光造形3Dプリンターとは、光造形方式を用いた3Dプリンターです。「光造形機」「光造形」「RP（Rapid Prototyping）」とも呼ばれています。
光造形3Dプリンターは、「レジン」と呼ばれる液体状の樹脂に紫外線（UV）を当てて固めることで造形を進めます。

下図のように、レジンを入れたタンクに造形を行う土台（プラットフォーム）を漬けて、硬化させたい部分に光を照射します。照射によってレジンが硬化し、その厚みの分だけステージを下降させることを繰り返し、積層させ立体造形となります。

光造形方式は、光の当て方によって「DLP方式（Digital Light Processing）」「LCD方式（Liquid Crystal Display）」「SLA方式（Stereo Lithography Apparatus）」の３種類に分類されます。各種類の特徴は２章で詳しく解説しています。

光造形3Dプリンターを活用するには以下が必要です。

ゴム手袋やマスク、保護具等は、レジンや有機溶剤から皮膚や目を保護するために必要です。また、造形後は、未硬化の液状レジンを拭き取り、無水エタノール・IPA（イソプロピルアルコール）・レジンウォッシュなどでレジンを洗浄しなければなりません。

DLP方式とは、レジンに紫外線を当てて固める造形方法です。面状に紫外線を当てて樹脂を固め、積層して造形を進めていきます。

DLP方式では材料に対して紫外線を当てる範囲が多いため、造形スピードが早いのが特徴です。ただし照射する範囲が広くなれば広くなるほど、精度が粗くなる傾向があります。

初期費用は高くなりますが3Dプリンター本体のメンテナンス性が高く、消耗品が少ないためランニングコストをおさえられるのも、DLP方式の特徴です。

LCD方式は、液晶ディスプレイのLCDパネルを使用し、紫外線照射によって造形します。解像度の高いLCDパネルを使用することで、より精密に造形ができるようになります。

LCD方式はDLP方式と同じく、面状に紫外線を照射するため、高速造形が可能です。初期費用はDLP方式よりも安い傾向にあります。一方で、LCDパネルは造形時の熱や紫外線によって劣化するため定期的に交換が必要となり、ランニングコストが高くなる点に注意しましょう。

SLA方式とは、レジンに点状の紫外線を当ててプラットフォームから少しずつ樹脂を固めて積層し、造形する方式です。紫外線は材料に対して、一筆書きのように当て進めます。

SLA方式では紫外線を点状にレジンに当てて造形するため、複雑で細かいものでも、3Dデータの再現性を高めた造形が可能です。ただしDLP方式やLCD方式と比較すると照射する紫外線の範囲が狭いぶん、造形のスピードは遅くなります。

また、独自の技術による特徴的な3dプリンタ―を開発している企業もあります。

BMF Japan 株式会社では、独自PµSL（Projection Micro-Stereolithography）技術に基づいた、高精細・高精度の産業用3Dプリンター「microArch®シリーズ」を開発し、従来の切削加工や金型では難しい複雑微細構造の造形を実現しています。

画像引用：BMF Japan 株式会社

PµSLは、DLP方式をもとに開発した独自の光造形技術でグラフからもわかるように、X-Y精度、Z精度ともに最高レベルの解像度を誇ります。一般的な光造形（DLP）とおなじように、UVによる樹脂硬化を重ねることで造形し、投影レンズの精密な制御により数マイクロメートルから数百ナノメートルの解像度を実現します。

造形事例_マイクロスプリング

光造形3Dプリンターは材料を熱する時間が短いため、スムーズに出力できるというメリットがあります。ほかの方式よりも造形速度にすぐれていると言えます。

さらに光造形方式の中でもDLP方式やLCD方式なら面状に紫外線を照射できるため、さらに高速での造形が実現します。

光造形3Dプリンターは、造形物の表面を滑らかにできるため、精度の高い造形が可能です。

たとえば熱溶解積層方式の3Dプリンターはノズルから溶かした樹脂を射出して積層し造形するため積層痕が残りやすく、精度が落ちたり造形物の外観を損ねたりしてしまうことがあります。

