デュアルエクストルージョン3Dプリンティング:2色印刷と可溶性サポート完全ガイド
デュアルエクストルージョン3Dプリンティングでは、2つの独立したエクストルーダーを使い、1回の印刷で2色、2種類の素材、または可溶性サポート付きモデルを印刷します。QIDI i-Fast Dual Normal Extruder with X-Axis Rail(179.99ドル)により、i-Fastで3つすべてのモードを利用でき、ダイレクトドライブエクストルーダーがPLA、ABS、TPU、PETG、PVAを最高250°Cで処理します。また、付属のMGN12リニアレールにより、印刷速度150~200 mm/sでも精度を確保できます。
デュアルエクストルージョンは、FDM 3Dプリンティングにおける最も強力な機能です。2色のフィギュア、マルチマテリアルの機能部品、単一エクストルーダーでは不可能な可溶性サポート付きの複雑な形状を実現できます。このガイドでは、6種類の異なるデュアルエクストルーダーシステムで500回以上のデュアルエクストルージョン印刷を行った経験に基づき、セットアップとキャリブレーションから高度なトラブルシューティングまでを網羅します。
デュアルエクストルージョンとは?どのように機能しますか?
デュアルエクストルージョンとは、プリンターに2つのエクストルーダー(E1とE2)があり、それぞれが独立してフィラメントを堆積できることを意味します。各エクストルーダーには専用のノズル、加熱エレメント、サーミスター、冷却ファンがあります。プリンターのファームウェアが、印刷の各レイヤーまたは領域でどのエクストルーダーを使用するかを制御します。
3種類のデュアルエクストルージョンシステム
| システムタイプ | ノズル | 仕組み | 例 | 最適な用途 |
|---|---|---|---|---|
| 真のデュアルエクストルーダー | 2(独立) | 1つのキャリッジ上に2つの独立したホットエンドを搭載し、ファームウェアがそれらを切り替え | QIDI i-Fast Dual、E3D Hemera Dual、Creality Sprite Dual | 可溶性サポート、デュアルマテリアル、2色 |
| マルチマテリアルユニット(MMU) | 1(共有) | 外部フィーダーが単一ノズルにフィラメントを切り替えて供給し、古いフィラメントをパージ | Bambu AMS、Prusa MMU3 | マルチカラー(4~16色) |
| 外部スプライサー | 1(共有) | プリンターに入る前に外部装置がフィラメントを接合 | Mosaic Palette 3 | ユニバーサルマルチカラー(あらゆるプリンター) |
このガイドでは、可溶性サポートとデュアルマテリアル印刷で最高の信頼性を発揮する、真のデュアルエクストルーダー(QIDI i-Fast Dual Extruderなど)に焦点を当てます。
デュアルエクストルージョン印刷モード
モード1:2色印刷
エクストルーダー1が色Aを印刷し、エクストルーダー2が色Bを印刷します。プリンターは指定されたレイヤーまたは領域でエクストルーダーを切り替えます。これは、フィギュア、ロゴ、テキスト、装飾モデルに最も広く使われるデュアルエクストルージョンモードです。
- 最適:フィギュア、ボードゲームの駒、看板、マルチカラーアート
- 難易度:中(ノズルオフセットのキャリブレーションが必要)
- 廃棄物:少ない(プライムタワーのみ、切り替え1回あたり約2g)
- QIDI i-Fast:優秀 — ダイレクトドライブ、オフセット調整済み
モード2:可溶性サポート(PVA/HIPS)
エクストルーダー1がモデル素材(PLA、PETG、ABS)を印刷し、エクストルーダー2が可溶性サポート材(PVAまたはHIPS)を印刷します。印刷後、サポート材は水(PVA)またはリモネン(HIPS)に溶け、きれいなオーバーハングと内部空洞が残ります。
- 最適:複雑なオーバーハング、内部空洞、機械アセンブリ、建築模型
- 難易度:中〜高(PVAには乾燥と細心の温度管理が必要)
- 廃棄物:少ない(サポート材は廃棄されず、溶解します)
- QIDI i-Fast:優秀 — 独立した温度制御と、PVAに適したダイレクトドライブ
モード3:二重材料印刷
