3DプリンターのABSフィラメント完全ガイド

3Dプリンター用ABSフィラメント材料とは

3Dプリンター用材料の中で、最も一般的な樹脂素材がABSフィラメントです。ABSフィラメントは、耐久性や耐熱性に優れ、粘り強い性質を持っていることから、プロトタイピングから治具・工具、更には最終品まで非常に幅広い用途で使用される3Dプリンター用材料です。

また3Dプリンター用材料としては最も初期からあるフィラメント材料で、さまざまなFDM (熱溶解積層法)3Dプリンターで使用されます。特にデスクトップ型の3Dプリンターが登場してからは、最も安定して使用されるフィラメント材料です。

そこで、今回は3Dプリンター用ABSフィラメント材料について、できることや作れるもの、特長や特性、更には代表的なおススメのABSフィラメントについて、幅広くご紹介したいと思います。

またABSフィラメントを使用する際の注意点にも触れ、造形でお困りの方やミスプリント時の対策の一助につなげて頂ければと考えております。

3Dプリンターを使用するすべての方々がより良いモノづくりができるようになれば幸いです。

3Dプリンター用ABSフィラメント

3Dプリンター用ABSフィラメントの強みと弱み

最初に3Dプリンター用ABSフィラメント材料の強みと弱みについて簡単にその特長をご紹介します。

ABSフィラメントの強み

優れた機械的特性:

ABSフィラメント材料の最大の強みは、優れた機械的特性です。安価である上に、強度や耐久性にすぐれています。特に、耐衝撃性、耐摩耗性、引張強度、靭性・曲げ疲労性が高く、耐熱性にも優れています。またキズなどもできることが少なく、「消耗品」に最適です。

プリント適正:

ABSフィラメントは、正しい設定と適切な温度、湿度管理を行うことで優れたプリント適正を発揮します。大きい造形モデルでなければ層間接着性もよく、綺麗な造形ができます。また、一般的にサポート材がつくとされる45℃の角度まで作ることもできます。

後加工が簡単:

ABSフィラメントの強みとして、造形後の後加工が比較的容易です。表面の研磨や接着、塗装なども対応しています。またアセトンを使用すれば表面を加工することもできます。

ABSフィラメントの弱み

温度管理:

ABSフィラメントは、プリント時に適切な温度管理が求められます。温度設定が適切ではないと、層間接着性が悪くなったり、造形モデルに日々が入る場合があります。そのため、造形プレートの加熱や周囲が密閉された3Dプリンターでの使用をおススメします。

反り:

ABSフィラメントの最大の欠点、弱みが造形中の“反り”です。ABSフィラメントは熱収縮性が高く、造形時に3Dプリンターの種類によっては形状が反ってしまいます。この“反り”については、PolyBoxなどの吸湿ボックスを使用するなど、常に乾燥させる対策が必要です。反りについてはのちにその症状と対策についてご紹介します。

耐候性に弱い:

ABSフィラメントは、直射日光などにはあまり強くありません。耐候性や野外での使用を想定する場合には、耐候性が強化されたASAフィラメントや、PETなどが最適です。

臭い:

ABSフィラメントの課題として、造形中に独得の臭気がします。

ABSフィラメント材料の特性一覧

耐久性:長く劣化せずに安定して使用することができる。
耐熱性:高温の環境(70℃~100℃程度)での環境にも強い。
耐衝撃性:衝撃などに強い特性を持つ。
耐薬品性:酸やアルカリなど薬品による変化が少ない。
引張強度:引っ張った時にも破れにくい。
靭性・曲げ疲労性:ねじったり曲げたりした時にも壊れにくい。

3Dプリンター用ABSフィラメントでできること

まずはじめに、ABSフィラメントでできることをご紹介します。ABSフィラメントは、FDM®(熱溶解積層法)タイプの3Dプリンターの材料として幅広い用途に使うことができます。

