3Dプリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）
フィラメント材料とは
3Dプリンター用のフィラメント材料の中で、カーボンファイバーを配合したフィラメント材料が人気です。カーボンファイバーは、高強度で剛性に優れさまざまな製品に使用されています。3Dプリンターの材料では、ナイロンやPETG、最近ではPLAに配合したカーボンファイバーフィラメントが登場しています。
カーボンファイバー（炭素繊維）とは？
カーボンファイバーは炭素繊維ともいわれ、アクリル繊維を使ったPAN系とピッチを使ったPIN系の２種類に分かれています。その生産シェアは日本がトップを占めて、東レや帝人などがその代表的メーカーです。 軽くて丈夫なことからその用途は非常に幅広く、テニスラケットから剣道の竹刀、航空機パーツまでいろいろなプロダクトに使用されています。
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの注意点や対策も
その一方でカーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントはプリントする際に、課題や注意点などもあり、専用のノズルや機種が限定されます。
今回はカーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの特長や注意点、おススメ機種やPPの種類についてもご紹介します。
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。
対応3Dプリンターも豊富
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントに対応した3Dプリンターも最近では徐々に増えつつあります。100万円以下のデスクトップタイプでも利用が始まっています。
3Dプリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）
フィラメントの強みと弱み
3Dプリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）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。
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの強み
1.優れた機械的特性：強度と剛性、耐熱性
カーボンファイバー（炭素繊維）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。強度と剛性に優れており、耐衝撃性も高いです。また耐熱性にも優れており、軽量で丈夫でかつ硬い特性は金属パーツの代替などにも利用されます。
2.綺麗な表面仕上げ
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントで作られた造形物は、他のフィラメント材料と比べて積層跡が目立ちにくく、全体的に綺麗な表面仕上げが特長です。カラーも黒系が多く、マットな質感が再現できます。
3.寸法安定性
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントは、フィラメント材料があまり吸湿しないため比較的寸法安定性に優れています。フィラメントに配合された炭素繊維粒子によって強度が増加し、かつ反りや収縮を抑えます。
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの弱み
1.ノズルの摩耗
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントは炭素繊維が配合されていることでフィラメント自体が硬く、通常の真鍮ノズルではノズルそのものが削れて摩耗してしまいます。そのため硬化鋼などの専用ノズルの使用が必須です。
2.ノズルの詰まり
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントはノズル詰まりが起きやすい素材です。一般的なノズル系よりも太い、直径 0.5mm 以上 のノズルを使用すると、ファイバーがノズルの穴を通過しやすく目詰まりする可能性がはるかに低くなります。こちらも専用ノズルの使用が推奨です。
3.脆い可能性（薄い場合）
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントはナイロンやPETGなど別の素材に炭素繊維を混ぜていることから、部位、例えば非常に肉厚が薄いなどの箇所をプリントすると脆い可能性があります。（ある程度の厚みがあれば強固です）
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメント材料の特性一覧
高硬度：非常に硬く、壊れにくい。
耐疲労性：衝撃やねじれ、凍結などに強い。
耐衝撃性：衝撃などに強い特性を持つ。
耐熱性：100℃～200℃以上の耐熱性
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プリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）
フィラメントでできること
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントでできることをご紹介します。高強度かつ高硬度、軽量、高耐熱の特性はいろいろな用途に対応しています。
