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。

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。

ABSライクレジン

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。

ABSライクレジン

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。

ABSライクレジン

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Form 2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。

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。 

ABSライクレジン

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。

ABSライクレジン

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Form 2 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Form 2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)

ABSライクレジン

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Form 2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Form 2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)

ABSライクレジン

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Form 2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Form 2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)

ABSライクレジン

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。

ABSライクレジン

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。

ABSライクレジン

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Form 2やForm 3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。

スーパーエンプラ対応デスクトップ3DプリンターFUNMAT HT

進化し続けるデスクトップ 3Dプリンター

熱溶解積層法の特許が失効することで、低価格なデスクトップタイプのFDM®3Dプリンターが登場している。FDMはストラタシスの登録商標で、同社が1988年に開発した3Dプリント方式だ。

しかし2009年以降、その特許を利用してさまざまな機種が登場している。当初はPLAフィラメントのみに対応したシンプルな機種のみであったが、造形を安定させるオーブンの特許が失効したことで、デスクトップでありながらスーパーエンプラと言われる高機能な樹脂材料が利用できる機種が開発されている。

今回取材したFUNMAT HTは、デスクトップでありながらPEEKやPEI(ULTEM)PPSUといった高機能素材が使用できる3Dプリンターだ。また価格帯も120万円と従来では考えられない金額で導入が可能だ。

今回はFUNMAT HT 3Dプリンターの販売を行う株式会社フュージョンテクノロジー取材記事をお届けする。

Funmat HT 3Dプリンター

スーパーエンプラ対応3DプリンターFUNMAT HT

FUNMAT HT 3Dプリンターはデスクトップタイプの高性能3Dプリンターだ。1台で通常の熱可塑性フィラメントからエンジニアリング・プラスチック、スーパー・エンジニアリング・プラスチックまで対応している。

使用できる材料は、ABSPLAPETGポリカーボネート(PC)、PVAにはじまり、スーパーエンプラといわれるPEEK、PEI(ULTEM)、PPSU、カーボンファイバーなどに対応している。

それを可能にする秘密が押出ノズルの高温対応と、オーブン化による庫内温度の調整だ。

一般的なデスクトップタイプの3Dプリンターは押出ノズルが200℃~270℃前後だが、FUNMAT HTは最高450℃まで対応している。この高温によって高い耐熱性を誇るスーパーエンプラの造形が可能になる。

スーパーエンジニアリングプラスチック

オーブンによる庫内温度調整で優れた安定性を発揮

また、FUNMAT HTの最大の特長がオーブンによる庫内温度の調節である。この技術は従来ストラタシスが開発したFDMの造形を安定させる特許技術であったが、その失効によって他のメーカーが利用可能になっている。

これまでデスクトップタイプの3Dプリンターは造形プラットフォームのみ加熱が可能であったが、これでプラットフォームだけではなく庫内全体から熱を加えて造形を安定させることができる。

Funmat HT 3Dプリンター
庫内温度を90℃まで加熱可能

FUNMAT HT 3Dプリンターは庫内温度がマックスで90℃、ヒーティングベッド温度が160℃まで加熱可能で、これによりFDM 3Dプリンターでたびたび課題となる熱収縮による“反り”をおさえ、デスクトップで高品質な強みを発揮することができる。

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スーパーエンプラからカーボンファイバー配合材料まで対応

FUNMAT HT 3Dプリンターは、このノズル温度と庫内温度の機能によって多彩な材料に対応している。

PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)

例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂では、引張強度や耐衝撃性、耐摩耗性にすぐれ耐熱性も200℃以上を誇る。また耐薬品性や耐酸性、耐アルカリ性、耐放射線性などにすぐれていることから、食品や実験、宇宙など幅広い用途で使用することができる。

PEEK スーパーエンジニアリングプラスチック
PEEK

PEI(ポリエーテルイミド ULTEM)

次にスーパーエンプラとしてよく知られるPEI(ポリエーテルイミドULTEM)は217℃もの耐熱性を誇り強度に優れるプラスチック材料だ。

さらに機械的特性、難燃性、耐薬品性、電気的特性などを併せ持つため、電気・電子部品、自動車部品、機械部品、航空機部品、加熱調理用品金属の代替材料としての可能性が期待されている。

ULTEM スーパーエンジニアリングプラスチック
ULTEM

PPSU(ポリフェニルスルホン)

更にPPSU(ポリフェニルスルホン)は耐スチーム性があり、耐衝撃性、耐薬品性、難燃性が高き材料だ。さらにFDA、NSF、UL、厚労省の規格に適合しており、医療用、食品用など高い安全性を求められる分野にも対応している。

こちらも航空宇宙や自動車、歯科、医療、外科用機器などで利用が期待される。

PPSU スーパーエンジニアリングプラスチック
PPSU
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PEEKで人工膝関節を3Dプリント

FUNMAT HTでは既にさまざま利用が開始されている。中国の病院ではFUNMAT HTとPEEKで人工膝サポーターが開発された。

PEEKの持つ高い耐久性と耐衝撃性がユーザーの膝への衝撃を軽減するのに役立っている。また日本でも導入が進み、研究開発目的や耐薬品性が求められる開発現場で導入が始まっている。

PEEK 人工関節

ポリカーボネート(PC)で自動車用パーツも

FUNMAT HTは、一般的に反りなどが起きやすくプリントが難しいとされるABSフィラメントポリカーボネート(PC)フィラメントなども安定して3Dプリントすることができる。

3Dプリンター用フィラメントはさまざまな種類が登場しているが、メーカー純正や限られた材料しか綺麗に造形が出来なかったが、FUNMAT HTの登場によって、これまで造形が難しかった材料が高品質に造形できるようになっている。

例えば、自動車分野では、マツダやフォード、日産などのパートナー企業であるSAIC YanfengがFUNMAT HTとポリカーボネート(PC)を使用し計量器のサイズ制御パーツをプリントしている。

これまでこのパーツは切削加工で作られていたが、FUNMAT HTで作ることで、正確によりスピーディに製造を実現している。

ポリカーボネート 3Dプリントパーツ

FUNMAT HT 3Dプリンターのスペック

  • 本体サイズ:530mm*490mm*645mm
  • 重量:46kg
  • 電圧:100-120V
  • 使用電力:1200W
  • 造形方式:溶融フィラメント造形法 (FFF)
  • プリントエリア:260×260×260mm
  • 産業用3Dプリンター「FUNMAT HT」 積層ピッチ:0.05-0.3mm
  • プリントスピード:30-300mm/s
  • ノズル温度(MAX):450℃/842℉
  • ヒーティングベッド温度(MAX):160℃/320℉
  • 庫内温度(MAX):90℃/194℉
  • データファイル形式:STL,OBJ
  • フィラメント径:1.75mm
  • 位置精度:X/Y:12.5μm Z:1.25μm
  • 安全認証:FCC and CE
  • 使用可能マテリアル:PEEK、PEI(ULTEM)、PPSU、PA(NYL)、ポリカーボネート(PC)ABS、カーボンファイバー配合、PETGPLA、PVA、ETC.
Funmat HT 3Dプリンター

FUNMAT HT PRO 3Dプリンターのスペック(大型モデル)

  • 本体サイズ:1210*1120mm*1850mm
  • 重量:600kg
  • 電圧:200V
  • 産業用3Dプリンター「FUNMAT PRO HT」 使用電力:5500W
  • 造形方式:溶融フィラメント造形法 (FFF)
  • プリントエリア:450*450*600mm
  • 積層ピッチ:0.05-0.5mm
  • プリントスピード:30-150mm/s
  • ノズル温度(MAX):450℃/842℉
  • ヒーティングベッド温度(MAX):160℃/320℉
  • 庫内温度(MAX):120℃/194℉
  • データファイル形式:STL,OBJ
  • フィラメント径:1.75mm
  • 位置精度:X/Y:18.75um Z:1.56um
  • 安全認証:FCC and CE
  • 使用可能マテリアル:PEEK、PEI(ULTEM)、PPSU、PA(NYL)、ポリカーボネート(PC)ABS、カーボンファイバー配合、PETGPLA、PVA、ETC.
Funmat HT PRO 3Dプリンター

まとめ

これまでスーパーエンプラを3Dプリンターで使用する場合には高額な3Dプリンター本体が必要であった。しかし、特許が失効することによって、技術力が飛躍的に進歩しテクノロジーの民主化がさらに進むことになる。