製品開発の効率化:リードタイムの短縮

ABSフィラメントでできることの第一として、製品開発の効率化があげられます。具体的には製品開発にかかるリードタイムの短縮です。

一般的な製品開発の工程では、製品企画からデザイン案が起こされ、モックアップやコンセプトモデルなどの試作品が作られます。試作品の検証では、機能や形状が何度も検討され、改良やブラッシュアップが行われます。

従来、この試作品の検証工程では、切削加工によって行われるのが一般的でしたが、ABSフィラメントで試作品を作ることで、切削加工よりも早く検証と改良を行うことができます。

大体切削加工の場合に1週間から数週間程度かかりますが、3DプリンターとABSフィラメントであれば数時間から数日で設計データからアウトプットすることが可能です。

リードタイムの短縮によって、よりスピーディに製品開発が進められ、更にはデザインの検証に時間を注力することができ、製品の精度を高めることが可能となります。

製品開発の効率化:コスト削減

第二に、3DプリンターでABSフィラメントを材料として使用することで材料代などのコスト削減効果があります。切削加工で試作品をつくる場合、ブロック状の樹脂を削り出して物体にすることから、ブロックごとの材料費がかかります。

しかし、3DプリンターとABSフィラメントであれば、必要な分だけ使用することから材料コストの削減にもつながります。

パーツの軽量化

ABSフィラメントを使ってできることとして、パーツの軽量化を実現できます。ABS樹脂は粘り強い靭性に優れ、耐久性や耐熱性も高いことから、金属パーツの代わりの素材として使用されるケースもあります。

その場合、耐久性を保ったまま、金属よりも軽く、扱いやすくすることが可能です。

カスタマイズ

ABSフィラメントと3Dプリンターを使うことで、カスタマイズも容易です。例えば試作開発の現場で、微妙に形状が異なるデザインを見たい場合にも、3Dプリンターならば柔軟に作ることが可能です。

オンデマンド製造

ABSフィラメントは優れた物性から最終パーツも作ることが可能です。3Dプリンターであればデータで管理することができ、必要に応じてオンデマンドで作ることができます。余分な在庫を持つ必要もなくビジネスを効率化してくれます。

3Dプリンター用ABSフィラメントで作れるもの

3Dプリンター用ABSフィラメントでは、さまざまなものを作ることができます。ここでは具体的な作れるものについてご紹介します。

試作品(プロトタイプ)

3Dプリンターの最も一般的な用途がプロトタイピングでの利用です。3Dプリンターを使った試作品開発は“ラピッド・プロトタイピング”といわれ、3DCADデータから物体を迅速に作りだすことを指します。

ABSフィラメントは物性や豊富なカラーバリエーションから迅速な試作品づくりに最も適している材料の一つです。

3Dプリンター用ABSフィラメント

冶具・工具・取付具

ABSフィラメントで作れるものとして、治具や工具などでの利用があります。治具とは加工や組立、検品などを行う際に、部品や工具の位置を決めて固定したり誘導したりする道具のことです。

治具には主な機能として、“とめる”機能が求められ、しっかりと固定する強度や耐久性が必要です。

こうした点から強度や耐久性、靭性に優れるABSフィラメントの作製にも利用ができます。また、ボルトナットやネジなどの工具類にも最適です。

3Dプリンター用ABSフィラメント

機能性プロトタイプ

ABSフィラメント材料の用途として、その特性が最も活かされる使い方が機能性プロトタイプの作成です。機能性プロトタイプとは、外観だけのモックアップとは違い、機能性を持ったプロトタイプです。

例えば、ABSフィラメントの特性の一つである耐久性や靭性などは、駆動性などを持つ機能性プロトタイプに最適です。また耐衝撃性などは、カバーや筐体などの機能性テストに最適といえるでしょう。

この機能性プロトタイプは、最終品を作る前の物性試験(繰り返し落下させたり、反復動作を何度もさせたりなどの)にも使えますし、デザインや形状の検証などにも利用することができます。

3Dプリンター用ABSフィラメント

最終品パーツ

ABSフィラメントは場合によっては最終パーツを作ることもできます。ABSフィラメントは強度と耐衝撃性、靭性などがある材料なため、強靭なパーツを作ることがっできます。