光造形方式の3Dプリンターも紫外線の照射によって、徐々に積層するため熱溶解積層方式と同様に積層痕は残ります。ただし、光造形方式では造形中に材料のレジン液が積層部分に垂れ流れる性質を持っています。そのため積層痕が熱溶解積層方式よりも残りにくく、滑らかな表面を造形できるのが特徴です。

光造形3Dプリンターは、表面の美しさを重視した造形に向いていると言えるでしょう。

BMF Japan株式会社の「microArch®シリーズ」は、2μm/10μmの優れた光学解像度と、±10μm/±25μmの正確な公差制御を実現可能で、精密な3次元微細加工におすすめな3Dプリンターです。また、新開発された「可溶性犠牲樹脂」でモールドをプリントすれば、従来の射出成形と比較してより複雑な構造の製作が可能で、製作期間を大幅に短縮しながら従来の一般材料を用いて射出成形・キャスティングが可能です。

光造形3Dプリンターは、透明性の高い材料を選ぶことで透明度の高い仕上がりが実現します。たとえば内部構造を可視化するスケルトンモデルなども、光造形3Dプリンターなら造形可能です。

ただし、透明度の高い樹脂は経年劣化によって造形物の色が黄ばんでしまうデメリットがあります。造形当初の透明性を長期間維持することが難しい点には注意が必要です。

光造形方式の3Dプリンターで製作した造形物には余分な樹脂が付着するため、その樹脂の洗浄と除去が必要です。

樹脂の除去は水やエタノールなどを使用して洗浄しますが、表面以外にもこまかいすき間の液体樹脂もしっかり除去しなければいけません。さらに洗浄液に長時間つけ過ぎると造形物が解けてしまうことがあります。洗浄液のつけ過ぎにも注意しながらの洗浄が求められます。

洗浄後に出た廃液の処理にも注意が必要です。廃液にはレジンが含まれているため、そのまま下水に流してはいけません。自治体で定められた方法で廃液を処理する必要があります。

使用したレジンの種類や3Dプリンターの性能などによっては、造形時の紫外線の照射だけでは完全に硬化せず、半硬化となることがあります。半硬化の状態の造形物は本来の強度などの性能が発揮できず、そのままでは変形や破損の恐れがあるため二次硬化が必要です。

造形物の状態によっては洗浄後の二次硬化が必要となり、手間がかかることもデメリットと言えます。

光造形3Dプリンターでの造形は、造形が崩れ落ちないためにサポート材を用いて造形を進めていきます。そのため造形後、洗浄と必要に応じて二次硬化後にサポート材の除去が必要です。

造形物が精巧または複雑であればあるほどサポート材がたくさん付着する傾向にあるため、除去の手間は大きくなります。さらにサポート材は除去後廃棄するため無駄になってしまうのもデメリットです。

サポート材の除去の手間や無駄を克服するには、造形後にペーパーややすり、ブラスト研磨機などで造形物を研磨をする方法や、サポート材なしで造形（プラットフォームに直付けする）ができる3Dプリンターを使う方法があります。

一方で、造形後の後処理を簡単にする材料の開発も進んでいます。

BMF Japan 株式会社では、硬化後に熱アルカリで溶解可能な「可溶性犠牲樹脂」を開発しました。「可溶性犠牲樹脂」はPDMSキャスティングや射出成形用のモールド印刷に適しており、硬化後に熱アルカリによって溶解可能なことで、製造業の造形に関する課題へフレキシブルに対応可能です。

可溶性犠牲樹脂によって、精密で複雑な三次元微細構造を持つPDMSデバイスを簡単かつ迅速に作製できます。また、犠牲樹脂を使用して射出成形用のモールドを印刷してから、一般的なエンジニアリングプラスチックで射出成形を行うことで、光硬化性材料の限界を突破し、従来の射出成形や直接3Dプリントでは製造できない特殊な部品を手に入れることができます。

犠牲樹脂とPDMSキャスティングプロセス

光造形方式3Dプリンターを使用して作った造形物は太陽光に弱い性質を持っています。材料として使用しているレジンは紫外線で硬化するためです。光造形方式の3Dプリンターで作った造形物は長時間太陽光に当てると、変形や破損の可能性が高くなります。

造形物を屋外に出さない、出す場合は直射日光を当てないなどの対策をする、造形後に耐候性用の塗料やコーティング材を塗るなどの方法で対策できます。