テクノロジーの民主化が進めば、これまで実現することが難しかったアイデアや技術がどんどん形にすることができるようになる。

この時代の流れは必然であり、今後もさらに3Dプリンターの進化と低価格化は進むことになるだろう。

3Dプリンターフィラメント材料完全ガイド。種類とおすすめ

3Dプリンター用フィラメント材料とは

3Dプリンター用フィラメント材料とは、FDM®(熱溶解積層法)3Dプリンターの専用材料です。金型などで使用されている熱可塑性樹脂で、加熱すると柔らかくなり、冷えると固まるという特性を利用して造形します。

形状は直径1.75mmと2.85mmの2種類で、糸状の形をしています。押出ノズルに挿入することで、加熱されて柔らかくなり、押し出されて積層されます。

もともとFDM®(熱溶解積層法)という製法は、ストラタシスが開発した造形技術で、フィラメント材料はFDM 3Dプリント専用の材料です。その後2009年にFDM®の特許が失効することで、FDM3Dプリンターの開発が進み、フィラメント材料もさまざまな種類が登場しています。

3Dプリンター用フィラメント材料の特長

3Dプリンター用フィラメント材料の特長は、金型で使用することができるほとんどの熱可塑性樹脂を使用することができる点です。

一般的なABS樹脂などをはじめ、ポリカーボネートやナイロンなどの高機能なエンジニアリング・プラスチックもフィラメント化されています。豊富な種類のおかげで、フィラメント材料はさまざまな目的に使用することができます。

豊富な種類が登場

3Dプリンター用フィラメント材料はほとんどの熱可塑性樹脂が登場しています。

従来はABS樹脂とPLA樹脂が2大フィラメントとして有名でしたが、エンジニアリング・プラスチックのポリカーボネートやナイロン、ゴム・エラストマー材料である熱可塑性ポリウレタン、またペットボトルなどに使用されているPETGなど、さまざまな種類が続々と3Dプリンターで扱えるようになっています。

また、ABS樹脂とPLA樹脂をベースにしたフィラメント材料もさまざまなバリエーションが登場してきており、PLA樹脂の弱点を克服した高強度なPLAフィラメントや、反りなどをすくなくしたABSフィラメントなども開発されてきています。

こうした多彩な熱可塑性樹脂がフィラメントとして使用できるのも大きな特長といえます。 

エンジニアリング・プラスチックも登場

エンジニアリング・プラスチックは、通常のプラスチックとは違い、高温下などの過酷な環境下においても、優れた強度や耐久性を発揮する材料のことです。

3Dプリンター用フィラメント材料でも、こうしたエンジニアリング・プラスチックが登場してきています。

特に、強度と耐久性に優れるポリカーボネート(PC)や、靭性があり耐摩耗性や耐衝撃性、疲労性に強いナイロンフィラメントなどの登場は、デスクトップで高品質なものづくりを可能にしてくれます。

また、最近ではスーパーエンジニアリングプラスチックと呼ばれるエンプラを超える素材も登場しています。スーパーエンプラは、ウルテムやPEEKといった耐熱性が200度を超える材料や、金属の代替品として期待されるカーボンファイバー(炭素繊維)も登場しています。

水溶性サポート材で高い運用性

デスクトップタイプのFDM (熱溶解積層法)3Dプリンターの課題の一つが、造形後のサポート材の取り外しです。

特にシングルヘッドといわれる押出ノズルが1本しかないタイプの3Dプリンターでは、造形するフィラメント材料がそのままサポート材として使用されるため、プリント後の取り外しが難しい傾向にありました。

しかし、デュアルヘッド専用ですが、取りはずしやすさに特化したサポート材専用のフィラメント材料の登場によって、FDM 3Dプリンターの造形も快適になりつつあります。

特に水で簡単に溶けて取り外せる水溶性サポート材は、造形後のストレスを軽減するだけではなく、造形物も綺麗に仕上げることが可能です。

3Dプリンター用フィラメント材料の種類

3Dプリンター用フィラメントにはさまざまな種類が登場しています。材料特性もさまざまで下記はその特性をまとめた一覧になります。

特長最適な用途注意点
ABS強度が高く丈夫冶具・工具
最終品
反りやすい
PLA植物由来、プリント安定性にすぐれる試作品・ラピッドプロトタイピング脆く壊れやすい
熱に弱い
強化PLA高い耐久性を持つ耐久性が求められる試作品熱に弱い
PETG高強度と高いプリント性の両立高衝撃または高応力部品糸引きが起きやすい
ASA耐候性に優れる外装、カバーなど乾燥が必要
ポリカーボネート(PC)硬くて耐衝撃性にすぐれ壊れにくい硬質部品、高強度なパーツ高温
反り
剥がれにくい
ナイロン高強度、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性にすぐれるインパクトやストレスに強い部品
オールラウンド
簡単に水を吸う
吸湿するとミスが起きる
ゴム
(TPU)
柔軟性にすぐれ高い引張強度を誇る柔軟性、耐衝撃性が求められる部品専用ノズルが必要
プリント設定の細かい調整
PVBPolySherと併用で滑らかな表面を出せる滑らかな作品乾燥が必要
木材木材の質感、木の香りアート、建築模型、作品作りノズル詰まり
金属金属調の質感アート、模型、作品作りノズル詰まり
サポート用サポート専用で除去が楽サポート材乾燥が必要
デュアルヘッドのみ対応
水溶性サポート用水に溶かしてサポート材を外すことができるサポート材乾燥が必要
デュアルヘッドのみ対応
鋳造用鋳造用のワックスモデルが作れる鋳造用ワックスモデル乾燥が必要

ABS フィラメント

ABSフィラメントは3Dプリンター用フィラメント材料の中において、最も有名で汎用性が高い材料の一つです。

もともとABS樹脂は、日用品や家電製品、自動車用パーツ、治具など幅広い工業製品の材料として使用されてきました。そんなABS樹脂が3Dプリンター用フィラメントで使用できることで、製品開発やものづくりの幅は驚くほど広がります。

3Dプリンター用ABSフィラメント

ABSフィラメントの特長と用途

ABSフィラメントの特長は、強度と耐衝撃性、耐熱性に優れる点です。引張強度や曲げ強度などに優れており、靭性も高いことから耐衝撃性に優れています。また耐熱性も高く種類によっては、荷重たわみ温度が約90℃近くまであります。

こうしたABSフィラメントの高い物性はさまざまな用途を可能にします。日用品から家電製品の筐体など、一定の強度が求められるパーツや機能性試験のためのプロトタイプにも向いています。

また、製造現場で使用される治具、取り付け具、工具などにも最適な材料です。更に、一部最終品パーツとしても利用されています。

3Dプリンター用ABSフィラメント

Polylite ABS (PolyMaker製)

PolyLite ABSは、フィラメントメーカーのPolyMakerが提供するABSフィラメントです。

PolyLite ABSは、ABSフィラメントの造形持の課題であった反りを極力抑えるように設計されたフィラメント材料です。反りとは、プリント中に造形モデルが反ってくる症状で、熱収縮性が高いABS樹脂で起きます。

PolyLite ABSはその反りを抑え、尚且つABSフィラメント特有のプリント中の臭気を抑えることに成功しました。また物性も優れており、耐久性、耐衝撃性、耐熱性に優れています。

PolyLite ASA (PolyMaker製)

PolyLite ASAは、耐候性に優れるASA樹脂のフィラメント材料です。ASAは、ABS樹脂のB(ブタジエンゴム)の代わりにA(アクリレート)を用いた材料です。

合成ゴムは耐候性が低く劣化が早いため、アクリレートを配合することで、ABS樹脂の耐久性に加え耐候性が付与されたフィラメント材料です。更に耐光性にも優れており、ASAフィラメントを用いれば、野外で使用できるパーツや、野外での機能性を試験するプロトタイプも作ることが可能です。

UP 専用ABSフィラメント

UP3Dプリンター専用ABSフィラメントは、UP 300、UP BOX+、UP mini2ESのUPシリーズの3Dプリンター純正フィラメントです。

UP 3Dプリンターに最適化されたフィラメントで高品質で積層跡が目立たない造形を実現します。ABS樹脂の強度と耐久性、耐衝撃性も備えており、UP 3Dプリンターとセットで使用することをお勧めします。

