3Dプリンター用 ABSライク樹脂(レジン)

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)とは

3Dプリンター用の材料には、熱可塑性樹脂であるABS樹脂の物性を再現したABSライク樹脂(レジン)があります。この材料はABS樹脂の強度と耐久性、耐熱性を再現したUV硬化レジンです。

ABS樹脂は、工業製品に多用されているプラスチック素材で、家電製品の筐体や治具、さまざまな機能性があるパーツに使用されています。

ABSライク樹脂(レジン)は、本物のABS樹脂の特性を再現することで、最終品に近い機能やデザインを持つプロトタイプをつくることができます。

また、治具や工具といった耐久性が求められるツール、しっかりとした組立が求められるアッセンブルモデルに最適です。

ABSライクレジン

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)の特長

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)は、本物のABS樹脂に近い特性を持っています。

強度と耐久性、耐衝撃性にすぐれ、曲げ強度や引張強度に優れています。またFDM(熱溶解積層法)の3DプリンターとABSフィラメントに比べて、滑らかで高精細な仕上がりが可能です。

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3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)の特性

  • 本物のABS樹脂の特性を再現
  • 耐久性に優れる
  • 耐衝撃性に優れる
  • 曲げ強度や引張強度を持つ
  • 滑らかで高精細な仕上がり

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)でできること

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)では、さまざまなことができます。本物のABS樹脂の機能や見た目を表現した試作品や、機能性プロトタイプ、治具などを作ることができ、製品開発を大きく効率化してくれます。

試作品の精度向上

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)は、ABS樹脂が持つ強度、耐久性、耐熱性を物理的に再現していることから、見た目だけではなく機能性もABS樹脂さながらの試作品をつくることができます。

特にABS樹脂は、粘りがあって強靭な機能が求められるパーツに使用されるため、試作段階で検証できることで、製品開発の精度が向上します。

また、ABSライク樹脂(レジン)が使用できる光造形(SLA)3Dプリンターは、滑らかで高精細な仕上がりが可能なため、デザインの検証にも最適です。

製品開発のリードタイムを短縮

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)で試作品をつくることで、製品開発のリードタイムを大きく短縮することができます。ABS樹脂の試作は、従来切削加工で行われてきましたが、外注による切削だと数週間から数カ月の期間がかかります。

しかし、ABSライク樹脂(レジン)が使える光造形(SLA)3Dプリンターであれば数時間から数日で試作品をつくることができます。また、高精細で滑らかな仕上がりができるため、後加工も不要です。

製品開発のコスト削減

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)で試作品を作れば、コストの削減につなげることができます。切削加工では、ブロック状のABS樹脂を削り出して造形するため、ブロックごとの材料費がかかります。

しかし、光造形(SLA)3Dプリンターでは、必要な分のABSライク樹脂(レジン)しか使用しないため、コスト削減にもつながります。

複数生産に適している

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)はUV硬化レジンです。光造形(SLA)3Dプリンターは、UV硬化レジンにUV光を照射して液体から固体に造形します。

その際、UV硬化レーザーが高速で照射されるため複数の造形物を一度に作っても倍にはなりません。例えば1時間が1.1時間や1.2時間程度、1.5時間のように増えます。 

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)で作れるもの

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)では、ABS樹脂の機能を再現した機能性プロトタイプから治具・工具、最終パーツまで、幅広いものがつくれます。

機能性プロトタイプ

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)は、機能性試験用のプロトタイプに最適です。特に本物のABS樹脂の機能が再現されているため、強度や靭性、耐久性などを備えており、ABS樹脂の最終品に近い性能を再現することができます。

試作品の段階から物性試験(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)を行うことができ、デザインや形状の検証と同時に機能の検証を行うことができます。

また、パーツ同士を組み合わせて動かすアッセンブルモデルやワーキングモデルの構築に使用することができます。

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治具・工具・取り付け具

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)の代表的な用途の一つが、治具や工具です。治具や取り付け具、工具は生産工程のうちの組み立てや検品などの際に使う道具のことで、パーツを固定したり、取り付けたりする目的で使用します。

そのため、固定するパーツにあったカスタマイズ性と、しっかりととめる機能が求められ、ABSライク樹脂(レジン)の持つ、強度や耐久性は最適です。またボルトやナットのような工具もつくることができます。

