿状態を定期的に確認し、主に質感、色、脆さの変化から判断してください。スプールの重量を定期的に測定し、吸湿量を確認してください。フィラメントの在庫をローテーションさせ、長期間放置する前に最も古いスプールから使用しましょう。保管容器内の乾燥剤は、通常は数ヶ月ごと、または色の変化で判断して定期的に交換してください。

より良い 3D プリントのためにフィラメントを乾燥した状態に保ってください。

3Dプリント用フィラメントの乾燥と保管は、高品質なプリントを実現するために非常に重要です。市販の乾燥機、オーブン、食品乾燥機、あるいは自作の乾燥機など、どのような乾燥機を使用する場合でも、最も重要なのは、プリント中は常に材料を乾燥した状態に保つことです。定期的な点検と適切な保管は、フィラメントが水分を吸収するのを防ぎます。これにより、プリントの欠陥を減らすことができます。 フィラメントの寿命を延ばす3Dプリントのストレスを軽減しましょう。フィラメントの乾燥を3Dプリントの標準的なプロセスにすることで、最高の結果を得ることができます。