適切なノズルサイズを選ぶには、ビード幅、ビード高さ、プリントに使用する材料を考慮する必要があります。この記事では、適切なノズルサイズを選ぶためのツールをご紹介します。
適切なノズルを選ぶことがなぜ重要なのか？
ノズルサイズとビードの形状は密接な関係があります。現在のプリントプロセスに不適切なノズルを選択すると、多くの問題や欠陥が発生する可能性があります。不適切なサイズのノズルを選択した場合に発生する問題には、以下のようなものがあります。
- コーナーの引きずり：プリントのコーナー部分が波打つようなパターンになる。複数の層に分かれる。しかし、このパターンは一貫して繰り返される。この場合、現在のプリント設定に対してノズルが大きすぎる可能性が高い。また、ビード形状が適切でない可能性もある。この点については、本記事の「ビード形状のガイドライン」で詳しく説明している。
- プリントの空洞：ノズルサイズが適切でない場合、 この場合、プリント部分に空洞（エアポケット）が生じる可能性があります。これは望ましくない現象であり、最終的なパーツやツールの構造的完全性に影響を及ぼす可能性があります。ノズルサイズとビード形状の比較は、空洞に影響を及ぼします。他にも原因となる可能性はありますが、少なくとも潜在的な原因の1つを排除するために、正しいノズルを選択していることを確認してください。
- 醜い側壁：ノズルのサイズを誤ると、側壁に多くの波紋ができ、非常に醜いプリントになります。高品質で滑らかな表面の大型プリントをお望みであれば、適切なサイズのノズルを選択することが非常に重要です。
適切なサイズのノズルを選択するには？
プリントに適切なサイズのノズルを選択すると、さまざまな影響があります。材料からビードの形状まで。しかし、ノズルを正しく選択する上で最も重要なのは、ビードの幅と高さです。
なぜなら、ビードの幅と高さは、押出されるべき体積を決定するからです。ビードの断面を見て表面積を測定し、この面積に機械の送り速度（mm/分）を掛けます。すると、押出機がノズルを通して1分間に押出している立方ミリメートルが算出されます。
必要なのは、ノズルの表面積がビーズの表面積に対して大きすぎず、小さすぎないことです。大きすぎると、材料がノズルを通過する速度が、材料を敷き詰める場合よりも遅くなるため、材料が引きずられることになります。その結果、材料が引きずられて角が引っ張られる、ビーズに空洞ができるなどの問題が発生します。ノズルが小さすぎると、プリントの品質に問題が生じます。その理由は、ノズルが小さすぎると、材料がノズルを通過する速度が、3Dプリントビードに配置される速度よりも速くなりすぎるからです。これにより、ビードにしわが寄ったり、表面仕上げが美しくないものになったりします。
では、どの程度のサイズが必要なのでしょうか？経験則では、ノズル表面積はビード面積の75%から80%に相当するサイズにするのが望ましいとされています。ノズル表面積の計算式は以下の通りです。
ノズル面積 = π x ノズル半径2
ビード面積 = ビード幅 x ビード高さ
ノズルビード比 = ノズル面積 / ビード面積 x 100
最適な結果を得るには、ノズルビード比を75%から80%の間になるようにします。
使用するノズルに基づいて、ビードサイズを計算します。
1. ノズル表面積を計算します
2. その面積の78%を計算します
4. ビード幅x高さの比率を決定します
5. 理想的なビード寸法を計算します
[例]
ノズルサイズ6mm、ビード比率4:1（幅x高さ）を希望
1. ノズル表面積：π x ノズル半径2 = π x 32 = 28.3mm2
2. 理想的な表面積は78% = 0.78*28.3mm2 = 22mm2
3. 4:1の比率の幅を計算します。4 x (22/4)^(1/2) = 9.4mm
4. 4:1の比率の高さを計算します。1 x (22/4)^(1/2) = 2.35mm
5. 計算結果を確認します。9.4 x 2.35 = 22.09mm2（多少の丸め誤差はありますが、正しく計算されています
6. 必要であれば、より実用的な寸法を決定します。10 x 2.2 も同様に最適です。
ノズルサイズ x ビード寸法早見表
この表では、標準的なノズルサイズを記載しています。ノズルの表面積と理想的なビード寸法。ノズルビード比はおよそ78%で、表に記載されている幅x高さ比です。
| ノズルサイズ（mm） | ノズル表面積（mm2）[78% mm2] | 理想的なビード寸法（幅 x 高さ） | ビード比（幅/高さ） | どのノズルセットに該当するか？ |
| 2 | 3.14 [2.45] | 2.7 x 0.9 | 3:1 | 25 Series |
| 4 | 12.57 [9.8] | 6.3 x 1.5 | 4:1 | 25 & 40 & 50 - Series |
| 6 | 28.27 [22.05] | 9.4 x 2.4 | 4:1 | 25 & 40 & 50 - Series |
| 9 | 63.62 [49.62] | 14.0 x 3.5 | 4:1 | 25 & 40 & 50 - Series |
| 12 | 113.10 [88.22] | 21.0 x 4.2 | 5:1 | 25 & 40 & 50 - Series |
| 15 | 176.71 [137.84] | 28.7 x 4.8 | 6:1 | 25 & 40 & 50 - Series |
| 18 | 254.47 [198.49] | 34.5 x 5.8 | 6:1 | 25 & 40 & 50 - Series |
| 21 | 346.36 [270.16] | 40.2 x 6.7 | 6:1 | 40 & 50 - Series |
| 24 | 452.39 [352.86] | 46.0 x 7.6 | 6:1 | 40 & 50 - Series |
注：ご要望に応じてカスタムノズルを製造することができます。お見積もりについては、サポートエンジニアまでお問い合わせください。support@ceadgroup.com