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Contents
内容
以下はRepRap 3Dプリンターの主要な構成要素の一覧です。網羅的なリストではありませんが、取り組む内容を理解するのに役立つはずです。
コントローラー
コントローラーはRepRapの頭脳として機能し、動作や材料の堆積を監督します。通常はG-code形式で与えられる指令を解釈し、それをモーションコントロールシステムに対する電気信号やコマンドへと変換します。つまり、コントローラーはG-code形式の印刷ファイルを受け取り、機械の精密な動きを導いて材料を層ごとに積み上げていくことで、3Dプリントプロセスの「脳」として働くのです。
RepRapコントローラーの歴史は、とりわけAtmelマイクロコントローラー、特にArduinoによって大きく形作られました。Arduinoは3Dプリンティングへのアクセスを民主化する上で重要な役割を果たしました。オープンソースであるAtmelマイクロコントローラーは、RepRapコミュニティ内での広範な普及と革新を促進しました。ArduinoマイクロコントローラーはRAMPSシールドと組み合わせることで標準的なRepRapコントローラーとなり、愛好家や開発者にとって柔軟で利用しやすいプラットフォームを提供しました。
その後、3Dプリンティングの普及が進むにつれ、RAMPSシールドの機能は専用の3Dプリンティング制御基板に統合されていきました。Atmelの8ビットプロセッサは、より高速な32ビットプロセッサに置き換えられつつありますが、多くの使いやすさの機能が追加された一方で、基本的な中核機能の多くは変わらず維持されています。
詳細については「コントロールボードの一覧」をご覧ください。
ステッピングモーター
ステッピングモーターは、コントローラーによって正確に制御できるタイプの電動モーターです。ほとんどのRepRapは4つまたは5つのステッピングモーターを使用しています。3つまたは4つのモーターがX/Y/Z軸の動きを制御し（Z軸が2つのモーターで制御される場合もあります）、各エクストルーダーには1つのモーターが使われます。
ステッピングドライバー
ステッピングドライバーは、ステッピングモーターとコントローラーの間で仲介役を果たすチップです。モーターを動かすために送信する必要のある信号を簡略化します。
ステッピングドライバーは、ケーブルを介してコントローラーに接続された別基板上にある場合もあります。
また、小さな基板上に実装され、直接コントローラーに差し込むタイプもあります。この場合、コントローラーには少なくとも4つ（モーター1台につき1枚）の小型基板用スロットがあります。
さらに、ドライバーがコントローラーに直接はんだ付けされている場合もあります。
エンドストップ
エンドストップは、小さなスイッチを備えたシンプルな基板で、RepRapが一方向に行き過ぎたことを知らせます。通常は各軸に2つずつ、合計6つあります（ただし、多くのファームウェアには最大位置のソフトウェア設定が含まれているため、最小位置のエンドストップだけで済む場合もあります）。エンドストップは配線を通じて
- コントローラー
- ステッピングドライバーボード
のどちらかに接続されます。
軸の動き
線形拘束
一般的な線形拘束の方法には以下があります： - ボールねじキャリッジ付き硬化リニアレール - プラスチックローラー付きアルミ押出材 - リニアベアリングまたはブッシュ付きリニアロッド
ベルトとプーリー
ベルトとプーリーは高速・軽量の動作に適し、ねじロッドは低速だが力強い動きに適しています。ほとんどのRepRapは、X/Y軸の動きにはベルトを、Z軸の動きにはねじロッドを組み合わせて使います。
精度に関して最も重要なのはベルト/プーリーの組み合わせです。現在主流なのはGT2ベルトで、ステッピングモーターのシャフト径（通常5mm）に正確に合った加工プーリーとセットで使われます。
詳細は ベルトやプーリーの選び方 を参照してください。
ねじロッドとリードスクリュー
多くのRepRapはZ軸にねじロッドを使用します。Z軸は通常0.1mm単位でしか動かないため、高速移動は不要（ただし速い方が望ましい）です。ねじロッドは精度と力において十分で、RepRapには大きな力は不要ですが、CNC機械では3軸すべてに使用される場合もあります。Z軸のねじロッドはXキャリッジの重量を支えるため、高強度ステンレス製のロッドとナットを使うことが推奨されます。そうでない場合、ねじ山が早く摩耗して故障につながります。