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最終パーツ

ABSライク樹脂(レジン)は最終用パーツにも使用することができます。強度や耐衝撃性に強いその特性から、工業用パーツとしても利用されます。

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3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)の種類

ここでは代表的な3Dプリンター用のABSライク樹脂(レジン)としてFormlabsのタフレジンを御紹介します。

タフレジン(Formlabs)

FormlabsのタフレジンはABSライク樹脂(レジン)の代表的な材料です。FormlabsのForm2は全世界で4万台も販売されていることから、タフレジンも非常に幅広い用途で使用されています。

また、新たに登場したForm3Form3Lは、光造形 3Dプリンターの進化形であるLFSテクノロジーを搭載し、大きな注目を集めています。

タフレジンは熱可塑性樹脂のABS樹脂の物性を再現して作られた材料で、強度と柔軟性を兼ね備え、高応力や重圧に耐えられるように設計されています。

特に最終品に匹敵する見た目と機能が試すことができ、機能性プロトタイプや治具・工具、アッセンブルモデルなどに最適です。

また、Formlabsのタフレジンでは、プリント後に切削などの機械加工を施すことも可能です。 

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タフレジンが向いているもの

  • 高応力コンポーネント
  • スナップフィット
  • ABS樹脂のような高強度・靭性が求められるプロトタイプ
  • 重圧の掛かる環境下で幾何学的な精度が求められるプロトタイプ

タフレジンが不向きなもの

  • 非常に細かい造形や薄い壁
  • 鋼性の高いプリント
  • 高温環境での使用
  • 一定負荷

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)のケーススタディ

ここからは実際にABSライク樹脂(レジン)を使ったユーザー事例をFormlabsのタフレジンを上げてご紹介していきます。全世界4万台以上の導入実績を誇ることからさまざまな用途で使用されています。

Pankl社の事例:3Dプリントカスタム治具で製造コストとリードタイムを削減

Pankl Racing Systemsは、F1のレーシングカーや高機能車、更には航空宇宙用などのエンジンを製造開発するメーカーです。アメリカやヨーロッパ、日本にも展開しており、1500人以上の従業員を誇る企業です。

同社が開発・製造する部品は、部品ごとに特別に設計され製造ラインも設けられます。そのためその製造ラインに求められる治具や工具も専用にカスタマイズされています。

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リードタイムを90%削減

Pankl社はこのカスタム治具の製造にFormlabsのForm2 3DプリンターとABSライクレジンであるタフレジンを導入することで治具のリードタイムを2、3週間からわずか1日未満に削減することに成功しました。

切削から3Dプリントに切り替え、1000個以上の治具を自社製造

Pankl社はForm2を導入する以前には切削加工による外注で治具を作っていました。しかしその手法だと治具を生産ラインに乗せるまでに約6週間もの期間がかかってしまっていました。

また、コストも切削によるコストも1個当たり約40~50ユーロ、複雑な形状では300ユーロかかっていましたが、3Dプリンターでつくることで、8.5ユーロ~25ユーロまで削減することに成功しています。

生産の過程でトータルで1000個以上の治具を製造しなければならず、トータルコストでは80%~90%削減することに成功し、トータルで15万ユーロの削減につなげています。(出典:Formlabs)

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AMRCの事例:ドリルキャップを2日で500個3Dプリント

AMRCはAdvanced Manufacturing Research Center(先進製造研究センター)の略で、シェフィールド大学に設けられた研究センターです。

世界中の先進製造会社と協力しておりボーイング、ロールスロイス、マクラーレン、BAEシステムズ、エアバスなどの世界的企業など100社を超える企業と連携している機関です。

ABSライク樹脂(レジン)であるタフレジンとForm2が使用されたのはエアバスのプロジェクトです。このプロジェクトは炭素繊維やアルミニウム、チタンなどのパーツの穴あけ加工を行うものです。その際、穴の公差汚染を防ぐためのドリルキャップが必要でした。