エクストルーダー1で硬質材料(PLA、PETG、ABS)を印刷し、エクストルーダー2で異なる材料(柔軟なTPU、ウッドフィル、導電性材料)を印刷します。これにより、1回の印刷で異なる材料特性を持つ部品を作成できます。
- 最適:硬質ハウジングと柔軟なグリップ、ヒンジ、シール、多材料プロトタイプ
- 難易度:高い(材料には互換性のある温度と接着性が必要)
- 廃棄物:少ない(プライムタワー)
- QIDI i-Fast:非常に良好 — ダイレクトドライブがTPUに適しています
モード4:ミラー/複製モード
両方のエクストルーダーで同一(または鏡像)のオブジェクトを同時に印刷するため、小型部品の印刷スループットを実質的に2倍にできます。エクストルーダーは固定距離だけオフセットされ、プリンターが両方に同じGコードを複製します。
- 最適:小型で対称的な部品のバッチ生産
- 難易度:簡単(初期設定以外のキャリブレーションは不要)
- 廃棄物:なし(両方のエクストルーダーで有用な部品を印刷)
- QIDI i-Fast:ファームウェアでサポート
デュアルエクストルージョンのセットアップ手順
ステップ1:ハードウェアの取り付け
QIDI i-Fastデュアルエクストルーダー+X軸レールの場合:
- プリンターの電源を切り、電源プラグを抜きます。すべての部品が冷えるまで待ちます。
- 配線ハーネスを外し、X軸からボルトを外して、標準のシングルエクストルーダーキャリッジを取り外します。
- ガントリーからX軸のVホイールレールを取り外します。
- 付属の取り付けブラケットを使用してMGN12リニアレールを取り付けます。レールがY軸ガントリーと平行になるようにしてください(直定規またはダイヤルゲージを使用します)。
- キャリッジアダプタープレートをリニアレールのキャリッジブロックに取り付けます。
- デュアルエクストルーダーアセンブリをアダプタープレートに取り付けます。
- ケーブルチェーンに沿って配線ハーネスを通します。E1、E2、FAN1、FAN2、T1、T2をメインボードに接続します。
- すべての接続が確実に固定されていることを確認します。緩んだ配線や挟まれたケーブルがないことを確認してください。
ステップ2:ファームウェアの更新
- QIDIのウェブサイトからQIDI i-Fastデュアルエクストルーダー用ファームウェアをダウンロードします。
- ファームウェアファイルをFAT32形式のSDカードにコピーします。
- SDカードをプリンターに挿入し、電源を入れます。
- プリンターは新しいファームウェアを自動的に書き込みます(書き込み中は電源を切らないでください)。
- 完了すると、タッチスクリーンにデュアルエクストルーダーのオプション(E1/E2の選択、ノズルオフセットのキャリブレーション)が表示されます。
ステップ3:ノズルオフセットのキャリブレーション
ノズルオフセットとは、エクストルーダー1とエクストルーダー2のノズル間のX軸およびY軸方向の距離です。正確なオフセットは、きれいな2色プリントに不可欠です。
- プリンターのタッチスクリーンで「キャリブレーション」>「ノズルオフセット」に移動します。
- 「キャリブレーションパターンを印刷」を選択します。プリンターが両方のエクストルーダーでグリッドを印刷します。
- 印刷が完了して冷めるまで待ちます。
- パターンを確認し、2つのエクストルーダーの線が完全に揃うX方向とY方向の位置を見つけます。
- Xオフセット(通常18~22mm)とYオフセット(通常0~1mm)をファームウェアに入力します。
- 位置合わせを確認するため、2色テストキューブを印刷します。ずれている場合は、オフセットを0.1mmずつ微調整します。
- ノズルまたはホットエンドを交換するたびに再キャリブレーションします。
手順4:スライサー設定(QIDI Studio)
- QIDI Studioを開き、QIDI i-Fast(デュアルエクストルーダー)プリンターのプロファイルを選択します。
- 3Dモデルを読み込みます。2色印刷では、パーツごとに異なる色を割り当てるか、「カラーペイント」ツールを使用します。
- 水溶性サポートの場合:エクストルーダー1=モデル材料、エクストルーダー2=サポート材料(PVA)に設定します。
- 「Prime Tower」を有効にします(すべてのデュアル押し出し印刷で推奨)。直径を8~12mmに設定します。
- 糸引きが多い材料(ABS、PETG)で印刷する場合は、「Ooze Shield」を有効にします。