AFINIA バリューABSフィラメント

3DプリンターメーカーであるAFINIAの純正フィラメントです。AFINIAは、デスクトップタイプの熱溶解積層法(FDM)3Dプリンターで、それに最適化されたABSフィラメントです。バリューABSフィラメントは、低価格ながら安定したプリントが可能です。

AFINIA  プレミアムABSフィラメント

同じく3DプリンターメーカーであるAFINIAの純正フィラメントのひとつがプレミアムABSフィラメントです。ABS樹脂の持つ靭性を更に向上させ、高耐久を実現したフィラメント材料です。

エンジニアリング用や機能性プロトタイプの造形に最適です。また、造形後のプレートからの剥離や、サポート材の除去もしやすいプレミアムなABSフィラメントです。

AFINIA  プレミアムプラスABSフィラメント

プレミアムプラスABSフィラメントは、ABS樹脂のそりを抑え、大きい造形モデルの作成を可能にするABSフィラメントです。また、ABSの靭性を向上させ、高耐久を実現しました。

大きいパーツから、エンジニアリング用や機能性プロトタイプの造形に最適です。また、造形後のプレートからの剥離や、サポート材の除去もしやすくなっており、プレミアムなABSフィラメントです。

ABSフィラメントの注意点

ABSフィラメントを取り扱う際の最大の注意点が反りです。ABS樹脂は温度変化による熱収縮性が他の材料に比べて高く形状によっては、プリント中に造形物が反る可能性があります。

特に造形プレート(プラットフォーム)との設置面積が多かったり、湿気が多い環境だと反りやすくなります。対策としては、ABSフィラメントを十分乾燥させた状態で使用することが必要です。

乾燥についてはフィラメント専用の除湿ボックスpolyboxなどがおすすめです。また造形プレートとの設置面積を小さくしたり、プリントするモデルの方向を変えたり、モデルを分割するなどを試みることで解消する場合があります。

3Dプリンター用ABSフィラメント 反り

PLA(ポリ乳酸)フィラメント

PLAフィラメントも3Dプリンターフィラメント材料の中で最も広く使用されている材料です。

PLA樹脂はもともと石油由来のABS樹脂の代替品として開発されたプラスチック材料で、コーンなどを原料にした植物由来の樹脂です。PLAフィラメントの最大の強みが、優れたプリント安定性です。

ミスなく素早く形にするには最適な材料です。その一方で作られた造形物は壊れやすく、熱に弱いです。

しかし、最近では開発が進んでさまざまな種類のPLAフィラメントが登場しています。

PLAフィラメント材料

PLAフィラメントの特長と用途

PLAフィラメントの特長は、優れたプリント安定性です。迅速なプロトタイプを指すラピッド・プロトタイピングという言葉を象徴する材料です。

例えばすぐさま 安定して3Dデータから形にできるため、製品開発における試作品作成には最適です。PLAは、ABSフィラメントのように反りが無く、大きい造形モデルも素早く形にできます。

またPLAフィラメントは非常に硬い特性を持っています。その一方で耐衝撃性は低く、壊れやすいという性質を持っています。まさに迅速に形状確認を行いたいときに重宝するフィラメント材料です。

こうした特長からPLAフィラメントの主な用途は試作品、プロトタイプの作成が最適です。また安定したプリント性能は学校や教育現場での3Dプリントの実演に適しています。

さらにPLAフィラメントは強度に優れる種類などが登場しており、治具や機能性試験にも使用できるものもあります。

3Dプリンター用PLAフィラメント材料
プロトタイピングに最適な安定性を持つ。PolyMaker製PolyLite PLA

PolyLIte PLA  (PolyMaker製)

PolyLite PLAは、高品質なPLAフィラメントです。PolyMakerの独自技術であるバイオポリマーの開発技術Jam-Free™テクノロジーによって、ノズル詰まりを劇的に防止しました。

また一般的なPLAフィラメントよりも高い耐熱温度を実現し、ガラス転移温度で61℃、ビカット軟化温度63℃を実現、強度に優れた特性と共に、プロトタイプから模型まで幅広い用途に使用することが可能です。

PolyMax PLA (PolyMaker製)

PolyMax PLAは、PLAフィラメントの弱点である耐衝撃性を強化した材料です。独自のナノ補強技術によって、ABS樹脂に匹敵する耐衝撃性を実現しました(耐衝撃性はPolyLite ABSが12.6 ± 1.1 kJ/m2、PolyMax PLAが12.2±1.03 kJ/m2)。

この耐衝撃性と高強度に加え、PolyMax PLAはPLAフィラメントの優れたプリント性能を併せ持ち、反りなどが無く大きい造形モデルも正確にプリントすることが可能です。

一般的な試作品から機能性プロトタイプまで、幅広い用途に利用が可能で、ラピッド・プロトタイピングを正確に実現します。

PolyWood PLA (PolyMaker製)

PolyWood PLAは、100%PLA樹脂で、木の質感を再現したフィラメント材料です。一般的な木材フィラメントは、PLA樹脂に木の粉末を配合して作られています。

本物の木材の質感が出せて、木の香りがするのが特長ですが、その一方で、配合された木の粒子がノズルに入り込み、ノズルつまりを起こしやすいフィラメントです。

PolyWoodはこうした木質フィラメントの問題点を解決するために開発されたフィラメント材料で、一切木の粉末は配合せず、PLA樹脂のみで木の質感を再現することに成功しています。PolyMakerがほこるJam-Free™テクノロジーによって、ノズルつまりを無くし、スピーディに木質の造形が可能です。

UP専用PLA フィラメント

UP専用PLAフィラメントは、UP 300、UP BOX+、UP mini2ESのUPシリーズの3Dプリンター純正フィラメントです。

UP 3Dプリンターに最適化されたフィラメントでPLAフィラメントの特性である強度と、優れたプリント性能により、ラピッド・プロトタイピングを実現します。UP 3Dプリンターとセットで使用することをお勧めします。

AFINIA Premium PLAフィラメント

Premium PLAはAFINIA 3Dプリンター専用のPLAフィラメントです。AFINIA H800+や、AFINIA H400+に最適化されたフィラメント材料です。ノズル詰まりをすくなくし、大きい造形モデルも安定してスピーディにプリントできる性能を実現しました。こちらもラピッド・プロトタイピングを実現するフィラメント材料です。

PLAフィラメントの注意点

PLAフィラメントで作られた造形モデルは、熱に弱くお湯などでも簡単にやわらかくなります。また衝撃に弱く硬い反面壊れやすい特性を持っています。用途としては最終品や強度が求められるパーツではなくプロトタイピングに特化した材料と言えるでしょう。

ポリカーボネート(PC)フィラメント

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、エンジニアリング・プラスチックであるポリカーボネート(PC)のフィラメント材料です。

ポリカーボネート(PC)は工業製品では人気の材料です。高強度な上に光沢がある美しい質感からiPhoneの筐体などにも使用されたことがあります。

このポリカーボネートが3Dプリンター用フィラメント材料になることでものづくりの幅が大きく広がります。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント

ポリカーボネート(PC)フィラメントの特長と用途

ポリカーボネート(PC)フィラメントの特長は、高強度と耐衝撃性です。またエンジニアリング・プラスチックとして耐熱性にも優れており、荷重たわみ温度は100℃を超えます。過酷な環境でも強い物性を発揮することから、さまざまな目的で使用することができます。

ポリカーボネート(PC)フィラメントの用途は、主に強度や耐久性試験などの機能性プロトタイプや、生産現場における治具、取り付け具、工具などに最適です。

また優れた強度と耐衝撃性から最終品のパーツ製造にも真価を発揮します。非常に幅広い用途に活用できるフィラメント材料です。

PolyLite PC (PolyMaker製)

PolyLite PCは、PolyMakerが提供するポリカーボネート(PC)のフィラメント材料です。優れた強度を持ち、引張強度は62.7±1.3MPa、曲げ強度は100.4±2.7MPaという強靭さを誇ります。

また、耐熱性にも非常に優れており、軟化温度が119℃と高く、エンジニアリング・プラスチックの性能をそのまま発揮できます。更にPolyLite PCは、ポリカーボネートの持つ透明性を再現したフィラメント材料で、半透明の光沢がある表面が特長です。

PolyMax PC (PolyMaker製)

PolyMakerはもう1種類、ポリカーボネート(PC)フィラメントを提供しています。それがPolyMax PCです。PolyMax PCも、優れた強度と靭性を持ち耐衝撃性にすぐれています。