プリントベッド
プリントベッドは、部品が造形される土台です。RepRap Darwin のように固定式の場合もあれば、X/Y/Z軸のいずれかに沿って動く場合もあります。多くのRepRapではベッドはY軸方向に動きますが、Z軸方向に動くものもあります。ベッドは通常、上プレートと下プレートの2枚で構成されています。
上プレート
上プレートはスプリングを介して下プレートに取り付けられています。スプリングによって、調整ネジを使って水平を出すことができます。また、おそらく設計上、誤ってプリントヘッドを押し付けてしまったときに少し逃げるようになっているのだと思われます。上プレートは加熱される場合もあれば、されない場合もあります。通常はPCB基板または金属で作られています。加熱式の場合、その上にガラス板が置かれ、バルドッグクリップで固定されるのが一般的です。上プレートには造形面としてテープが貼られることが多く、押し出されたプラスチックをベッドに密着させ、完成後に部品を取り外しやすくする役割を果たします。よく使われるテープは、ブルーペインターテープとカプトンテープの2種類です。
下プレート
下プレートは「フロッグプレート」と呼ばれることがあります。これは、初期のMendelの下プレートがカエルのように見えたためです。下プレートは上プレートを取り付けるための堅固な土台を提供します。ベッドがいずれかの軸に沿って動く場合、下プレートはベッドを動かす機構に直接接続されます。Y軸の場合は通常ベルト、Z軸の場合は通常ねじロッドが使われます。
ヒートベッド
プリントベッドは、RepRapがプラスチックを押し出して積層し、部品を形成していく場所です。ヒートベッドはRepRapにおいてオプションの部品と見なされることもありますが、長期的に運用するうえでは必要不可欠な要素となることが多いです。なぜなら、ヒートベッドがないと部品が冷えすぎてしまい、角が反ってしまったり（冷却による収縮のため）、造形途中でプリントベッドから部品が剥がれてしまい、印刷が台無しになることがあるからです。ヒートベッドは台所用トースターと同じ原理で動作しており、温度センサー付きの大きな抵抗体にすぎません。
参考:
エクストルーダ
エクストルーダーはフィラメントをノズルに送り込み、それを溶かしてベッド上に堆積させ、部品を造形する役割を担います。かつてはエクストルーダーを「コールドエンド」と呼ぶ人もいましたが、現在ではあまり使われなくなっています。エクストルーダーはフィラメントをホットエンドに送り込む部分であり、ホットエンドがフィラメントを溶かしてベッドに堆積させます。
通常、エクストルーダーはサーマルブレイク、断熱材、またはボーデンチューブを介してホットエンドと接続されています。この部分はフィラメントを確実に通すのに十分な剛性と精度を持ちながら、熱の伝達をできるだけ防ぐ必要があります。材料としては、PTFEライナー付きのPEEK樹脂、ステンレス製の支持材を備えたPTFE、あるいはそれらを組み合わせたものが一般的です。
また、ホットエンドとコールドエンドを長いチューブで分離した ボーデンエクストルーダー も存在します。ボーデンエクストルーダーは軽量であるため、より高速に動作します。
やや混乱しやすい点として、人々はコールドエンド自体を「エクストルーダー」と呼ぶこともあります。しかし実際には、それはエクストルーダー機構全体の半分にすぎません。コールドエンドはフィラメントを機械的にホットエンドへ送り込み、ホットエンドがそれを溶かすのです。
代表的なコールドエンドには以下があります：
ホットエンド
ホットエンドは、プラスチックフィラメントを溶かして押し出すという難しい作業を担うため、3Dプリンターの中で最も複雑な部分といえるでしょう。一般的にホットエンドは金属製のケースで構成され、次の要素を備えています：
電子回路はサーミスタを通じて温度を監視し、PWM（パルス幅変調）などの方法で供給電力を変化させることで温度を上げ下げします。
ホットエンドの比較については以下を参照してください：
材料
フィラメント
一般的に、人々が使用するフィラメントはABSかPLAの2種類のいずれかです。ABSは溶けると強い臭いを発し、反りやすいものの比較的強度があります。一方、PLAはワッフルのような香りがすると言われ、生分解性があります。ABSの煙は健康に有害です。ABSは壊れる前に曲がる性質がありますが、PLAは比較的脆いです。したがって、繊細な構造用途にはPLAを使用すべきですが、それ以外の用途ではABSが理想的です。