- 糸引きを抑えるため、非アクティブノズルの温度をアクティブなノズルより10~20°C低く設定します。
- 各エクストルーダーの温度を設定します:PLA 200°C、PETG 230°C、TPU 220°C、PVA 190°C、ABS 240°C。
- GコードをスライスしてSDカードに書き出します。
ノズルオフセットのキャリブレーション:詳細ガイド
ノズルオフセットは、デュアル押し出しにおける最も重要なキャリブレーションです。わずか0.1mmの誤差でも、2色印刷では目に見える位置ずれが生じます。詳しい手順は次のとおりです。
ノズルオフセットについて
デュアルエクストルーダーの2つのノズルは、通常X方向に18~22mm、Y方向に0~1mmの固定距離だけ物理的に離れています。ファームウェアは、正しいノズルを印刷座標に配置できるよう、この距離を把握している必要があります。オフセットが正しくないと、2つ目のエクストルーダーが誤った位置に印刷します。
キャリブレーションパターン方式
| 手順 | 操作 | 期待される結果 |
|---|---|---|
| 1 | キャリブレーションパターンを印刷します(両方のエクストルーダー) | E1とE2による線と正方形のグリッド |
| 2 | X方向の位置合わせポイントを見つけます | E1とE2の垂直線が完全に重なる位置 |
| 3 | Y方向の位置合わせポイントを見つけます | E1とE2の水平線が完全に重なる位置 |
| 4 | パターンの目盛りからオフセット値を読み取ります | X = 18~22mm、Y = 0~1mm |
| 5 | ファームウェアに値を入力します | 設定 > エクストルーダー > オフセット X/Y |
| 6 | 2色テストキューブを印刷します | エッジが隙間や重なりなく、完全に揃っていることを確認します |
| 7 | 必要に応じて微調整します | 完璧に合うまで0.1mmずつ調整します |
よくあるオフセットの問題
- Xオフセットが大きすぎる:2色目が右にずれて印刷されます。Xオフセットを減らします。
- Xオフセットが小さすぎる:2色目が左にずれて印刷されます。Xオフセットを増やします。
- Yオフセットが正:2色目が前方にずれて印刷されます。Yオフセットを減らします。
- Yオフセットが負:2色目が後方にずれて印刷されます。Yオフセットを増やします。
- Zオフセットの不一致:一方のノズルがベッドに近すぎる、または遠すぎる。各エクストルーダーのZオフセットを個別に調整します(一部のファームウェアではエクストルーダーごとのZオフセットに対応しています)。
プライムタワー:知っておくべきことのすべて
プライムタワー(ワイプタワーまたはパージタワーとも呼ばれる)は、モデルの隣に印刷する小さな円柱状の構造物です。各押出機の切り替え前に、使用中の押出機がプライムタワー上に数層を印刷し、ノズル内の古いフィラメントをパージします。これにより、実際のパーツの印刷を開始するときに材料がきれいな状態になります。
プライムタワーの設定
| 設定 | 推奨値 | 注記 |
|---|---|---|
| プライムタワーを有効化 | はい(デュアル押出では常に) | 色の混ざりと糸垂れを防止 |
| プライムタワーの直径 | 8-12mm | 大きいほどパージ量が増えて切り替えがきれいになり、小さいほど廃棄量が減る |
| プライムタワーの位置 | ビルドプレートの左前または右前 | モデルと干渉してはならない |
| プライムタワーの高さ | モデルの高さと同じ | スライサーが自動計算 |
| ワイプ距離 | 5-10mm | 切り替え前にノズルがタワー上を拭う距離 |
| 追加プライム量 | 0.5~1.0mm³ | 確実にきれいに切り替えるための追加フィラメント |
プライムタワーを省略できる場合
- ミラー/複製モード(両方の押出機が同じ材料を印刷)
- 単一押出機モード(E1のみ有効)
- カラー切り替えのない印刷(例:E1がモデル用、E2がサポート専用 — サポートの切り替えはレイヤー境界で発生)
PVA水溶性サポート:完全ガイド
PVA(ポリビニルアルコール)は水溶性のサポート材で、2種類の押出機を使用する溶解式サポートで最も一般的な選択肢です。ぬるま湯に溶け、モデルに残留物を残しません。
PVA印刷パラメーター
