Prusa i3

Prusa i3（プルサ アイスリー）は チェコ共和国 の会社 Prusa Research によって開発されている、オープンソース の 熱溶解積層法 を用いた 3Dプリンター である。Original Prusa i3 は同社の商標である。RepRap プロジェクトの一部であり、世界で最も使われている3Dプリンターである。 Original Prusa i3 は Josef Průša によって 2012年 に設計され、2015年 にキット販売が開始された。最新モデルである Prusa MK4 (2023年5月現在) はキットと工場組み立て済みのいずれのパッケージでも購入できる。 Prusa i3 は比較的低コストである上、組み立てや改造が簡単なことから、教育だけでなく、趣味、プロフェッショナル用途として、広く世界に広まった。そして、2016年、Prusa i3 MK2 において いくつもの賞 を獲得した。 i3 シリーズは オープンソース ライセンスの下に公開されたことによって、有志の会社や個人によって、たくさんの亜種モデルが制作されている。i3 の名前はベースとなったPrusaデザインの 3番目 のバージョン (i は英単語 "iteration" より) であることを示している。 Prusa i3 MK3 とその亜種にまではi3の呼称が使用されていたが、MK4より削除されている。 Prusa Mendel Prusa Mendel (iteration 2) Prusa i3 Prusa i3 MK2 2009年に考え出された、RepRap Mendel は、3Dプリント部品と、一般入手しやすい既製部品から組み立てられるように設計されていた。既成部品には、寸切りボルト、リードスクリュー、リニアシャフト (スムースロッド)、ベアリング、ネジ、ナット、ステッピングモーター、コントロールボード、そして 熱可塑性樹脂 を溶かす "ホットエンド" などが挙げられる。(これらはプリンター自身が創り出すことができない性質から、"vitamins (ビタミン)" と呼ばれていた。) 直交ロボット 構造を持つ Mendel では、箱状の移動範囲のどこにでも材料を置くことができる。"プリントベッド" と呼ばれる、部品がプリントされる平らな板が Y軸 上を動き、残りの XZ 2軸 においてツール (プリントヘッド) の動きを制御する。このデザインは i3 シリーズの開発において一貫している。 PCB による "ヒートベッド" を開発した Josef Průša (ジョセフ・プルーシャ) は、RepRap プロジェクトにおいてコアデベロッパーであった。彼は RepRap Mendel のデザインを簡略化し、以前は 20時間 かかっていたプリント部品の製作時間を 10時間 へと短縮した。2010年9月に Průša がこのデザインを発表してから、このプリンターは Prusa Mendel と呼ばれるようになった。RepRap wiki によると、"Prusa Mendel は 3Dプリンター界のフォードモデルTである。(Prusa Mendel is the Ford Model T of 3D printers.)" と称されるほど、製造時間の短縮化は大きなステップであった。 2代目の Prusa Mendel は 2011年12月 にリリースされた。このバージョンでは、一部の部品がスナップフィットパーツに置き換えられたことで、製作やプリンターのメンテナンス時に必要とされる道具がより少なくなった。また、ステッピングモーターに取り付けられているベルトが改良されたり、LM8UU リニアベアリングが使われるなど、品質に関わる改善も行われた。 2012年5月、Průša は大きな変更を加えたプリンターをリリースした。いままでの RepRap プリンターとのように、一般的に入手可能な単純な機械部品で構成されたものと比べ、より組み立てやすい構造へと変更した。Prusa i3 デザインでは、Z軸のフレームを、寸切りボルトを三角形に組み立てて作る構造から、ウォータージェット切断 された強度のあるアルミ板を用いる構造へと変更された。この変更により、Mendel の上部サポート部を組み立てる際に必要とされる調整作業が減り、また上部寸切ボルトの廃止により剛性が向上し、プリントスピードや精度が飛躍的に向上した。ヒートベッドのある Y軸 においてはまだ M10 寸切りボルトが使用されていた。また、Prusa Nozzle と呼ばれる、シングルピースのフードセーフなステンレスホットエンドが採用された。このプリンターは 3mm フィラメントを用いてプリントを行っていた。Z軸 のリードスクリューには M8 ではなく、M5 ネジが採用されていた。 2015年、Průša は "Original Prusa i3" の名前でフルキットをリリースした。外径 1.75mm フィラメントが 3mm のものよりも多く使われていることがわかり、Průša は Prusa ノズルを廃止し、サードパーティの E3D V6- Lite ホットエンドを採用する形でエクストルーダー周りを再設計した。