もちろん耐熱性も併せ持っており、荷重たわみ温度も117度の高温を誇ります。こちらも引張強度は59.7±1.8MPa、曲げ強度94.1±0.9MPa、更にはシャルピー耐衝撃性が25.1±1.9KJ/m2です。カラーはブラックとホワイトで、ポリカーボネートならではの光沢がある美しい表面が特長です。

ポリカーボネート(PC)フィラメントの注意点

ポリカーボネート(PC)フィラメントをプリントするためには非常に高温な設定が求められます。

PolyMakerの2種類(PolyLite PCとPolyMax PC)は、ABS樹脂と同じ250℃~270℃程度の温度で使用できますが、フィラメントの種類によっては、290℃~300℃程度の高温が求められる場合があります。

また、造形プレートの加熱も必要です。更に、ポリカーボネートはプラットフォームからの着脱がしにくい傾向にあり、3Dプリンターの種類によっては着脱を容易にする専用シートの使用が推奨される場合もあります。

また反面大きい造形モデルになると反りやすく、3Dプリンターの性能にあった細かい設定が求められます。

PETGフィラメント

PETGはポリエチレンテレフタレート(PET)の強化材料です。フィラメント材料としてのPETGも高強度を誇っており、最も使いやすい材料の一つです。

因みにPETはペットボトルの材料として使用されるほか、優れた透明性から容器や入れ物、カバーなどの材料として使用が盛んです。

一方で、PETGフィラメントは、PETの透明性を引き継ぎながら、ABS並みの強度とPLAのプリント性能を併せ持つ新たな材料として注目されています。

PETGフィラメント材料

PETGフィラメントの特長と用途

PETGフィラメントは、ABSフィラメントとPLAフィラメントの強みを合わせたような材料です。ABSの持つ強度と耐久性、耐熱性を備えながら、同時にPLAフィラメントの持つプリント安定性を実現しました。それによって造形時における反りなどを少なくし、安定して高品質な仕上がりを可能にします。

PETGフィラメントは、この安定性と高い物性から幅広い用途に使用することができます。半透明な見た目は透明性が求められるカバーや流体構造が確認できる造形物などに使用できます。

また、カラーバリエーションも豊富で、優れた強度は治具や機能性プロトタイプ、スナップフィットなどの道具にも利用が可能です。

PolyLite PETG (PolyMaker製)

PolyLIte PETGは、PolyMakerが販売するフィラメント材料として、優れた物性とプリント安定性を持っています。

同じくPolyLiteシリーズであるPolyLite ABSやPolyLIte PLAと同じ価格(¥4,479税込み)で利用できることから、コストパフォーマンスに優れるフィラメント材料です。

引張強さは31.9±1.1MPa、曲げ強度は53.7±2.4MPa、耐熱温度も84℃を誇ります。

PolyMax PETG (PolyMaker製)

PolyMax PETGは、PolyLIte PETGよりも強度と耐衝撃性が強化された材料です。PolyMakerのナノ補強技術によって強化されたフィラメント材料で、こちらも優れた機械的特性を有し、同時にプリント性能も高い材料です。

引張強度は31.7±0.1MPa、曲げ強度は58.3±4MPaで、シャルピー衝撃強度は9.7±2.6(KJ/m2)です。治具や機能性プロトタイプなどより物性が求められる造形に最適です。

PETGフィラメントの注意点

PETGフィラメントの注意点は、造形中に糸引きが起きやすいという点があります。糸引きとは蜘蛛の糸のように、造形モデルにフィラメントの細い糸がつく症状です。

PETGフィラメントは、吸湿性が高く、ノズルの温度やプラットフォームのベッド温度も繊細なコントロールが必要です。ノズル温度が高すぎると糸引きが置き、低すぎるとフィラメントが硬くなり詰まる可能性があり、使用3Dプリンターの種類によって詳細な設定が求められます。

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメント

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメントが利用できるのもFDM 3Dプリンターの大きな特長です。

熱可塑性ポリウレタン(TPU)をベースにしたフィラメント材料で、さまざまな硬度の材料が登場しています。ゴム・エラストマーフィラメントを利用することで、柔軟性が求められるパーツや試作品の作成ができます。

その一方で、TPUフィラメントのコントロールは非常に難しく、専用押出ノズルが必要になったり、使用する3Dプリンターを選びます。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメントの特長と用途

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメントは、柔軟性に優れ、引張強度に優れる材料です。また繰り返し曲げ伸ばしできるため、耐摩耗性や耐衝撃性にも優れています。さまざまなショア硬度があり、フィラメント材料の種類によって異なります。

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメントは、柔軟性、引張強度、耐摩耗性などを活かし、柔らかい製品の試作品や機能を確認する機能性プロトタイピングに使用することができます。

ホースやカバー、キャップなどの工業製品から、シューズの靴底やサンダルなど、一般消費者向け製品のプロトタイプにも利用が可能です。 

PolyFlex TPU95 (PolyMaker製)

PolyFlex TPU95は、ゴム・エラストマーのフィラメント材料です。熱可塑性ポリウレタン(TPU)をベースにしたフィラメント材料でショア硬度95Aの柔軟性を持ち、元の3倍以上の長さまで伸ばすことができます。

カラーはブラック、ホワイト、イエロー、オレンジの4色がラインナップされており、さまざまな柔軟性のある造形に利用が可能です。

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメントの注意点

ゴム・エラストマー(TPU)フィラメントは、フィラメント自体も柔らかいことから、ノズル詰まりや、造形物がプリント中に歪むという不具合が発生します。

フィラメントが柔らかいため押出ギアに巻き込まれてしまいます。対策としてはプリントスピードを遅くすることが必要です。3Dプリンターの種類によって異なりますが、20mm/sから40mm/sが理想的です。

また、フィラメントスプールの位置を調整し、フィラメントが引っ張られて伸びるのを防ぐことも硬化があります。更にノズルの太さも太いもの(ノズル径0.5mm)が歪みを抑えるのに理想です。 

ナイロンフィラメント

ナイロンフィラメントはエンジニアリング・プラスチックであるナイロンポリアミドのフィラメント材料です。

強靭で優れた強度と耐衝撃性、耐熱性に優れる材料で、あらゆる用途に利用できる万能材料です。これまでは業務用(ハイエンド)3Dプリンターのみでしか利用できませんでしたが、近年フィラメント材料の開発がすすみ、デスクトップタイプの3Dプリンターで利用することが可能です。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

ナイロンフィラメントの特長と用途

ナイロンフィラメントの特長は、非常に強靭な物性です。靭性の高さから引張強度や耐摩耗性、耐衝撃性にも優れた性能を発揮します。また、エンジニアリング・プラスチックとして高い耐熱性を誇り、高温下の環境化でも優れた強度と耐久性を発揮できます。

こうしたナイロンフィラメントの強靭な性能によって、その用途は非常に幅広く、あらゆる用途に使えるオールマイティな材料と言えるでしょう。

機能性が求められるプロトタイプから、より強靭性が求められる治具、更には最終品の製造など、さまざまな用途にその性能を発揮します。また、軽くて丈夫な性能は、金属パーツの代替品としても使用が期待されます。

PolyMide COPA (PolyMaker製)

デスクトップタイプのFDM 3Dプリンターで使用できるナイロンフィラメントはそこまで多くはありません。

その代表的な存在がPolyMakerが開発するPolyMide COPAです。PolymakerのWarp-Free™テクノロジーで製造されたフィラメント材料で、エンジニアリング・プラスチックの性能を発揮します。

ベースはナイロン6と、ナイロン6.6で構成されている材料で、強度と靭性に加え、フィラメント材料としては最高温度ともいえる180℃の耐熱性を備えています。

180℃の耐熱性は、他のエンジニアリング・プラスチックの中でも高く、多彩な用途に使用することができます。主に、強靭さが求められる治具や機能性プロトタイプ、更には最終品まで利用が可能です。

ナイロンフィラメントの注意点

ナイロンフィラメントは、フィラメント材料の中でも極めて吸湿性が高く、常に乾燥した状態を保つことが求められます。

簡単に空気中の水分を吸収してしまうため、十分に除湿した状態で保管しないとすぐにミスプリントを引き起こします。プリント接着性が低下したり、ノズルからフィラメントが飛び出てしまう不具合が起きます。