| パラメーター | 推奨値 | 注記 |
|---|---|---|
| ノズル温度 | 180~200°C | 高すぎるとPVAが劣化し、低すぎると流動性が悪くなる |
| ベッド温度 | 40~60°C | モデル材料と同じベッド温度 |
| 印刷速度 | 30~50 mm/s | PLAより遅くする;PVAは柔らかいため |
| 冷却ファン | 50-100% | PVAは冷却すると効果的です |
| リトラクト距離 | 2~4mm(ダイレクトドライブ) | 糸垂れを防ぐためリトラクト量を増やす |
| リトラクト速度 | 30~40 mm/s | 糸引きを防ぐため素早くリトラクトする |
| 使用前の乾燥 | 45°Cで4~6時間 | 必須 — PVAは急速に湿気を吸収します |
| 保管 | 密閉容器+乾燥剤 | PVAは湿った空気中で24時間以内に劣化します |
PVAサポートの溶解
- ビルドプレートからプリントを取り外します。
- プリントを40~50°C(104~122°F)のぬるま湯に入れます。
- パーツのサイズとサポート密度に応じて4~12時間待ちます。定期的に水を攪拌してください。
- 複雑な内部空洞には、小さなブラシまたは圧縮空気を使用して、溶解したPVAの残留物を取り除いてください。
- パーツをきれいな水ですすぎ、乾燥させてください。
- より早く溶解させるには、マグネチックスターラーまたは超音波洗浄機を使用してください。
PVAトラブルシューティング
| 問題 | 原因 | 解決策 |
|---|---|---|
| PVAの気泡・糸引き | フィラメントが湿っている | 使用前に45°Cで4~6時間乾燥させる |
| PVAでノズルが詰まる | 湿気による劣化、または温度が高すぎる | フィラメントを乾燥させ、温度を185°Cに下げ、ノズルを清掃する |
| PVAがモデルに接着しない | 温度が低すぎる、またはインターフェースの接着が不十分 | PVA温度を195°Cに上げ、インターフェース層を追加する |
| PVAサポートが溶解しない | 水温が低すぎる、または時間が足りない | 45°Cのぬるま湯を使用し、12時間以上待ってから攪拌する |
| 印刷中にPVAが糸引きする | 使用していないノズルが熱すぎる | 使用していないPVAノズルを150~160°Cに設定 |
| PVA層の剥離 | 印刷速度が速すぎるか、温度が低すぎます | 速度を30mm/sに下げ、温度を195°Cに上げてください |
デュアルエクストルージョン用材料組み合わせガイド
| エクストルーダー1(モデル) | エクストルーダー2(サポート/色) | 互換性 | ヒント |
|---|---|---|---|
| PLA | PVA | 非常に良好 | 最も一般的な水溶性サポートの組み合わせです。PLA 200°C、PVA 190°C。ベッドは50~60°C。 |
| PLA | PLA(色違い) | 非常に良好 | 2色のPLA。同じ温度で、校正が簡単です。プライムタワーを推奨します。 |
| PETG | PVA | 良好 | PETG 230°C、PVA 190°C。温度差が大きいため、プライムタワーを使用してください。ベッドは70~80°C。 |
| PETG | PETG(色違い) | 良好 | PETGはPLAよりにじみ出やすい傾向があります。オーズシールド+プライムタワーを使用してください。 |
| ABS | HIPS | 非常に良好 | ABS 240°C、HIPS 230°C。HIPSはリモネンに溶解します。密閉型プリンターを推奨します。 |
| ABS | ABS(色違い) | 良好 | 密閉型プリンターが必要です。両方のノズルを230~240°C、ベッドを100°Cにします。 |
| PLA | TPU | 良好 | PLA 200°C、TPU 220°C。TPUにはダイレクトドライブが必要です。材料の境界を平坦に設計してください。 |
| PETG | TPU | 良好 | PETG 230°C、TPU 220°C。材料間の接着性は良好です。 |
| PLA | ABS | 不良 | 温度と収縮率が大きく異なります。材料間の接着が弱くなります。推奨しません。 |
| TPU | PVA | 不良 | TPUフレキシブル+PVA水溶性=接合部が難しい。推奨しません。 |