プリントクオリティに影響を与えるものではなかったが、彼はこれを新たに i3 1.75mm バージョンとして 2015年8月 に発表した。これを受け、オリジナルのモデルは MK0 または "マークゼロ" と呼ばれるようになり、新しいモデルは "MK1" として知られるようになった。 2016年5月には、Prusa i3 MK2 がリリースされた。このプリンターは、三つある方向軸全てにおいて、自動でジオメトリ修正を行うことができるようになった、ホビー用途において最初のプリンターである。新しく書き換えられた Marlin ファームウェア と 非接触近接インダクタンスセンサーにより、メッシュベッドレベリングが可能になっている。また、プリント容積はより大きく設定され、一体化されたオリジナルのステッピングモーターが用いられるようになった。 その他の新しい特徴としては、ポリエーテルイミド (PEI) 製のビルドプレート、Rambo コントロールボード、そして E3D V6 ホットエンドが挙げられる。また、Prusa MK2 は、Windows 10 による プラグアンドプレイ USB ID が提供された、初のRepRapプリンターである。 2017年5月、Josef Prusa は彼のブログ上で、Prusa i3 MK2S を発表し、既に注文を受けていた Prusa i3 MK2 は Prusa i3 MK2S として発送することを公表した。このバージョンで強化された点は、LM8UUベアリングの固定方法がUボルトに変更されたこと、改善されたLM8UUベアリング、よりスムーズになった各ロッド、インダクタンスセンサーの固定マウントの改良、配線方法の改良、新しいコントロールボードカバーなどである。MK2が"S"にアップグレードされて発送されると同時に、MK2所有者に向けて、これらの改善点を利用できるようにするアップグレードキットの販売が開始された。 2017年9月には、Prusa i3 MK3 がリリースされた。キャッチコピーは"bloody smart (超賢い)"。アップグレードされた機能は数多く、より強固なY軸フレーム、Bondtechドライブギアを用いた、フィラメントを両側から掴み送り込む新しい エクストルーダー、回転数モニタリング機能を持つより静かなファン、更新された レベリング センサー、"Einsy"と名付けられた新しいコントロールボード、128マイクロステップ機能を持ったより静かな ステッピングモーター ドライバー、PEI コートが施された交換可能なスチールシートとそれを保持するマグネット付きヒートベッドなどである。また、いくつかの温度センサーが追加された上、フィラメント検知センサー、電源断検知センサーなどの新しいセンサーも追加されている。MK3から、動作電圧が 12V ボルト から 24V へと変更されている。従って、全ての電子部品は 24V 対応部品へと変更されている。さらに、このプリンターでは オープンソース の Octoprint(英) が動作している Raspberry Pi Zero W へ接続可能な、専用ソケットが提供されている。これを利用すること、ワイヤレスプリントや Prusa i3 専用の Octoprint が提供される。 MK3アップデートの主な目的は、一般人にも、3Dプリンターをより簡単にし、プリントの失敗を減らすことにある。フィラメント検知センサーによって、差し込むだけでフィラメントの充填が済むようになり、プリント中に、フィラメントが詰まってしまったり、切れてしまった際には、プリントを自動的にポーズすることが可能になった。それぞれのケースにおいても、問題点が解決されるとプリントを再開することができる。また、新しいステッピングモータードライバーには、脱調によるレイヤーのずれを自動的に検知し、プリントの失敗からユーザーを保護する機能が追加されている。電源断センサーの追加されたことによって、停電 からの復活が可能になった。停電時には、電源 の コンデンサー にたまった電力を使用し、プリントヘッドを上昇させるよう設計されているため、プリントが余熱によって溶けてしまうことが防がれる。また、環境温度センサーが追加されたことによって、接触不良などによるメインボードのオーバーヒートが検知可能となった。 さらに、アップグレードされたフレームと電子部品により、最高 200 mm/s の、より速いプリントスピードが実現された。 既に MK2 や MK2S を購入済みのユーザーに向けて、MK2.5 と名付けられたアップデートキットが販売されていた。一部のアップグレードに制限されているため、これらは200ドルで提供されていた。しかし、多くのネガティブフィードバックを受け、Prusa は MK2S から MK3 への完全アップグレードを可能にする、500ドルのキットの販売を開始した。 2019年2月、Prusa i3 MK3S がリリースされた。同時に、マルチマテリアルアップグレード2S (MMU2S) がリリースされた。このアップグレードキットを導入すると、5つの異なる材料を同時に自動でプリントすることが可能になる。