一つの穴をあけて、次の穴の切削を行うと、切削で発生したスクラップが前の穴に入り公差汚染を引き起こす可能性があるため、高精度のキャップが必要だったのです。

エンジニアは最初に小さなゴム製のO-リング付きのアルミニウム片を使用しようとしましたが十分に対応することができず、また穴のサイズは数パターンにのぼり、キャップの形状もバリエーションがもとめられました。

このプロジェクトでは10日で約500個のキャップを用意しなければならず、金型による射出成形ではかなりの時間とコストがかかってしまいます。

その際、精度と耐久性があり、尚且つ生産性にも優れたForm2は最適だったのです。このプロジェクトは2日で500個のドリルキャップが3Dプリントされました。(出典:Formlabs)

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AMRCの事例2:最終品パーツ、カスタムローラーの3Dプリント

上記と同じくAMRC Advanced Manufacturing Research Center(先進製造研究センター)の事例で最終品パーツをABSライク樹脂(レジン)を使って作る取組があります。

これはAMRCの研究プロジェクトの一つでフィラメントワインディングを研究するプロジェクトです。

このフィラメントワインディングとは、航空宇宙産業や自動車産業用の燃料パイプ、チューブ、船舶、シャフトの製造に使用されている、繊維をローラーで巻き込んで加工するための技術です。

特に航空宇宙産業ではガラス繊維や炭素繊維のように軽量で剛性の高い素材を織り込んで作ることが多く、高い精度で繊維を加工することが求められます。ここで開発されたのが3Dプリントカスタムローラーです。

ことなる繊維をローラーを通すことで巻き取る加工方法で、繊維の種類ごとに最適化されたカスタムローラーが求められます。

このローラーは使用する材料に応じて直径と幅がカスタマイズされており、FormlabsのForm2とタフレジンで3Dプリントされました。

従来、新しいローラーを作るためには金属で作られており、一つのローラーを作るとリードタイムは1週間以上、コストも大幅に上がっていましたが、タフレジンとForm2をつかえばその日にプリントして使用することが可能になりました。(出典:Formlabs)

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3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)の仕上げ

3Dプリンター用ABSライク樹脂(レジン)は、紫外線レーザービームがあたると硬化するUV硬化レジンです。形状は液体となっており、後工程や取扱に注意点があります。

洗浄

ABSライク樹脂(レジン)の物性を発揮するためには3Dプリント後に後加工を施す必要があります。光造形(SLA)3Dプリンターは液体状のUV硬化レジンにUV光レーザーを照射して1層ずつ固めていきます。

そのため、造形後には造形物に余分なレジンがこびりついているため、IPA(イソプロピルアルコール)やエタノールなどで洗浄する必要があります。

Formlabsのタフレジンだと、IPA(イソプロピルアルコール)で20分間浸します。また自動洗浄機FormWashを使用する場合にも20分間洗浄を行います。

洗浄後はIPAがなくなるまで十分に乾燥を行います。

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二次硬化

UV硬化レジンと光造形(SLA)3Dプリントで作られた造形物は、層と層の間に完全に固まっていないグリーン層といわれる中間層が存在します。ABSライク樹脂(レジン)では、ABSのようは強度や耐久性を発揮するためには3Dプリント後に二次硬化が必要になります。

二次硬化は完成した造形モデルに一定の温度で紫外線を照射することで行います。二次硬化を行うことで、層と層の間の中間層が完全に固まり、強固な物性が再現されます。

Formlabsの二次硬化専用ツールFormCureを使用することで、手軽に二次硬化が可能です。

FormlabsのABSライク樹脂(レジン)であるタフは、60℃の温度で60分二次硬化を行います。二次硬化を行うことで、タフレジンは弾性率(ヤング率)が67%向上、120分の二次硬化で72%向上します。

二次硬化専用のFormCureは時間と温度を設定するだけで後はボタンを押せだけです。

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まとめ

3DプリンターのABSライク樹脂(レジン)は、ABS樹脂の持つ強度や耐衝撃性を再現したUV硬化レジンです。光造形(SLA)3Dプリンターの材料なため、滑らかできれいな仕上がりが可能です。

こうした特性を活かして、幅広い用途に使用することができます。またFormlabsのForm2やForm3の高品質なデスクトップ 3Dプリンターを使用すれば、より手軽に高強度で美しいパーツを作ることが可能です。

2019.7.10 投稿者:i-maker

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