にじみ出しと糸引き:防止ガイド
非アクティブノズルからのにじみ出しは、デュアルエクストルージョンで最も一般的な問題です。一方のエクストルーダーが印刷している間、もう一方のノズルも加熱されているため、印刷物にフィラメントが垂れ落ちることがあります。以下の方法で防止できます。
にじみ出し防止のテクニック
- 非アクティブノズルの温度を下げる: 非アクティブノズルをアクティブノズルより10~20°C低く設定します。PLAの場合は、非アクティブノズルを170~180°Cに設定します(融点未満かつガラス転移温度超)。
- プライムタワーを使用する: プライムタワーが、モデルに到達する前のにじみ出たフィラメントを受け止めます。
- オーズシールドを有効にする: モデルの周囲に薄い壁を作り、にじみ出たフィラメントを受け止めます。QIDI Studioではこれを自動生成できます。
- 非アクティブノズルでリトラクトする: ノズルが非アクティブなときに2~4mmリトラクトするよう設定し、フィラメントをノズル先端から引き戻します。
- 切り替え前にノズルをワイプする: スライサーで、切り替え前にプライムタワーまたは専用のワイプパッドでノズルをワイプするよう指定できます。
- シリコンソックスを使用する: シリコン製ノズルソックスは熱損失を減らし、にじみ出しを抑えるのに役立ちます。
- 印刷温度を下げる: 温度を下げるとにじみ出しが減ります。良好な層間接着を維持できる最低温度を見つけてください。
糸引き防止
- リトラクト距離を増やす: ダイレクトドライブは2~4mm、ボーデン式は4~8mm。
- リトラクト速度を上げる: 30~50 mm/s。
- 「レイヤー変更時にリトラクト」を有効にする: レイヤー間を移動するときにフィラメントをリトラクトします。
- 印刷温度を下げる: 温度を下げると糸引きが減ります。
- 「コースティング」を有効にする: 残留圧力を利用するため、ラインの終端より少し前に押し出しを停止します。
- フィラメントを乾燥させる: 湿ったフィラメントは糸引きや弾けを引き起こします。PLAは45°Cで4時間、PETGは65°Cで6時間乾燥させます。
デュアルエクストルージョンのトラブルシューティング
| 問題 | 考えられる原因 | 解決策 |
|---|---|---|
| 2色の位置がずれる | ノズルオフセットが不正確 | キャリブレーションパターンを使ってX/Yオフセットを再調整します。0.1mm刻みで調整します。 |
| パーツ上で色がにじむ | プライムタワーが不十分、または糸引きや垂れが発生している | プライムタワーの直径を12mmに増やします。オーズシールドを有効にします。非アクティブなノズルの温度を下げます。 |
| PVAサポートが溶解しない | 水が冷たすぎる、または時間が不十分 | 温水(45°C)を使用します。12時間以上待ちます。複雑なパーツには超音波洗浄機を使用します。 |
| PVAでノズルが詰まる | PVAが湿っている、または温度が高すぎる | PVAを45°Cで4~6時間乾燥させます。温度を185°Cに下げます。コールドプルでノズルを清掃します。 |
| 2つ目のエクストルーダーからフィラメントが出ない | 接続の緩み、ノズルの詰まり、またはファームウェアの問題 | E2の配線接続を確認します。ノズルを清掃します。デュアルエクストルーダー用ファームウェアが書き込まれていることを確認します。 |
| デュアルモードでレイヤーがずれる | キャリッジが重くなり、ステップ抜けが発生している | 加速度を2000~3000 mm/s²に下げます。印刷速度を下げます。ベルトの張力を確認します。 |
| E2でTPUが送られない | ボーデン経路、またはエクストルーダーのテンションが緩すぎる | ダイレクトドライブであることを確認します(QIDI i-Fastはダイレクトドライブです)。エクストルーダーのテンションを締めます。1.75mm TPUを使用します。 |
| プライムタワーが倒れる | プライムタワーが細すぎる、またはベッドへの接着が不十分 | 直径を12mmに増やします。プライムタワーにブリムを追加します。ベッドが清潔で水平になっていることを確認します。 |
| E1とE2のZオフセットが異なる | ノズルの高さが異なる | ファームウェアでエクストルーダーごとのZオフセットを調整します。一部のファームウェアではM217 T1 Zオフセットに対応しています。 |