最終品のオンデマンド製造
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメント材料の優れた物性は、最終品のオンデマンド製造を可能にします。特に高強度や高硬度で、耐熱性が求められるパーツや部品の領域で、金型量産ではなく必要な量をその場で3Dプリントすることに適しています。
小ロット量産
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントを使うことで、小ロット量産もできます。最終品レベルのその物性によって少量しか作らないパーツや部品など、3Dプリントすることが可能です。
製品開発のリードタイム短縮
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントを使うと機能性試験用のプロトタイプ作成に利用が可能です。データから3Dプリントすることで、最短数時間から１日程度で高強度・高剛性パーツがプリントできるため、従来の切削加工に比べて素早く製品開発が実現できます。
製品開発のコスト削減
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメント材料を使用すれば、製品開発のコストも削減することが可能です。3Dプリンターでは必要な分しか造形しないため、従来の切削のようなブロック単位のコストはかかりません。
3Dプリンター用ーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントで作れるもの
3Dプリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）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。
機能試作（プロトタイプ）
3Dプリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）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。
最終品パーツ
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの高い剛性、強度、耐摩耗性、耐熱性は最終パーツを作ることに適しています。また寸法安定性に優れる材料なため、小さいパーツなどの小ロット量産、製造には最適な素材です。
金属パーツの代替
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントでは、高い剛性、強度、耐摩耗性、耐熱性に加えて軽量というのも一つの特長です。この二つの長所から、金属パーツの代替としても使用されます。また金属に比べて低コストです。
治工具
カーボンファイバー（炭素繊維）の高い強度や硬さは、治工具などの作成にも利用が可能です。繰り返し使用するねじれや衝撃に対してカーボンファイバー配合フィラメントの持つ優れた機械的物性が最適な効果を発揮します。
機能性プロトタイプ
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメント材料の用途として、機能性テスト用のプロトタイプを作ることができます。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、実際に強度、耐摩耗性、耐熱性などをテストすることができます。
3Dプリンター用カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの種類
カーボンファイバー（炭素繊維）は、ナイロンやPETなどさまざまな素材に配合したものが特長です。
PolyMide PA6-CF（カーボンファイバー配合） フィラメント
PolyMide PA6-CFはナイロン6に炭素繊維であるカーボンファイバーを配合したフィラメント材料です。耐衝撃性、215℃の熱変形温度（荷重たわみ温度）を誇り、カーボンファイバーの高硬度を実現したフィラメント材料です。
PolyMide PA6-CFのスペック
カラー：ブラック
重量：2kg
フィラメント径：1.75 mm ±0.05 mm
プリント温度：280-300℃
プリントスピード：60mm/s
プリントベッド温度：20-50℃
冷却ファン：OFF
感想設定:80℃で12時間
強化ノズル（タングステン）必要
Ultrafuse PAHT カーボンファイバー配合ナイロンフィラメント
Ultrafuse PAHTはナイロンをベースに15％のカーボンファイバーを配合することで、高強度、耐熱性、耐薬品性を実現したフィラメント材料です。また130℃を超える耐熱性を持ち、カーボンファイバーの高硬度も実現しました。
Ultrafuse PAHTフィラメントのスペック
カラー：ブラック
重量：750g
フィラメント径：1.75 mm ±0.05 mm
プリント温度：240-260℃
プリントスピード：30-60mm/s
プリントベッド温度：100℃
強化ノズル（タングステン）必要
Ultrafuse PET-CF カーボンファイバー配合PETフィラメント(BASF製)
Ultrafuse PET-CFはカーボンファイバーが配合されたPETフィラメントです。PETをベースに15％のカーボンファイバーを配合することで、高強度、耐熱性、耐アルカリ性、剛性を実現しました。
Ultrafuse PET-CF カーボンファイバー配合PETフィラメントのスペック
カラー：ブラック
重量：750 g