MK3S での変更点は、より単純化されたオプト-メカニカルフィラメントセンサー、プリントクーリングの改良、そしてエクスルトルーダーのメンテナンスの容易化などが挙げられる。 2020年11月には Prusa i3 MK3S+ がリリースされた。このモデルでは、ベッドレベリングセンサーと小規模の部品の改良が行われている。 2023年3月、Prusa MK4 と マルチマテリアルユニット バージョン 3 (MMU3) がリリースされた。このモデルの機能として Prusa XL で採用された "Nextruder" と呼ばれるエクストルーダーの採用、ロードセルベッドレベリング、モジュラー交換式オールメタルホットエンド、カラータッチスクリーン、そしてダイキャストのアルミ製フレーム、Yキャリッジ (ヒートベッドサポート)、エクストルーダーフレーム が採用された。今回採用された 32bit のメインプロセッサーボードでは、追加の安全モニタリング回路や、ネットワークコネクター、MMU3 ポート、Wi-Fi モジュールが提供される。このモデルは Prusa のローカル/クラウドモニタリングサポートを受けられる初の Mendel ベースのプリンターとなる。 0.9°ステッピングモーターの採用と、制御方法の改良 (input shaping and pressure advance) により、リンギング (ringing artifacts) と呼ばれる模様などの発生の低減を図っている。Průšaによると、これはプリントクオリティを上げる改良であり、最大速度を追い求めるものではない。input shaping と呼ばれる制御方法には、加速度センサーが用いられることがしばしばあるが、最終的にはこの部品は MK4 には採用されなかった。 発表時には、ソフトウェア部分は完成しておらず、マルチマテリアルユニットも販売準備ができていない状態だった。過去のモデルに対するアップグレードキットも、同様に準備されていない状態であった。2024年2月5日、MK3 に対するハーフアップグレードキットである、MK3.5 アップグレードが発送開始された。2024年4月まで、タッチスクリーンによる操作は公式には有効化されていなかった。 MK3Sに続き、Prusa Research では Prusa SL1 (SLAプリンター) や Prusa Mini (カンチレバーアーム型プリンタ)、Prusa XL (Core XY 型プリンタ) など、i3 以外のモデルを発表、販売している。これらのプリンターは Mendel のフレームデザインから派生したものではなく、異なるものである。 オープンソースハードウェア であり、デザインを自由に使用できるという点から、個人、法人に関わらず、世界中の多くの人々が Prusa i3 のコピー、亜種、アップグレードを、キットや完成品の形態に関わらず提供している.。これらに直接対抗するのではなく、これらのデザインの継続的な改善を追い求めることが Prusa Research の戦略である。。 2012年、Josef は彼の技術による成功に対し、チェコ の ヴィソチナ州 の 名誉学士 を受賞した。 2014年2月、彼は チェコ の『フォーブズ』のカバーとして掲載された。同誌では、"チェコにおける30人の30歳未満の知っておくべき人物の一人"として、彼をリストに入れている。 Make: Magazine による "Best Overall 3D Printer" 賞を MK2 と MK2S プリンターの両方において獲得した。 Prusa Research は、デロイト によって、中央ヨーロッパで最も急成長している会社として 2018年 中央ヨーロッパ デロイト テクノロジー Fast 50 の1位に選定された。 3D Hubs の 2018年 第3四半期 のトレンドレポートによると、 3D Hubs の有料プリントサービスでプリントされたもののうち、約35% に Prusa i3 MK2, MK2S, MK3 が使用された 。 2019年、MK3 は 3D Printing Industry社による、FFF方式のデスクトッププリンターオブザイヤーに選ばれた。 2019年、Josef は 十億チェコ・コルナ企業のトップとしてのリーダーシップを認められ、チェコのフォーブスのカバーに再度掲載された。 All3DP は 2018年に MK3 を、2020年に MK3S を、それぞれの年の "ベスト3Dプリンター" に選出した。 2020年、ニューヨーク・タイムズ・カンパニー によるレビューサイトである Wirecutter (英語) にて、MK3S と MK3S+ が "Our pick" および "Upgrade pick" として掲載された。Bambu Labs 製品によって取って代わられる 2023年 まで掲載され続けた。 Prusa i3 では 3Dプリント用フィラメントを原材料として使用してプリントが行われる。 他の RepRap プリンターと同様に、オープンソースで入手できる 修理や複製用途、あるいは改良用途で設計されたデータから、自分自身の部品をプリントすることができる。