そのため、保管中もプリント中も、可能な限り除湿した状態でナイロンフィラメントを使う必要があります。理想は相対湿度が20%以下の状態で使用するのがベストです。

PolyMakerではフィラメント乾燥ボックスであるPolyBoxを推奨しています。 

サポート材専用フィラメント

サポート材専用フィラメントを使用することで、デスクトップのFDM 3Dプリンターをより快適に使用することができます。

サポート材専用フィラメントはデュアルヘッド(押出ノズルが2本ある)3Dプリンターでの使用を想定しています。しかし、サポート専用を使用することで造形後の後処理を飛躍的に効率化してくれます。

3Dプリンターサポート材

サポート材専用フィラメントの特長と用途

サポート材専用フィラメントの最大の特長は、サポート材を手で簡単に取り外せたり、水に溶かして取りはずすことができる点です。

例えば押出ノズルが1本の3Dプリンターでは、サポート材の造形も、使用しているフィラメント材料と同じ材料で作ります。

そのため、材料の種類や造形モデルの形状によっては、造形モデルとサポート材がくっついて一体化してしまい、取りはずすのが事実上不可能、もしくは困難な場合があります。

また、中空の形状やラティス構造のような造形モデルに穴が空いている形状では、内部のサポート材を取り外すことが難しいケースがあります。

こうした造形モデルの場合もサポート材専用フィラメントであれば、簡単に取り外すことが可能です。こうしたサポート材の簡単な取り外しは造形モデルの破損も防ぎ、快適でストレスフリーなプリントライフを実現します。

PolySupport (PolyMaker製)

PolySupportは、PolyMakerが提供するサポート材専用フィラメントです。

手で簡単に取り外すことができるブレークタイプのサポートフィラメント材料で、デュアルヘッドの3Dプリンターで使用することができます。

また取り外しは簡単ですが、同時に造形モデルをしっかりと支えることができる強度も保つことができるのです。

PolySupportはPLAフィラメントやポリカーボネート(PC)、PVB、TPU(熱可塑性ポリウレタン)、ABSなどのサポート材として使用することができます。

PolyDissolve (PolyMaker製)

PolyDissolveは、PolyMakerが新たに開発したサポート材専用フィラメントです。最大の特長が水溶性を実現したことで、水につけることで溶かして取りはずしが可能で、造形モデルの表面を傷つけることなく綺麗に取り外しが可能です。

PLA、PETG(ポリエチレンテレフタレート)、PVB、TPU(熱可塑性ポリウレタン)、ナイロンといったフィラメントのサポート材として使用することができます。ポリカーボネート(PC)とABSには対応していません。

サポート材専用フィラメント材料の注意点

水溶性のサポート材フィラメントは、水に溶けるという性能を発揮するためには乾燥した状態を保つことが求められます。

例えばPolyMakerが提供するPolyDissolveは、乾燥設定は80℃で12時間乾燥する必要があります。また、プリント中も乾燥ボックスのPolyBoxと一緒に使用することを推奨します。フィラメントが十分に除湿されていないと、溶けにくくなったりします。

金属配合フィラメント

金属配合フィラメント材料は、PLA樹脂をベースに、銅やアルミといった金属パウダーを配合したフィラメント材料です。

この金属配合フィラメントは、あくまでも金属っぽい見た目を再現したフィラメント材料で、物性はプラスチックです。そのため金属として利用することはできません。

アートやフィギュア、模型など金属調の見た目を作りたい造形モデルに使用されます。

金属フィラメント

金属配合フィラメントの特長と用途

金属配合フィラメントの特長は、金属粉末を配合したことによる金属調の見た目です。主に銅やアルミなどの見た目が再現できます。ただし金属としては使用することができないため、主な用途としては、アートや模型などに使用されます。

AFINIA スペシャルフィラメント

AFINIA 3Dプリンター用のスペシャルフィラメントとして、金属配合フィラメントが利用することができます。

アルミと銅の2種類があります。ベースはPLA樹脂で、そこにアルミ粉末と、銅の粉末を配合して作られています。置物や模型などの造形モデルに使用することができます。

金属配合フィラメントの注意点

金属配合フィラメントは、本物の金属が粉末状にして配合されているため、粒子がノズルに詰まってノズル詰まりを頻繁に起こします。

FDM 3Dプリンターの押出ノズルは、ギアが回転してフィラメントを引き込み押し出すため、このギアの部分や、ノズルの奥深くまで金属の粒子が入り込んでしまいます。

対策としてはノズルのサイズが大きいモノ、0.5mm以上のものを使用することで多少軽減することができます。

木材配合フィラメント

木材フィラメント材料は、本物の木材が配合されたものと、PLA樹脂で木の質感を再現したものがあります。

本物の木材が配合されたフィラメント材料は、PLA樹脂にパウダー状にした木を配合したもので、木の質感を表現できると同時に、木の香りがします。

一方、PLA樹脂のみの木材フィラメントは、PLA樹脂のみで木の質感を実現しているため、ノズル詰まりなどの不具合の心配がありません。

木材フィラメントの特長と用途

木材フィラメント材料は、木の質感を出すことができます。また配合する木の種類によっても見た目が異なります。

質感はざらざらとした手触りで、木の香りが漂います。主な用途としては、こちらもアートや模型などが代表的で、建築モデルなどを作るのにも利用が可能です。

PolyWood (PolyMaker製)

PolyWoodは、PolyMakerが提供する木材調のPLAフィラメントです。本物の木材は配合されておらず、あくまでもPLA樹脂のみで木の質感を再現しています。ただ、PolyMakerの特別な発泡技術を使用して作られているため、完全にPLA樹脂のみで木材の質感を表現しました。

これにより木材配合フィラメントで起きるノズル詰まりを無くします。また、PolyWoodは特別なプリント設定は必要なく、PLAフィラメントと同じ設定でプリントすることが可能です。

AFINIA スペシャルフィラメント(木材)

AFINIA 3Dプリンターで使用できるスペシャルフィラメントとして木材配合フィラメントがあります。PLA樹脂をベースに木のパウダーを配合して完成させたフィラメントです。

これにより本物の木の見た目と、木の香りを実現しました。またAFINIA スペシャルフィラメントは、造形後にサンディングなど研磨を施すことで美しい見た目を実現することができます。

木材配合フィラメントの注意点

木材配合フィラメントの最大の注意点はノズル詰まりです。本物の木の粉末が配合されているため粒子が押出ノズルのギアや、ノズルの奥まで詰まってしまい、頻繁にノズル詰まりを引き起こします。

対策としては、ノズル径が大きいサイズ0.5mm以上の押出ノズルを使用し、なるべく定期的にノズルのギアなどを掃除することをおススメします。

鋳造ワックスモデル用フィラメント

ワックスモデル用フィラメントは、ロストワックス鋳造(インベストメント鋳造)で使用されるワックスモデルを作るためのフィラメント材料です。

これまで、ロストワックス鋳造用の3Dプリンター用材料は、光造形法で利用できるレジンが一般的でしたが、新たにPolyMakerがPolyCastといわれるワックスモデルを作れるフィラメント材料を発表しています。

ワックスモデル用フィラメントの特長と用途

ワックスモデル用フィラメントは、FDMやFFF 3Dプリンターでワックスモデルの代替品を作ることができるフィラメントです。

従来、ロストワックス鋳造(インベストメント鋳造)のワックスモデルは、シリコーン型や木型で作られるのが一般的でしたが、近年光造形 3Dプリンターを初め、3Dプリンターで作る取組が広まってきています。

ワックスモデル用フィラメントは、FDMやFFF 3Dプリンターで利用が可能です。

PolyCast (PolyMaker製)

PolyCastはPolyMakerが開発したワックスモデル用のフィラメント材料です。独自の「Ash-Free™(Polymaker社特許技術)」によって、ロストワックス鋳造(インベストメント鋳造)に求められる焼失性を実現。

残留物を残すことなく綺麗に焼失し欠陥のない金属部品が可能になります。またFDM 3Dプリンターでは、積層跡が残るのが最大の欠点ですが、PolyCastは、PolyMakerが提供する表面研磨機「Polysher」と併用することで積層跡をなくし表面を滑らかに仕上げることが可能です。

そのためPolyCastは比較的大きい金属パーツの鋳造に最適です。

ワックスモデル用フィラメントの注意点

PolyCastは、湿気に敏感なフィラメントです。容易に空気中の水分を吸収してしまうため、常に乾燥した状態で保存することが必要です。

吸湿したPolyCastは、造形モデルの品質だけではなく、造形後の鋳造プロセスにも影響します。ベストは相対湿度20%以下の環境で保管し使用もPolyBoxなどの除湿ボックスを使用するのが理想です。