3Dプリンターの製造での利用は“ラピッド・マニュファクチャリング”と言われ、3DCADデータから迅速にパーツを製造することができます。最終品の製造は、クラウド製造や分散製造という新たな生産体制を開きます。

3Dプリンター用ABSフィラメント

3Dプリンター用ABSフィラメントの種類

ABSフィラメント材料が使用できる3Dプリンターは、FDM(熱溶解積層法)タイプの3Dプリンターです。FDM(熱溶解積層法)は、加熱すると柔らかくなり、冷えると固まる性質を持つ熱可塑性樹脂を材料とする3Dプリンターです。

ABSフィラメントはFDM(熱溶解積層法)3Dプリンターの中でも最も一般的な材料になります。

家庭用(低価格)3DプリンターのABSフィラメント

ABSフィラメントは、FDM(熱溶解積層法)3Dプリンターの特許が失効することで安価な家庭用(低価格)3Dプリンターでも利用することができます。

低価格3DプリンターのABSフィラメントは、主に2種類、3Dプリンターメーカーが提供するものと、フィラメントメーカーが提供するものに分かれています。

PolyLite ABS 1kg(PolyMaker)

PolyLite ABSは、フィラメントメーカーとして有名なPolyMkaerのABSフィラメント材料です。PolyMakerはフィラメント専用メーカーとして、独自ノズル詰まりを防止するテクノロジーで高品質なフィラメント材料を作っています。

PolyLite ABSは、ABSフィラメント材料の注意点である反りを防止し、また独得の臭気を抑えることに成功したフィラメント材料です。

また高品質でありながら、1㎏で4,479円(税込み)というお手軽な価格で利用することができます。

PlyLiet ABSのスペック

  • カラー:ホワイト、ブラック、レッド、ブルー、グレー、オレンジ、グリーン、ティール、パープル、イエロー
  • 重量:1 Kg
  • フィラメント径:1.75 mm ±0.05 mm
  • プリント温度:245℃~265℃
  • プリントスピード:40mm/S~90mm/s
  • プリントベッド温度:80℃~105℃
  • 価格:4,479円(税込み)

Afinia専用 バリューABSフィラメント 1kg 

デスクトップタイプの3DプリンターAfinia専用のABSフィラメント材料の中でも手頃な価格で利用できるのが、バリューABSフィラメントです。こちらもABS樹脂の特性である強度と耐久性を再現したフィラメントです。

Afinia バリューABSフィラメントのスペック

  • カラー:ホワイト、ブラック、レッド、ブルー、イエロー、グリーン、ゴールド、蛍光グリーン、グレイホワイト、ナチュラル、オレンジ、ピンク、パープル、シルバー、透明
  • 重量:1㎏
  • フィラメント径:1.75mm
  • 交差:±0.1mm
  • 推奨プリント温度:210℃~250℃
  • 推奨プリント速度:15 mm/s
  • 造形プレートの加熱:90℃
  • 価格:6,264円(税込み)

Afinia専用プレミアムABSフィラメント 1kg

デスクトップタイプの3DプリンターAfinia専用のABSフィラメント材料で、おススメなのがプレミアムABSフィラメントです。

プレミアムABSフィラメントは、強度と耐久性を更に向上させただけではなく、造形後の後処理で課題となっていた、サポート材の着脱などをより剥がしやすくし、運用面でのユーザービリティを飛躍的に向上させたABSフィラメントです。

Afinia プレミアムABSフィラメントのスペック

  • カラー:ホワイト、ブラック、レッド、ブルー、イエロー、グリーン
  • 重量:500g×2
  • フィラメント径:1.75mm
  • 交差:±0.1mm
  • 推奨プリント温度:260℃~270℃
  • 推奨プリント速度:15 mm/s
  • 造形プレートの加熱:90℃
  • 価格:10,260円(税込み)

