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透明レジンで高い透明度を得るには?必要な後処理とは?

目次
The Printing Foundation for Clarity
The Critical Post-Processing Protocol
Engineering Guidelines and Limitations

製造および工学的な観点から見ると、クリアレジンで真の光学的透明性を実現するには、単なる造形作業をはるかに超える精密なプロセスが必要です。最大の課題は、SLAプリンタから出力された直後の部品は、微小な表面粗さや内部硬化アーチファクトによって光が散乱し、半透明状態でしかないことです。これを高透明度の部品に変えるには、厳格な多段階の後処理プロトコルが不可欠です。

透明性のための造形基盤

透明性を確保するための第一歩は、欠陥を最小化するための造形条件の最適化です。

  • 樹脂選定: 高品質で真に透明なキャスティング用または光学用レジンを使用します。標準的な「クリア」レジンはやや黄色味を帯びており、最大限の透明性を実現するようには設計されていません。

  • 造形方向: 重要な光学面で層段差(ステアステップ)が目立たないように部品の向きを設定します。角度を付けることで視覚的な層線を減らせますが、サポート痕を避ける配置とのバランスが必要です。

  • レイヤー厚さ: 層厚は可能な限り小さく(例:25〜50µm)設定します。層段差を減らすことで、光散乱の原因となる微細な階段状面を最小限に抑えます。

  • キャリブレーション: 露光時間を精密に調整します。露光不足は層間接着不良を、露光過多は「ブルーミング」や光漏れを引き起こし、形状精度や内部透明性を損ないます。

透明化のための重要な後処理プロトコル

透明度を決定づけるのは後処理工程です。以下のステップが重要です。

  1. 徹底的な洗浄: 造形後、未硬化レジンを完全に除去する必要があります。これにはイソプロピルアルコール(IPA)を用いた超音波洗浄または攪拌洗浄が推奨されます。残留レジンが硬化すると、永久的な曇り膜となります。

  2. 戦略的なポストキュア: ポストキュアは最終的な機械的特性を得るために必要ですが、同時に黄変や表面欠陥の固定化を引き起こす可能性もあります。

    • ベストプラクティス: 一部の専門家は、未硬化状態(グリーン状態)で初期研磨とポリッシングを行うことを推奨しています。柔らかく加工しやすいためです。その後、表面がほぼ完全になった段階でポストキュアを行います。または、軽く制御された短時間ポストキュアを先に実施して、研磨時の強度を確保する方法もあります。

  3. 段階的研磨(湿式サンディング): 最も労力のかかる重要工程です。層線や傷を除去し、徐々に細かい番手の耐水ペーパーで研磨していきます。

    • 粗目(例:400番)で層線やサポート痕を除去。

    • 中間番手(600、800)で滑らかさを向上。

    • 細目(1000、1500、2000番以上)で仕上げ。部品は一時的に均一な曇り状態になりますが、これは正常で、次のポリッシング準備完了のサインです。

  4. 光学仕上げへのポリッシング: ポリッシングによって曇り面を完全に透明に変えます。

    • 専用のプラスチック用研磨剤やジュエラーズルージュなどの微粒子コンパウンドを使用し、柔らかい布または低速回転のバフホイールで磨きます。

    • この工程で微細な研磨傷を除去し、光が散乱せず透過できる鏡面レベルの滑らかさを実現します。

  5. クリアコートの適用(推奨): 仕上げた表面を保護し、微細孔を埋めるためにクリアコートを塗布することを強く推奨します。高光沢のUV耐性クリアコートをスプレーまたはディップ塗装することで、透明度をさらに高め、耐久性を付与できます。

エンジニアリング上の指針と限界

  • 期待値の管理: 完璧に処理しても、3Dプリントされたクリアレジン部品が射出成形アクリルやガラスと同等の光学透明度を持つことは稀です。これは積層構造や内部硬化の微小不均一性に起因します。

  • 用途の検討: 本プロセスは、美観モデル、ライトパイプ、レンズなど、透明性が重要な用途に特に適しています。一方で、機能的な透明筐体の場合は、CNC加工によるキャストアクリルや、量産なら射出成形の方がコスト効率に優れます。

  • プロセスの標準化: 一貫した結果を得るためには、造形設定、洗浄時間、硬化時間、研磨番手など、すべての工程を記録・標準化し、再現可能なワークフローを確立することが重要です。

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