これらの部品は当初 ABS プラスチックでプリントされていたが、Prusa Research では現在ほとんどの部品に PETG を使用するようになった。Prusa Research では "プリントファーム" と呼ばれる 600台 (2021年10月時点) のプリンターを用いた工場で、Original Prusa ブランドのプリント部品を製造している。 金属フレームと組み立てられたX軸 黄色いパーツがプリント部品である 組み立てられたY軸フレーム Prusa i3 エクストルーダーとホットエンド 組み上げられた Prusa i3 Prusa i3 のデザインが初めて発表された 2012年 時点では、RepRap のプリンターは Arduino Mega などのコントローラーと、RAMPSボードを代表とする、アンプ機能などを搭載した Arduino シールドを組み合わせてつくるコントローラーがよく使用されていた。RAMBoボードといったオールインワンタイプのボードは出始めたばかりの頃であった。製品版 Original Prusa i3 では、MK2までは Mini-Rambo ボードが使用されていた。MK3 からは Einsy Rambo ボードに変更され、静音動作等の機能が使用できるようになった。MK4 では i3 シリーズ初となる 32bit ボードである xBuddy ボードが採用された。 i3 系列のすべての Original Prusa 製品では、Marlin 3D プリンティングファームウェアが採用されている。 最初のレイヤーをプリントする際、ベッドへの定着を確実なものとするため、プリント ヘッド とプリント ベッド は精確に適度な距離を保つ必要がある。多くの 3Dプリンター では、ベッドのいくつかの点において高さの調整 (ベッドレベリング "bed leveling") をユーザー自身でする必要がある。このプロセスを自動化するべく、2016年 の Prusa i3 MK2 からセンサーが搭載されるようになり、プリントベッドの異なる地点で高さを検出し、プリント時に調整が行われる、オートレベリング ("auto-leveling") という機能が追加されるようになった。 PINDA V1 - MK2/S と MINI に採用される 非接触誘導センサー PINDA V2 - MK2.5, MK2.5S, MK3, MK3S に用いられている、熱膨張補正機能をもった誘導センサー SuperPINDA - MK2.5S, MK3/S/+ に用いられている、熱に対してより影響の少ないセンサー ロードセルセンサー - MK4 に採用された接触センサー ヒートベッドの厚みやノズルの大きさにより高さが異なることがあったため、PINDA シリーズでは、Z軸のオフセット調整が必要であった。ロードセルセンサーを用いた MK4 では、これらの厚みや大きさ、ヒートベッドの熱膨張を検知し、自動的に調整がなされるように改良されている。 Prusa i3 で最も特徴的であるのは、垂直なフレームである。レーザーカッターやCNCマシンなどを用いて切り出された、鉄やアクリルによる単板型フレームや、合板や MDFボード を用いてつくられたボックス型フレーム、中には レゴ ブロックを用いて作られたフレームまである。"クローン"と呼ばれるi3プリンターでは、安価な アルミ押出材 が用いられることが多い。中国 Creality 社等に代表される i3 の亜種製品においては、ロッド&ベアリングの代わりに、アルミ押出材の上をローラーで転がす方式を用いることでコストと構造の簡略化を図られている場合がある。 通常の金属フレームの Prusa i3 アクリルフレームの Prusa Xi3 合板を用いて作られたボックスフレームの Prusa i3 メラミン樹脂ボード によりつくられたフレームをもつ Prusa i3 Prusa i3 の標準のフィラメントエクストルーダーだけでなく、材料に合わせて改良されたアフターマーケットのエクストルーダーや、マルチカラー対応のものなど、さまざまなエクストルーダーが用いられている。エクストルーダーだけではなく、MIG溶接機 やレーザーカッターなどのヘッドが取り付けられることもある。Průša自身、"MK3 Master Chef Upgrade" と呼ばれる、料理ツールとして実際に動作するいくつかの "アップグレード" をエイプリルフールネタとして2018年に提供している。 途中までプリントされたシングルカラーの部品 "infill"と呼ばれる内部の特殊な形状をもつことで、使われるプラスチックの量を削減できる ミックスカラーホットエンドを搭載した Prusa i3 によってつくられた 3DBenchy（英語版） [脚注の使い方] ^ “What's up with Original Prusa i3? – Prusa Printers” (英語). 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