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コラム 2022.08.05 更新

徹底解説！3Dプリンターにおける光造形方式とは？

光造形方式とは？

光造形方式とは、光硬化性のある液体状の樹脂（レジン）に紫外線(UV)やレーザーライトを当てて硬化させ、造形物をプリント方式です。

光造形方式を採用した3Dプリンターが誕生したのは1980年後半頃で、非常に歴史のある3Dプリンターです。
日本では3Dモデルを作成する装置として導入されている半数以上が、この光造形方式を採用していると言われています。

そして、光造形は樹脂製の3Dモデルを造形する方式の中でも非常に細かなものなども作成することができるため、ジュエリーやフィギュアなど繊細なデザインが要求されるモデルなどを造形するときにより力を発揮することができます。

光造形の出力方法

3Dプリンターには様々な造形方式があり、代表的なものだと「熱溶解積層方式（FDM）」や「粉末焼結積層造形方式（SLS）」などがあります。
そして、光造形で採用される方式は「SLP」と「DLP」の2種類があり、Formlabs社が採用するLFS方式などもあります。
これらのテクノロジーはかつては複雑でコストがかかりすぎましたが、今日のSLA方式及びDLP方式のを採用する3Dプリンターは、手頃な価格で産業品質の部品を製造し、幅広い材料のおかげで比類のない汎用性を備えています。

どちらのプロセスも、液体樹脂を選択的に光源 (SLA はレーザー、DLP はプロジェクター) にさらすことで機能し、プラスチックの非常に薄い固体層を形成し、それを積み上げて固体オブジェクトを作成します。
原理的には非常に似ていますが、下記で詳しくご説明いたします。

SLA方式とは？
SLA方式とは、液体状の樹脂（レジン）に点状の紫外線(UV)を当て、土台部分から少しずつ樹脂を固めていき、それを層のように積み重ねる事で出力する方法です。

SLA方式は小さな点状のポイントレーザーで紫外線をレジンに当てながら硬化させるため、なめらかで高精度なモデルを造形することが可能です。
しかし、右図のような一筆書きのようなイメージで照射していくため、少し造形時間が長いのも特徴です。

DLP方式とは？
DLP方式は、液体状の樹脂（レジン）に下から紫外線(UV)を当てて硬化させる造形方法です。

点状の紫外線を当てて硬化させるSLA方式に対し、DLP方式は面状で照射させるのが特徴です。
SLA方式に比べて紫外線を当てる範囲が広いため、造形時間が早いというメリットがありますが、造形範囲やプロジェクタによっては表面が粗くなってしまう場合もあります。

SLA方式とDLP方式での造形品質の違いは？
SLA方式及びDLP方式の3Dプリンターはいずれも、すべての3Dプリントにおけるプロセスの中で最も滑らかな表面仕上げのパーツを作成することで知られています。
3Dプリンタで造形されたモデルはレイヤー（層）となって構成されるため、多くの場合、水平のレイヤーラインが表示されます。ただし、DLP方式では長方形のボクセルを使用して画像をレンダリングするため、垂直のボクセルラインの効果も見られます。
下のイメージ画像にてその違いについてはっきりと見比べることができると思います。

参照元：Formlabs公式サイト内記事「SLA vs. DLP: Guide to Resin 3D Printers」

光造形方式のメリット

造形スピードが早い
先に紹介したDLP方式にあるように、面状での照射を行うため広い範囲で紫外線を当てることが可能となり、複数ある3Dプリンターの造形方式の中でも比較的に造形時間が短い特徴があります。
また、1つ造形する場合と複数造形する場合で造形時間が変わらないのも大きなメリットと言えます。

表面が滑らかな造形が可能
熱溶解積層方式などの3Dプリンターは、プラスチックや金属などの材料でできたフィラメントを溶かして固める方式となるため、造形過程でできあがった造形物の積層痕（材料を溶かして固めながら造形していく過程で、積み重ねた跡が地層のように残ってしまう状態）が目立ってしまうという短所があります。

しかし、光造形方式の3Dプリンターでは、積層していく際に硬化する層と一つ前に硬化された層がしっかりと結合することで、層と層の境目が目立ちにくく、滑らかな表面を作ることができます。
こういった特徴から、ジュエリーやフィギュアなどの見た目のクオリティーが求められる製品の造形に適していると言えます。

透明度の高いモデルを造形可能
光造形方式における最大の特徴とも言えるのが、このアクリル系のレジン（樹脂）を使用して、透明度の高いモデルを造形できるところです。医療系などで用いられることが多いですが、内部構造の可視化や、透明性が重視されるモデルの造形に非常に役立ちます。
後工程こそ必要となりますが、他の造形方式にはない高い透明度を実現することができます。