3Dプリンターのスライサーを開くと、ノズル径、線幅、積層高さ、壁の数など、似たような数値がずらりと並びます。どれも「なんとなく初期値のまま」で使えてしまうため、壁が薄く隙間だらけになったり、思ったより印刷時間が延びたりしても、原因に気づきにくいものです。この記事では、ノズル径を基準にして線幅・積層高さ・壁厚がどう関係しているかを整理し、精度と時間のトレードオフを数値で確認します。
基本の考え方:ノズル径が基準になる
溶けた樹脂は、ノズルの穴から押し出されたあと、前の層に押し付けられて横に少しつぶれた形になります。そのため、出来上がる線の幅はノズル径と同程度か、やや広い値になり、高さ(積層高さ)はそれより小さくなります。一般的な目安は次の通りです。
- 線幅:ノズル径の100〜120%程度
- 積層高さ:ノズル径の25〜75%程度
0.4mmノズルなら、線幅は0.40〜0.48mm、積層高さは0.10〜0.30mmの範囲に収まります。0.6mmノズルなら積層高さは0.15〜0.45mmです。これらは広く使われている目安であり、材料やスライサー、機種によって最適値は変わります。積層高さを上限近くまで厚くすると、層の冷え方や押し付けの具合によっては接着が落ちることがあり、下限近くまで薄くすると、わずかな押し出しムラが目立ちやすくなります。
壁厚は線幅の整数倍にそろえる
壁(ペリメーター)は、線を横に並べて作られます。つまり壁厚は「周数 × 線幅」で決まり、線幅の整数倍の値しか素直には作れません。必要な周数は、目標の壁厚を線幅で割って切り上げれば求まります。
例として、線幅0.45mmで壁厚2mmを狙う場合を考えます。2 ÷ 0.45 = 約4.44なので、4周では1.8mm、5周では2.25mmになり、ちょうど2mmは作れません。中途半端な値だと、スライサーは隙間を詰めて線幅を調整したり、細い線で埋めたりします。結果として、表面に筋が出たり、細い線が途切れて強度が落ちたりする場合があります。
対策は2つです。1つは設計側を合わせる方法で、壁厚を1.8mm(4周)か2.25mm(5周)に変えます。もう1つは線幅側を合わせる方法で、線幅を0.4mmにすれば5周でちょうど2.0mmになります。薄い壁の例では、1.2mmは線幅0.4mmの3周でぴったりですが、線幅0.45mmだと約2.67周となり、3周なら1.35mmです。強度が必要な部品では、寸法を決めたあとでスライサーの線幅も確認する癖をつけると失敗が減ります。
高さも積層高さの整数倍に
同じことが高さ方向にもいえます。モデルの高さ30mm、最初の層0.2mmのとき、層数は「(高さ − 最初の層) ÷ 積層高さ」を四捨五入して1を足した値になります。いくつかの積層高さで計算すると次のようになります。
- 0.2mm:150層で、できあがりは30.0mm
- 0.15mm:200層で、30.05mm
- 0.25mm:120層で、29.95mm
- 0.28mm:107層で、29.88mm
0.28mmのように割り切れない値だと、120μm(0.12mm)近くずれます。はめ合いのある部品では無視できない差です。重要な高さは、最初の層を除いた部分が積層高さの整数倍になるよう設計してください。
印刷時間への影響:薄くすると何倍になるか
印刷時間の考え方は単純で、ノズルから1秒に押し出せる体積(体積流量)が基本になります。体積流量は「線幅 × 積層高さ × 速度」で、造形する体積をこれで割ったものが理想的な時間です。実際には加減速や移動があるので、実効率で割って延ばします。
体積25cm³(インフィル込み)、線幅0.45mm、速度60mm/秒、実効率65%を例にします。積層高さ0.2mmなら、体積流量は 0.45 × 0.2 × 60 = 5.4mm³/秒、理想時間は25,000 ÷ 5.4 = 約4,630秒(約77分)です。実効率65%で割ると約7,123秒、つまり約119分(約2時間)になります。
積層高さだけを変えると、0.1mmで約237分(約4時間)、0.3mmで約79分です。時間はほぼ積層高さに反比例します。ただしこれは速度が一定という前提です。現実にはホットエンドが溶かせる流量に上限があるため、層を厚くすると速度を落とさざるを得ない場合があり、短縮効果は計算より小さくなることがあります。
線幅は設定値どおりに出るとは限りません。たとえば体積流量4mm³/秒、速度50mm/秒、積層高さ0.2mmだと、線の断面積は 4 ÷ 50 = 0.08mm² です。断面の両端が丸い小判形だと仮定して線幅に直すと約0.443mmで、0.4mmノズルの100〜120%(0.40〜0.48mm)に収まっています。同じ条件で速度だけを30mm/秒まで落とすと流量過多になり、線幅は目安の上限を超えて壁が膨らみます。寸法がきつい、または緩いと感じたら、流量と速度の関係から疑うのが近道です。
精度と時間のトレードオフを決める基準
- 外観を見せる曲面や小さな文字:積層高さを下げる(0.4mmノズルなら0.1〜0.15mm)
- 試作品や治具、中身が見えない部品:積層高さを上げる(0.25〜0.3mm)
- 強度が必要な部品:薄すぎても厚すぎても層間の接着に響くことがあるので、まず中間くらいの積層高さ(0.4mmノズルなら0.2mm前後)で試し、材料と機種に合わせて調整する
- 細かいディテールが多いモデル:ノズル径そのものを小さくする
ノズル径を大きくすると線が太くなり、速く造形できますが、細部は潰れます。逆に小さいノズルは細部が出る代わりに、時間が大きく延びます。「1回きりの試作は速く、完成品だけ丁寧に」と使い分けるのが現実的です。
関連ツールの使い方
推奨範囲の確認はノズル径計算機、実際の線幅の逆算は線幅計算機、層数と造形高さのずれは積層高さ計算機で行えます。壁厚の周数は壁厚計算機、時間の見積りは印刷時間計算機が使えます。
まとめ
ノズル径を基準に、線幅は100〜120%、積層高さは25〜75%が目安です。壁厚は線幅の整数倍、高さは積層高さの整数倍にそろえると、きれいに積層されます。時間は積層高さにほぼ反比例しますので、見た目が大事な部分だけ薄くする判断をしてください。