PolySherで表面を研磨し鋳造性能をUP

PolyCastで作られた造形モデルは、PolyMakerの専用研磨機PolySherを使用することで、造形後の積層跡を無くし、驚くほど滑らかな表面を作ることができます。積層跡がない滑らかな表面は鋳造に最適な性能を発揮します。

PVB(レイヤーフリーフィラメント)

FDMの家庭用(低価格)3Dプリンターは積層跡が造形物に残るのが一つの課題とされています。この積層跡は、材料によってはサンディングやコーティングなどによって滑らかにすることが可能ですが、手軽に積層跡を消すことができるフィラメント材料が登場しています。

PVBレイヤーフリーフィラメントの特長と用途

レイヤーフリーフィラメントは、造形後に専用の研磨機器を使い表面を滑らかでつるつるにすることが可能です。そのためより高精度な試作品や、アート、模型などに使用することができます。

PolySmooth (PolyMaker製)

PolySmoothはPolyMakerが提供するレイヤーフリーフィラメントです。造形後に、PolySherという専用のアルコール研磨機器を使い、造形モデルの積層跡を磨き上げ、つるつるで滑らかな表面を実現することが可能です。

PolySmoothはカラーバリエーションも豊富で、一般消費財の高精度なプロトタイピング、アートやおもちゃ、置物などに最適なフィラメントです。

PVBレイヤーフリーフィラメントの注意点

PolySmoothは、吸湿性が高く空気中の水分を簡単に吸収します。そのため使用する際には十分に除湿した状態を保つことが必要です。除湿されていないとミスプリントや造形精度が落ちることがあります。

PolySherで研磨し表面を滑らかに

PolySmoothは、PolyMakerの専用研磨機PolySherを使うことでアルコールをミクロン単位で噴霧して研磨し、驚くほど滑らかな仕上がりを実現できます。

まとめ

FDM 3Dプリンターの特許が失効することで、デスクトップタイプの3Dプリンターでも高品質な造形ができるようになってきています。

造形安定性が高まると同時に、フィラメント材料のバリエーションも豊富になり、デスクトップでさまざまなモノが作れるようになります。

特にフィラメント材料の特長が金型と同じ材料が使用できる点にあり、将来もっともFDMの精度が向上すれば、1個単位から最終品レベルが作れるようになるでしょう。

そうした点からフィラメント材料とデスクトップ3Dプリンターは大きな可能性を秘めています。

ニューバランスがFormlabsとカスタム3Dプリントシューズ「990 Sport」を開発

広がるシューズ・靴の3Dプリント生産

3Dプリンターで作れるものとして利用が開始されているのが靴・シューズだ。2018年にはアディダスとCarbon社による3DプリントシューズALPHAEDGE 4Dが一躍話題となった(米国に続き日本国内でも販売)。

そして今回、新たにニューバランスが3Dプリントシューズの第一弾を発表している。この背景には2017年にFormlabs社と提携したシューズ3Dプリントカスタマイズ生産のシステムがある。

ニューバランスは3Dプリントカスタムシューズの第一弾として「990 Sport」を発表した。こちらは6月29日(土)に公開されニューバランス公式オンラインストアでも購入ができる。

ニューバランス 3Dプリントシューズ990 Sport

3Dプリントシューズ「990 Sport」とは

2017年にはアスリート向けのフットウェアとして開発されたシューズで、Formlabsが開発に関わったTriple Cell(トリプルセル)といわれる3Dプリントプラットフォームで生産される。

またソール部分にはRebound Resin(リバウンドレジン)”と呼ばれる新しい独自のフォトポリマー樹脂が開発され、従来のソール製造の制約にとらわれることなく、格子状の弾力性がある構造を作ることが可能だ。

従来のFormlabsの素材よりも高いエネルギーリターン、引裂き抵抗、伸長性を持つ材料だ。また従来の990v5よりも10%軽量化を実現している。

ニューバランス 3Dプリントシューズ990 Sport

【商品詳細】

  • 990 Sport
  • 商品名: U3DSPTBK
  • カラー名: BLACK
  • サイズ: D / 25.0~28.5㎝
  • 価格: 29,800円+税
  • 発売日: 2019年6月29日(土)

Triple Cellとは? 2020年度は1万足の3Dプリントを計画

今回発表された3DプリントプラットフォームTriple Cellとはどのようなシステムなのだろうか。FoFormlabsによるとTriple Cellを使用するとデータを使用して足の下の部分がミリ単位でわかるという。

ニューバランス 3Dプリントシューズ990 Sport
3Dプリンターでシューズをカスタム量産する試み

このプラットフォームはアメリカのニューバランス工場に拡張されており、独自のアスリートデータとパフォーマンスに関する洞察によってカスタムフィットシューズを無限の組み合わせで作成し、それをオンデマンドで製造することができる。

ニューバランスでは来年度はこの3Dプリントシューズを年間1万足以上生産することを計画している。

ニューバランス 3Dプリントシューズ990 Sport
ニューバランス工場で3Dプリント生産される

Rebound Resin 最終品レベルを実現する強度&伸長率

Triple Cellにあわせて開発された素材がRebound Resin(リバウンドレジン)だ。リバウンドレジンはソールに求められる談両区政のある格子構造を作成するように設計されており最終品として使用することができる。

また、Formlabsのもつステレオリソグラフィー(SLA)の樹脂よりも、高いエネルギーリターン、引き裂き強度、伸びを持っておりシューズのカスタマイズ量産には最適だ。

ニューバランス 3Dプリントシューズ990 Sport
高品質な性能で、より個人にフィットしたシューズが効率的に生産される
ニューバランス 3Dプリントシューズ990 Sport

※画像提供:ニューバランスプレスリリース、Formlabs公式

まとめ

Formlabsは全世界4000万以上のプリント実績を誇るForm 2に加え、新たに次世代機であるForm 3やForm 3 Lを発表(日本では2019年後半発売予定)している。

今回のニューバランスとの提携ではFormlabsがコンサルティングチームとして開発から入り込み、材料開発から生産ワークフロー、ロジスティクス、ソフトウェア開発、現場支援を行っており、最終品の3Dプリントカスタム量産への道を更に拡大している。また、今後のForm 3の登場に更に期待が集まりそうだ。

3Dプリンターのサポート材完全ガイド、注意点と対策

3Dプリンターのサポート材とは

3Dプリンターの運用において、最も頭を悩ます存在の一つがサポート材です。サポート材とは、その名前の通り、造形モデルを支える部分のことで、FDM®(熱溶解積層法)3Dプリンターでも、光造形法(SLA、DLP)3Dプリンターでも、付け方一つで造形モデルの精度に大きく影響します。

造形モデルをなるべく綺麗に仕上げたい場合にはサポート材のつく部分を極力減らすことが必要です。

例えば綺麗に見せたい表面にサポート材がついてしまうと、取り外しも大変なうえ、プリント後の手間(研磨などの後処理)も増えます。更に、サポート材がつけばつくほど、余計な材料費がかかります。

そこで、今回はFDM(熱溶解積層法)の3Dプリンターのサポート材について、その構造と、問題点、またよりサポートが少なく済む方法などの対策、更には専用のサポート材フィラメントまでご紹介します。

サポート材の手間を減らし、よりよい仕上がりを実現することで快適な3Dプリントが実現できます。

サポート材が必要な構造とは?