Afinia プレミアムプラスABSフィラメント 1kg

デスクトップタイプの3DプリンターAfinia専用のABSフィラメント材料で、大きい造形モデルを作るために開発されたのがプレミアムプラスABSフィラメントです。

ABSフィラメントの課題である反りは、大きい造形モデルを作るときに発生しやすいですが、プレミアムプラスABSフィラメントは、フィラメントの粘着力を高めることで、反りを最小限に抑える特性を身につけ、造形中のラフト剥がれを防止します。

AfiniaプレミアムプラスABSフィラメントのスペック

  • カラー:ホワイト、ブラック、レッド、ブルー、イエロー、グリーン
  • 重量:1㎏
  • フィラメント径:1.75mm
  • 交差:±0.1mm
  • 推奨プリント温度:260℃~270℃
  • 推奨プリント速度:15 mm/s
  • 造形プレートの加熱:90℃
  • 価格:10,260円(税込み)2-2-3. ABS(UP専用)

業務用と家庭用(低価格)3DプリンターでのABSフィラメントの違い

業務用のハイエンド3Dプリンターと、家庭用の低価格3DプリンターのABSフィラメントの違いは3Dプリンターの精度によって異なります。

最近では家庭用(低価格)3Dプリンターでもそこそこの性能の機種が登場しています。

造形安定性

ストラタシスの3Dプリンターでは、造形を安定させるためにさまざまな機能が施されています。

造形部分が密閉されており、造形プレートやプリンターの内壁を加熱することによって、ABSフィラメントの不具合としてたびたび起きる“反り”などが起きないような仕掛けが施されています。

その一方で、安価な家庭用(低価格)3Dプリンターは、機種によって性能が異なり、安定性は劣ります。

AFINIAシリーズやUPシリーズはデスクトップタイプでありながら造形プレートの加熱などが可能で、積層跡が目立たない高品質な造形が可能です。

サポート材の取り外し

高精度なハイエンドと安価なFDM(熱溶解積層法)3Dプリンターの最大の違いの一つが、サポート材の取り外し安さです。

ストラタシスのABSフィラメントは、全て水で簡単に溶ける水溶性サポート材でプリントするため、造形後のサポート材の取り外しがとても簡単です。

また、簡単にサポート材が取れることで、造形モデルそのものを痛めることなく取り外しが可能です。

その一方で、安価な家庭用(低価格)3Dプリンターの多くが、サポート材を取り外すのが大変です。

しかし、デュアルヘッドのようにノズルが2本ついている場合は、一つのノズルをサポート材専用にすることで取り外しやすくできます。

その一方で、機種によっては造形モデルとサポート材が一体化してしまい、造形ごとにストレスになります。上記でご紹介したAFINIAシリーズやUPシリーズはサポート除去も純正材料であれば最適化されているため取り外しが容易です。

3Dプリンター用ABSフィラメントの反りと対策

ABSフィラメント材料は汎用性に優れさまざまな用途がある一方で、3Dプリントする際にはいくつかの注意点があります。特に、安価な家庭用(低価格)3Dプリンターで使用する場合にはいくつか注意点があります。

3Dプリンター用ABSフィラメント 反り

反りとは?

反りとは、FDM(熱溶解積層法)の3Dプリンターで起きる不具合の一つで、造形モデルの四方が反ってきてしまう減少です。

これはプラスチックが持つ熱収縮性によるもので、とくにフィラメント材料を加熱して柔らかくし積層するFDM(熱溶解積層法)3Dプリンターでおきる典型的な不具合です。

FDM(熱溶解積層法)3Dプリンターではフィラメント材料がノズルを通り、加熱されて柔らかくなり積層後に自然に冷却されて固まるという造形プロセスをとりますが、プラスチック材料は冷却時に収縮して固まるという特性を持っています。

この収縮する特性を熱収縮性といい、ABSフィラメントは、この縮小性が大きいため、造形モデルの四方が収縮によって引っ張られて反りかえってしまう現象が起きることがあります。