フィラメント径：1.75 mm
プリント温度：250-270℃
プリントスピード：40-80mm/S
プリントベッド温度：90-110℃
Raise純正PA12-CFフィラメント (Raise3D製)
Raise純正PA12-CFは、ナイロン（PA）12をベースにカーボンファイバーを配合した材料です。PA12は高強度・耐薬品性に優れPA6よりも吸湿性が低くプリントが安定します。
Raise純正PA12-CFフィラメントのスペック
カラー：ブラック
重量：1ｋg
フィラメント径：1.75 mm ±0.05 mm
プリント温度：290-300℃
プリントスピード：30-100mm/s
プリントベッド温度：60-80℃
強化ノズル（タングステン）必要
Flashforge純正PLA-CFフィラメント（Flashforge製)
Flashforge純正PLA-CFは、植物由来のPLA樹脂にカーボンファイバー(炭素繊維)を配合したフィラメント材料です。通常のPLAよりも曲げ強度、耐衝撃性が増し、積層跡が目立ちにくい仕上がりが可能です。
Flashforge純正PLA-CFフィラメントのスペック
カラー：ブラック
重量：1ｋg
フィラメント径：1.75 mm ±0.05 mm
プリント温度：190-220℃(推奨210℃以上)
プリントベッド温度：加熱不要
カーボンファイバー（炭素繊維）推奨の3Dプリンターとは
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントは専用ノズルが必要で、かつ高い造形安定性が求められるため、推奨機種もある程度絞られます。
OnyxOne (MarkForged)
Markforgedの3Dプリンターはカーボンファイバー配合フィラメント、さらには本物の炭素繊維を強化剤として注入が可能です。OnyxOneは、カーボンファイバー配合ナイロンフィラメントを使用できるデスクトップ型の3Dプリンターです。※繊維強化剤は使用できません。
| 造形サイズ 320幅 × 132奥行 × 154高さ mm |
| 対応材料 カーボンファイバー配合ナイロンフィラメント |
Mark2（Markforged）
Mark2は、Markforgedの3Dプリンターの中でも代表的な機種です。Onyxというカーボンファイバー配合ナイロンフィラメントに本物の炭素繊維を強化剤として注入して3Dプリントが可能です。
| 造形サイズ 320幅 × 132奥行 × 154高さ mm |
| 対応材料 繊維強化剤入りフィラメント |
RaisePro3
Raise3Dの代表的3DプリンターがRaisePro3です。RaisePro3は最新のFDM 3Dプリンターで、AI搭載によりプラットフォームのノズル位置合わせを補正、専用ソフトとの高い安定性によって高いプリント性能を誇ります。
| 造形サイズ 300×300×300mm |
| 対応材料 ASA～カーボンファイバー配合材料まで |
Raise E2
RaiseE2はRaise3Dのデスクトップタイプの3Dプリンターです。ASAからPLA、TPUなど幅広い材料に対応しており、専用ソフトウェアとオートキャリブレーション機能によって非常に高い安定性を誇っています。
| 造形サイズ 330×240×240 mm |
| 対応材料 ASA、PLA、TPU、PCなど |
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントの課題と対策
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントはすでにご紹介した通り、素材そのものが硬く、専用ノズルが必要になります。
対策：専用ノズルの使用
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメント専用の鋼でノズル系が0.5ｍｍ以上の専用ノズルを使用することで、3Dプリントが可能になります。
対策：フィラメント専用ボックスを使用する
第一に、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。3Dプリンターを使用する部屋のエアコンをつけ、十分乾燥させた状態を保ちます。
次に、フィラメント専用の除湿専用ボックスを使用するのが推奨です。例えばPolyMakerではフィラメント吸湿を防止するPolyBoxを用意しており、乾燥剤と一緒に保存することで、湿度を極力下げた状態を実現できます。
PolyBoxの優れた点は、協力な除湿剤と共に、湿度計が搭載されており、常にボックス内部の湿度を低く保つことが可能です。また、PolyBoxを使用すれば、乾燥状態を保ったままプリントも可能です。
フィラメント除湿ボックス
DryPRO
DryBoxはフィラメント収納ボックスです。内部に乾燥剤を使用することで、効率的に乾燥状態にすることが可能です。また最大48時間の乾燥と庫内加熱機能も搭載し除湿した状態でそのままフィラメントを使用できます。
PolyBox 湿気防止ボックス
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。
まとめ：最終品製造をもたらす可能性
カーボンファイバー（炭素繊維）フィラメントは、高い機械的特性とプリントのしやすさから、最終品製造への用途を実現します。小ロットパーツなどでは、オンデマンド製造を可能にします。
3Dプリンター用フィラメントの完全ガイド！網羅的な情報紹介
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