そもそもサポート材が必要な構造とはどのような形状なのでしょうか。

サポート材は、積層造形といわれる3Dプリンターならではの存在です。従来のブロックを削り出す切削になかった概念です。

3Dプリンターは、アディティブ・マニュファクチャリング(additive manufacturing)と呼ばれるように1層ずつ物体を固めて形にする手法です。そのため、積層する過程において、どうしても積み上げられない形状などがある場合、サポート材を生成します。

3D CADデータをスライス状にし、それをGコードといわれる数字のコードにして3Dプリンターに送ると、スライス状のデータに従って、プリンターが1層ずつ積み上げて一つの形にしていきます。

その際に形状によっては、物体を支えるサポート材がないと作ることができない形があります。
それが、次にご紹介するオーバーハングとブリッジです。

サポート材が必要な構造

オーバーハング

オーバーハングとは、もともと岩壁の傾斜のことを指します。『岩壁の傾斜が頭上に庇のようにおおいかぶさっている部分(三省堂 大辞林)』で、3Dプリンターの造形モデルでいうと、下記の図のようなT字やY字の形状のことです。

このT字やY字の屋根の部分は、サポート材が無いと、支えられず造形途中に落ちてしまう可能性があります。

FDM(熱溶解積層法)3Dプリンターの場合、前の層の上に少しずつずれて(オフセットされて)積層されます。それによって末広がりに広がりオーバーハングの形状を形にしていきます。

45度のオーバーハングが基準

サポート材が必要なオーバーハングは45度が基準となっています。屋根の傾きが45度を超えるとサポート材が必要になってきます。この角度は3Dプリンターや材料によっても若干異なります。

基本的には45度未満に収めればサポート材で補強しなくても造形できますが、プリンターの種類によっては35度や40度でもサポート材が必要な場合があります。

45度の角度までサポート材はつかない

T字のオーバーハングは必要

一方T字のオーバーハング、もしくは角度が90度のオーバーハングは、確実にサポート材が必要です。T字になる部分にサポート材をつけないと、空中支えきれずプリントは失敗してしまいます。

T字は90度の直角なため、サポート材がないと支えられない

ブリッジ

ブリッジは、その名前の通り“橋”のような造形物のことを指します。基本的にはブリッジも、オーバーハングのT字と同じ形状なためサポート材が必要になります。サポート材が無いと、橋の上の部分が支えることができずミスプリントが発生します。

ブリッジもは橋の形状を指すことからつけられた。サポート材が必要になる

オーバーハングテストでサポートの範囲を確認する

お使いの3Dプリンターが何度のオーバーハングまでサポート材が不要か簡単にテストすることができます。

3Dデータの無料ダウンロードサイトThingiverseでは、オーバーハングテスト用の造形モデルがあります。

5度刻みで20度から70度までの角度がテストできます。こちらでプリントすれば、何度までサポート材をつけずにプリントできるかチェックできます。

サポート材の角度検証ができる

サポート材の形

FDM 3Dプリンターのサポート材は、基本的に2種類の形状があります。造形モデルの形状や場所に応じて、機械が判断しサポート材の形が変わります。

細い線

細い線のようなサポート材は簡易的な補強で作られるサポート材です。オーバーハングを支える役割があり、簡単に取り外すことができます。

細い線のようなサポート材(出典:Flashforge)

箱型

薄い箱のような形状のサポート材です。最も一般的なサポートの形状で、T字型のオーバーハングやブリッジなどを支える役割があります。

サポート材としての役割は高いですが、その一方で、場所によっては取りはずすのが大変です。

また単一ノズルのFDM 3Dプリンターの場合、造形モデルとサポート材が同じ材料なため、モデルとサポート材がくっついて取りはずしにくい場合があります。

薄い箱のようなサポート形状(出典:Flashforge)

サポート材の付け方

サポート材の付け方は、3Dプリンターの種類によって異なります。押出ノズルが1本の場合と、デュアルヘッドといわれる押出ノズルを2本搭載したタイプで、サポート材の使用が異なります。

押出ノズル1本の3Dプリンターのサポート材

押出ノズルが1本しかないFDM 3Dプリンターでは、造形に使用する材料と同じ材料でサポート材が作られます。押出ノズルがモデルを積層しながら同時にサポート材も積層していくのです。

このタイプの3Dプリンターの問題はサポート材が取り外しにくい点です。造形モデルとサポート材が同じ材料なため、造形物の場所によっては、サポート材と造形モデルの接合部分が完全に密着してしまい取りはずすことが困難な場合があります。

また、密着性が高い場合には手で取り外すことが困難で、カッターやペンチなどを使用してとり外さなければなりません。場合によっては造形モデルの表面が汚くなったり破損したりします。

押出ノズル2本(デュアルヘッド)の3Dプリンターのサポート材

サポート材の課題を克服するには押出ノズルを2本搭載したデュアルヘッドの3Dプリンターが最適です。

業務用(ハイエンド)のFDM 3Dプリンターは2本押出ノズルを搭載しており、1本のノズルからは造形に使用する材料が積層され、もう1本の材料からはサポート材が積層されます。

デュアルヘッドの3Dプリンターの強みは、専用のサポート材を使用することができ、簡単に造形モデルから取り外すことができます。サポート材はPVAのような水溶性の素材で作られているため、水で溶かして除去することができます。

水で溶かすため造形モデルを傷つける心配もなく、取り外しが困難な中空部分や細い構造体でもストレスなく取りはずすことができます。

サポート材の問題点と対策

サポート材の問題点と課題をここで改めて整理しておきましょう。3Dプリンターは積層ピッチなどの造形精度が注目されがちですが、サポート材は運用面にさまざまな影響を与え、実はプリンター本体の性能よりも日々の作業には重要です。

サポート材の取り方、除去方法

3Dプリンターにおけるサポート材の取り方ですが、基本的には手で剥がします。ビルドプラットフォームからはスクレイパーなどの工具を使用してはがします。その後、造形モデルの周囲についているサポート材を手で剥がします。

剥がしにくい個所、特に中空モデルなどの内部のサポート材は、ペンチやピンセットなどを使い、差し込んで剥がします。

ただし、こうした手で剥がすことが出来るサポート材は、造形が上手に成功した場合で、それ以外は以下のような不具合などがおきます。

サポート材による不具合

サポート材による不具合や課題は以下のようなものがあります。

材料費の増加

サポート材の問題点の第一は、材料費の増加です。サポート部分が増えれば増えるほど、当然のことながら無駄な材料費がかかります。例えば、造形モデルが小さく薄い場合にはモデルそのものよりもサポート材の方が材料費がかかる場合があります。

プリント時間

サポート材が多ければ、当然のことながら材料費と同様にプリント時間も長くなります。

剥がれにくい

押出ノズルが1本の3Dプリンターでよくある現象ですが、サポート材と造形モデルが一体化してしまい、サポート材が剥がれないという問題点があります。

FDM 3Dプリンターは、熱可塑性樹脂といって加熱して柔らかくし冷えて固まるという樹脂を材料にしています。

そのため、溶かして固まる積層の過程で、サポート材と造形物が一体化してしまいます。これにはサポート材の付け方や押出ノズルの高さ(Z軸)の位置を調整したり、フィラメント材料の種類によっては、調整が大変になります。

後処理の手間

サポート材は造形後にニッパーやカッターで取り外しを行います。サポート材のつく場所が多かったり、サポート材が太い場合には、取り外しの手間も多く、造形後には研磨などの後処理が大変になります。

研磨や下処理は工数の増加につながり、コストもその分かかります。

表面の仕上がりへの影響(モデル破損のリスク)

サポート材が多いということは、造形モデルとの接着面が多いということです。慎重に取り外しを行わないと、造形モデルに傷がついたり最悪の場合には破損したり汚くなったりします。

また、サポート材を除去した個所は研磨などの後加工が必要になり、後処理の手間が増えることになります。造形モデルの種類によってプリント方向を調整したり、データを分割するなどして、表面にサポート材がつかないように調整が必要です。

対策:サポート材を最小にする方法

サポート材の問題点でもご紹介した通り、サポート材は極力少ない方が、材料コスト、時間、造形物の精度という3つの点からもベストです。ここではサポート材を最小にする方法をご紹介します。

プリント方向を変える

サポート材を最小にする第一の方法が、プリント方向の検証です。造形モデルのプリントする向きが変更することで、サポート材がつかない場合があります。

例えば、オーバーハングのT字のように水平にプリントする場合には必ずサポート材がついてしまうため、造形モデルの向きを縦や横方向などに変えるだけでサポート材がつかなくなる可能性があります。

造形モデルを斜めにする

造形モデルそのものの向きを斜めにするだけで、土台のみにサポート材がつき、モデル本体にはつかない場合もあります。

この斜めのプリント方向は、積層が徐々に小から大に広がって作られていくため、モデルも比較的綺麗にできる場合があります。

オーバーハング部の角度を調整する

オーバーハングの部分は約45度程度まではサポート材がつきません。そのため造形モデルの形を変更することが可能であれば、突き出している部分などの角度を調整することで、サポート材をつけずに済みます。

モデルを二つに分割する

場合によってはモデルを二つに分割する方法も有効です。例えば球体のような造形モデルは、1体で成形しようとすると球体の表面にもサポート材がついてしまい、仕上がりにも影響が出てしまいます。

