書籍『はじめてのM5StickC』のご紹介!記事掲載して頂きました。

【3Dプリンタ】エクストルーダーのボーデン式とダイレクト式の違いは?

先日、Ender3 V2のダイレクトエクストルーダー化を行いました。
3Dプリンタを使ってのものづくりは非常に楽しいのですが、さらに3Dプリンタ自体をカスタマイズさせたりと別の楽しみも生まれてきました。

【3Dプリンタ】Ender3 V2をダイレクトエクストルーダー化させる手順!(Titan)

フィラメントを使って造形するFDM方式の3Dプリンタには、ボーデン式ダイレクト式があります

Ender3 V2は標準ではボーデン式のエクストルーダーとなっています。
フレームに取り付けられたエクストルーダーから長いPTFEチューブを介してプリントヘッドにフィラメントが送り込まれる構造ですね。

それに対してFDM方式の3Dプリンタにはダイレクト式のエクストルーダーもあります。
こちらは私が使っているもう1台の3DプリンタArtillery Geniusとなりますが、エクストルーダーがプリントヘッドの上に取り付けられ一体化しているダイレクト式のエクストルーダーとなります。

【3Dプリンタ】Artillery Geniusレビュー!基本性能は非常に高い機種となるようです!

3Dプリンタ歴半年となりますが、この2台の3Dプリンタを使ってきてダイレクト式とボーデン式のエクストルーダーの特徴や違いなども少し分かるようになってきました。

そんなことから先日Ender3 V2のダイレクトエクストルーダー化を行ったわけですが、FDM方式の3Dプリンタのダイレクト式とボーデン式のエクストルーダーの違いについてまとめてみたいと思います。

一見するとエクストルーダー部分の位置が違うだけなので大きな違いがあるようには感じませんが、実際にはいろんな条件で出力させていると私のような初心者でもその違いは結構大きく感じられます。

【FDM方式 3Dプリンタ】ボーデン式とダイレクト式の違い!

ボーデン式の特徴!

はじめて購入した3DプリンタEnder3 V2は標準の仕様ではボーデン式のエクストルーダーとなっています。
このようにエクストルーダーがフレームに取り付けられており、そこから長いPTFEチューブを介してプリントヘッドにフィラメントが送り込まれる構造です。

このような構造のものをボーデン式のエクストルーダーといいます。

ボーデン式・ダイレクト式でそれぞれ長所・短所がありどちらがいい?とは一概には言えないのですが、まずはボーデン式のエクストルーダーの特徴はこのようになります。

フィラメントの装着が面倒

まずはフィラメントの装着が面倒な点です。
長いPTFEチューブを通してノズル部分までフィラメントを誘導する必要があり、ダイレクト式のエクストルーダーを採用した機種を使うようになるとこれが結構面倒に感じます。

プリントヘッドを軽量化できる

エクストルーダーがプリントヘッド部分と独立しているのでプリントヘッド自体の重量を軽くする事ができます。

造形中はプリントヘッドがX軸方向・Y軸方向に常に動いているわけですが、プリントヘッドとエクストルーダーが一体化したダイレクト式と比べプリントヘッドは軽くなるので受ける慣性力を小さく抑えることができます。

造形エリアを広く取れる

ボーデン式の場合、造形エリアを広く取ることが出来ます。
私のEnder3 V2はノズル上にエクストルーダーを取り付けダイレクト化させましたが、その高さ分Z方向の造形サイズは小さくなってしまいます。

またノズル横に付けた場合はX軸方向やY軸方向の造形エリアが小さくなり・・・ダイレクト式ではこのように造形エリアが小さくなってしまう場合があるのに対しボーデン式では広く取ることが出来ます。

モーターサイズが大きくなる

ボーデン式ではエクストルーダーのステッピングモーターがダイレクト式と比べ大きくなる場合が多いようです。

長いPTFEチューブにフィラメントを通して動かすため、その際のチューブとフィラメントの摩擦により送り出しには大きなトルクが必要となるためモーターが大型化する場合が多いようですね。

モーターの追従性が悪くなる

エクストルーダーからノズルまで伸ばしたPTFEチューブの長さ分フィラメントの長さがあるので、その分追従性は悪くなるようです。
TPUやナイロン系などの柔らかいフィラメントを使用する際は不利となります。

またフィラメントの押し出しや戻す動作リトラクションの設定も難しくなります。
例えばスリット形状の造形では短期間にフィラメントの押し出し戻す動作を繰り返すわけですが、糸引きが発生しやすい造形になります。

激しいリトラクションでは送り出しギアでフィラメントが削れ造形途中で折れてしまうなんてこともありました。

ダイレクト式の特徴!

次にダイレクト式のエクストルーダーです。
このようにプリントヘッドにエクストルーダーを取り付け一体化させた形状となります。

フィラメントの排出が安定する

ボーデン式のエクストルーダーと比べフィラメントの送りをガイドするための長いPTFEチューブがないため、エクストルーダーから押し出されたフィラメントを直接ノズルまで誘導する事ができフィラメントの排出が安定しやすくなります。

そのためTPUやナイロン系などの柔らかいフィラメントでもボーデン式と比べ安定感が増します。

リトラクションの反応が向上

フィラメントの押し出しや戻す動作がモーターと追従しやすくリトラクションの反応が向上します。

造形エリアが狭くなる場合がある

プリントヘッド部分にエクストルーダーが乗っているため、その分造形可能エリアが狭くなってしまう場合があります。

またエクストルーダーがプリントヘッドに乗っかっているのでその分重量が大きく増えてしまうため動作による慣性力が付きやすくなるようです。

最後に!

私が使っているような比較的安価で入手できるFDMタイプの3Dプリンタでもかなり高い精度での造形が可能となっています。

そして3Dプリンタを使うようになり半年ほどが経ちましたが、2台のタイプの違う機種を使っていると今回書いたような違いが分かるようになってきました。

ボーデン式・ダイレクト式、どちらも長所短所があり一長一短ではありますが、大きく感じた違いをまとめてみました。

ボーデン式の長所・短所
  • フィラメントの装着が面倒
  • プリントヘッドを軽量化出来る
  • 造形エリアを広く取れる
  • モーターが大型化しやすい
  • フィラメントのモーター追従性が悪くなる
ダイレクト式の長所・短所
  • フィラメントの排出が安定する
  • リトラクションの反応が向上
  • 造形エリアが狭くなる場合がある

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