反りが出やすい造形モデルとは

この反りですが、造形モデルの形状やサイズ、プリント方向などによって異なりますが、一般的に大きい造形モデルで起きやすく、モデルの端が剥離してしまう場合があります。

反りを防止する方法

ABSフィラメントで反りを防止するためには、いくつかの方法があります。ここではその具体的な方法についてご紹介します。

造形プレートを綺麗に清掃する

第一に、基本的な前提条件として、造形プレートを綺麗な状態に保つことが必要です。ほこりや、脂、また前回のプリント時の残留物などが無いか確認し、汚れているのであれば清掃します。

清掃にはペーパータオルとイソプロピルアルコール(IPA)、IPAが使用できない場合にはエタノールなどの消毒液を使って造形プレートを綺麗にふき取ります。

フィラメント除湿ボックスを使用する

フィラメント材料は、吸湿性があるため十分に除湿されていない空間や、湿気が多い空間に長期間置いておくと、空気中の水分を吸収してしまい、溶着力が弱くなり、反りが起きやすくなります。

そのため、日常からフィラメント材料を乾燥剤と共に保管するなど除湿された空間で保管する必要があります。

PolyBox

フィラメント材料の保管では、PolyMakerが発売しているPolyBoxがおススメです。フィラメント材料を2本まで収納可能で、常に低湿度に保つことができます。

また、除湿したボックスから3Dプリンターにセット可能なため、ABSフィラメント材料を使用する場合にはおススメです。

3Dプリントする環境を除湿する

第二に、反りを防止する基本的な設定ですが、3Dプリンターを使用する環境を十分除湿し、湿気を無くした状態にすることが必要です。

上記のフィラメントの吸水性にも影響を与えるため、なるべく湿度が排除された一定の環境にすることが必要です。

造形プレートの加熱

3Dプリンターの種類によって異なりますが、第一には造形プレートの加熱と密閉を行うことで、ABSフィラメント材料の反りを防止することができます。

造形プレートが十分加熱されることで、押出ノズルからプリントされる際にしっかりとくっつくため、反りが防止されます。

造形プレートの加熱はABSフィラメントの接着を安定させるのに効果があり、プリントベッド温度を大体90℃~110℃程度に設定を行います。

上記でご紹介したAFINIAシリーズやUPシリーズは密閉と造形プレートの加熱が可能です。

ノズル温度の設定

同時に押出ノズルの温度を最適化します。一般的にABSフィラメントのノズル温度は、210℃~230℃、場合によっては260℃まで必要です。

あまりにノズル温度が高すぎると、造形プレートであるベッドとの温度差が大きくなり、硬化する際の熱収縮が大きくなってしまうため、反りを起こしやすくなります。

ABSフィラメントの種類によって温度も異なるため、大体5℃ずつ微調整を行い、最適な設定を探ります。

密閉する

造形中の3Dプリンターをしっかりと密閉し、熱を逃がさないで一定の環境にすることが反りを防止することにつながります。上記でご紹介したAFINIAシリーズやUPシリーズは造形部分が筐体に覆われているため、密閉されています。

積層用造形シートを使用する

FDM(熱溶解積層法)の反りを防止するための造形シートを使用する方法もあります。この積層用シートは、フィラメントのくっつきをよくし、反りを防止する効果があります。

最近では、3Dプリンターメーカーや、ポストイットで有名な3Mなどが開発するシートがあります。

プリント方向を変える

反りは、造形モデルのサイズによって起きやすくなります。先にご紹介したように大きいモデルは反りが起きやすくなるため、プリント方向を変えるのも一つの方法です。

なるべく造形プレートとの設置面積が少ない方が反りが起きにくくなります。

造形モデルを分割する

場合によっては造形モデルを分割してプリントし、造形後にアッセンブルする方法もあります。

まとめ:手頃な価格で高い汎用性で、いろいろな造形に最適

ABSフィラメントは、最も安価で使い方も正しく使用すれば驚くほど正確にさまざまな用途に使用することができる材料です。プロトタイピングから治具、工具、更には最終品の製造まで、ものづくりの可能性を大きく広げてくれることでしょう。

2019.6.14 投稿者:i-maker

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