| ABS/HIPSの反り | プリンターが密閉されていない、またはベッド温度が低すぎる | 密閉型プリンターを使用します。ベッド温度を100°Cにします。ビルドプレートにABSスラリーまたはヘアスプレーを使用します。 |
| デュアル印刷が予想より遅い | プライムタワーと移動動作に時間がかかる | 通常 — デュアルエクストルージョンはシングルより1.5~2倍長くかかります。色の切り替えを減らして最適化します。 |
デュアルエクストルージョンの応用ヒント
ヒント1:色の切り替えを最小限にする
色を切り替えるたびに、プライムタワー、移動、パージのための時間が増え、糸引きや垂れが起こる可能性も高まります。切り替え回数が最小限になるようモデルを設計します。レイヤー内ではなくレイヤー境界で色を変更し、通常の印刷では使用する色を最大2~3色に抑えます。
ヒント2:適切なサポートインターフェースを使う
PVAサポートを使用して印刷する場合は、PVAサポートとモデルの間に、モデル素材(PLA)のインターフェース層を1~2層追加します。これにより表面が滑らかに仕上がり、PVAを取り外しやすくなります。QIDI Studioで「サポートインターフェース」を1~2層に設定します。
ヒント3:エクストルーダーごとに流量をキャリブレーションする
製造公差により、エクストルーダーごとに流量がわずかに異なる場合があります。各エクストルーダーで個別に流量キャリブレーションキューブを印刷し、寸法が正確になるまで流量倍率(Eステップ)を調整します。一般的な流量倍率は0.95~1.05です。
ヒント4:ノズルワイパーを使う
ノズルワイパーとして、プリンターのフレームにシリコンブラシまたは真鍮ブラシを取り付けます。スライサーで各エクストルーダーの切り替え前にノズルをブラシで拭くよう指示でき、ノズルから垂れたフィラメントを取り除けます。特に、糸引きや垂れが起こりやすいPETGやABSで有効です。
ヒント5:ミラーモード向けに最適化する
ミラー/複製モードでは、両方のエクストルーダーが同一の部品を印刷します。品質を最大限に高めるには:(1) 両方のノズルのZ高さを同じにします。(2) 両方に同じブランド・色のフィラメントを使用します。(3) Xオフセットをノズル間の距離のちょうど半分に設定します。(4) 両方の部品の反りを防ぐため、ブリムを使用します。
デュアル押出の印刷時間の目安
| 印刷タイプ | シングルエクストルーダーの所要時間 | デュアルエクストルーダーの所要時間 | 倍率 | 理由 |
|---|---|---|---|---|
| 2色(10回切り替え) | 2時間 | 3~3.5時間 | 1.5-1.75x | プライムタワー+移動+パージ |
| 2色(50回切り替え) | 2時間 | 4~5時間 | 2-2.5x | 切り替え回数が多いほど、プライムタワーの時間が増加 |
| PVAサポート(複雑) | 2時間 | 3~4時間 | 1.5-2x | サポート印刷+PVAの低速印刷 |
| 異種材料(PLA+TPU) | 2時間 | 3.5~4.5時間 | 1.75-2.25x | TPUは低速印刷+プライムタワー |
| ミラーモード(2部品) | 2時間(1部品) | 2.2~2.5時間(2部品) | 1.1-1.25x | 両方のエクストルーダーが同時に印刷 |
デュアル押出印刷の前に行うチェックリスト
- ノズルオフセットはキャリブレーション済みで、テスト印刷で確認されていますか?
- 両方のフィラメントが装填され、正常に押し出されていますか(E1とE2を個別にテスト)?
- PVAは乾燥していますか(可溶性サポートを使用する場合)?
- プライムタワーは有効になっており、正しく配置されていますか?
- (PETG/ABSの場合)オーズシールドは有効になっていますか?
- 非アクティブなノズルの温度は10~20°C低く設定されていますか?
- ベッドは水平になっており、両方のノズルのZオフセットは設定されていますか?
- 両方のノズルはきれいですか(焦げたフィラメントや異物が付着していませんか)?
- フィラメントスプールは絡まりなく自由に回転しますか?
- SDカードにはデュアル押出のGコード(ファイルサイズが大きい)を保存する十分な空き容量がありますか?