そのため、造形後に接合することを想定し、二つに分割してプリントすることも必要です。

サポート材の密度を調整する

ソフトウェアで調整が可能であれば、サポート材の密度を調整することで、問題を解決することができます。

サポート材の密度は、密度を多くするとプリントは安定し造形モデルが綺麗にできる可能性がありますが、材料消費量とプリント時間が増え、場所によってはサポート材を取り外しにくくなります。

一方、サポート材の密度をすくなくすると、材料消費量とプリント時間は少なくなり、サポート材も取り外し安くなりますが、その一方で形状によってはミスプリントや失敗を引き起こす可能性があります。

サポート材フィラメントの種類

FDM(熱溶解積層法)3Dプリンターには、サポート専用のフィラメント材料が開発されています。サポート材は主に2種類あり、手で簡単に取り外しができるタイプと、水で溶かせる水溶性のサポート材が登場しています。

専用のサポート材を使用することで、造形モデルを綺麗に仕上げるだけではなく、キズや破損などの事故から防いでくれます。

家庭用(低価格)3Dプリンターのサポート材フィラメント

家庭用(低価格)3Dプリンターのサポート材もサポート材専用のフィラメント材料が開発されています。こちらも手で簡単に取り外しができるサポート材と、水で簡単に溶ける水溶性サポート材が登場しています。

PolySupport(PolyMaker製)

PolySupportは手で簡単に取り外すことができるサポート材です。構造を支えるしっかりとした強度と、手で簡単に取り外せる使いやすさを両立したサポート専用フィラメントです。

押出ノズルが1本の3Dプリンターですと、造形物を作る材料と、サポート材が同じなため、加熱して溶けて、冷えて固まるという物性も同じなため、完全にくっついてしまう恐れがあります。

しかし、PolySupportのように造形モデルを作る材料と異なる物性のサポート材フィラメントを使用すれば、完全にくっつくことはなく、取り外しも簡単に行うことができるのです。

3Dプリンターサポート材

PolySupportはPLAフィラメントポリカーボネート(PC)、PVB、TPU(熱可塑性ポリウレタン)ABSなどのサポート材として使用することができます。一方ナイロンフィラメントには対応していません。

PolySupportのスペック
  • カラー:パール・ホワイト
  • フィラメント径:1.75 mm(< ± 0.04 mm,通常は~ ± 0.02 mm)
  • 1巻の重量:750g
  • 推奨プリント温度:220~230℃
  • 推奨プリント速度:40~60mm/s
  • 推奨HBP(*2)温度(利用可能な場合):25~60℃
  • 価格:7,980円(税込み)
PolySupportの物性

PolyDissolve S1 水溶性サポート材(PolyMaker製)

PolyDissolve S1は、PolyMakerが開発した水溶性のサポート材フィラメントです。常温の水に浸けると2から3分ほどでサポート材が膨らんで簡単に手で取り外すことができます。

また、残ったサポート材は、水を入れ替えてつけると除去することができます。PLAPETG(ポリエチレンテレフタレート)、PVB、TPU(熱可塑性ポリウレタン)ナイロンといったフィラメントのサポート材として使用することができます。ポリカーボネート(PC)ABSには対応していません。

3Dプリンターサポート材

この水溶性サポート材PolyDissolveを使用すれば、中空の造形モデルや、除去ツールが入りにくい個所も水に溶かすことで、比較的簡単に除去することができます。

3Dプリンターサポート材
簡単に水で溶かすことができる

またPolyDissolve™S1は、十分に除湿する必要があり、乾燥設定は80℃で12時間乾燥する必要があります。乾燥ボックスのPolyBoxと一緒に使用することを推奨します。

PolyDissolve Siのスペック
  • カラー:ナチュラル
  • 平均フィラメント径:1.75 mm
  • 1巻の重量:750g
  • 推奨プリント温度(*1):215~225℃
  • 推奨プリント速度(*1):20㎜/s~40㎜/s
  • 推奨造形プレート加熱温度(利用可能な場合):25~60℃
  • 価格:9,980円(税込み)
PolyDissolve Siの相性

サポート材フィラメントの保管について

サポート材フィラメントは、吸湿性が高く、十分に除湿した環境で保管することが必要です。フィラメントの乾燥には、フィラメント乾燥ボックスであるPolyBoxがおススメです。湿度計を搭載し湿度15%をキープすることが可能です。

PolyBox

サポート材の取り外しやすさ

安価な家庭用(低価格)3Dプリンターの多く(押出ノズルが1本の3Dプリンター)が、サポート材を取り外すのが大変です。

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することができ、造形モデルも綺麗に仕上げることができます。

まとめ

3Dプリンターにとってサポート材は造形モデルを安定させ美しく仕上げるための要素です。

その一方で、サポート材そのものが造形モデルを取り外しにくくしたり、傷つけてしまう可能性があったり、取り扱いにくい存在です。特に押出ノズルが1本のFDM 3Dプリンターではサポート材の付け方一つで、ストレスなくプリントが可能です。

また最近では専用のサポート材フィラメントを使用することで、デスクトップタイプの3Dプリンターでも高品質で安定した造形が可能になりつつあります。是非皆さまの快適な3Dプリンターライフの一助になれば幸いです。

3Dプリンターのナイロンフィラメント完全ガイド

3Dプリンター用ナイロンフィラメントとは

3Dプリンター用材料の中において、高機能で汎用性が高い材料がナイロン(ポリアミド)です。ナイロンは、一般的には衣類の材料として有名ですが、さまざまな工業製品に使用されており、強度と耐熱性を持つエンジニアリングプラスチックとして有名です。

また、3Dプリンター用材料としても、高い強度と剛性を持ち、高い耐熱性を誇る強靭な素材としてエンジニアリング目的に使用されます。

その用途は幅広く、強度が求められる治具や工具から、機能性試験用のプロトタイプ、最終品まで幅広い分野で使用されます。3Dプリンター用のナイロンは、粉末焼結法やFDM®(熱溶解積層法)で使用されますが、特にFDM 3Dプリンターで使用する場合にはプリントに注意が必要です。

ここではFDM 3Dプリンターのナイロンフィラメントについてその特長や用途をご紹介するとともに、取り扱いの注意点や保管方法をお伝えします。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

3Dプリンター用ナイロンフィラメントの強みと弱み

3Dプリンター用ナイロンフィラメントは、フィラメント材料とFDM(熱溶解積層法)ならではの特長があります。

例えば、厚くプリントすると、充填密度が高く、肉厚なパーツに仕上げることができます。この肉厚パーツでは、大きな衝撃を吸収する耐衝撃性に優れた非常に強力なパーツとして使用することができます。

その一方で、ナイロンフィラメントで薄くプリントすると、衣類などで使用されるような非常に柔軟性に富んだ造形物にも仕上げることができるのです。

ナイロンフィラメントの強み

ナイロンフィラメントの強みは耐衝撃性に加え靭性、引張強度、耐熱性、耐摩耗性、耐油性、耐薬品性に優れ、ほぼ万能といえるような機能から、さまざまな造形に利用が可能です。

耐衝撃性:

ナイロンフィラメントの代表的な強みが耐衝撃性です。熱可塑性樹脂の中では、最高レベルの耐衝撃性を誇っており、工業用製品のパーツや治具など、さまざまな用途に使用されています。

引張強度:

ナイロンフィラメントの特長の一つが引張強度です。靭性にすぐれており、作られた造形物は柔軟で簡単には割れません。

耐熱性:

ナイロンフィラメントで作られた造形物は高い耐熱性を誇ります。フィラメントの種類によっては180℃までの耐熱性を誇り、高温下の環境でも高い強度を誇ります。

ナイロンフィラメントの弱み

ナイロンフィラメントの造形物は高強度で耐熱性にすぐれていますが、その一方で、材料として非常に吸湿性が高く、プリント中や保管中の十分な乾燥が必要です。吸湿による反りなどが起きやすい材料です。

ナイロンフィラメントの特性一覧

  • 靭性・引張強度:非常に強い引張強度をもち、対摩擦性は綿の10倍の強度を持つ
  • 耐熱性:180℃の高温下でも耐えうる。
  • 耐油性・耐薬品性:耐薬品性や耐油性に優れている。酸に対しては綿の100倍の強度を持つ。
  • 耐衝撃性:吸水により耐衝撃性や柔軟性が増す。

3Dプリンター用ナイロンでできること

ナイロンフィラメントはFDM 3Dプリンターの材料としても、さまざまな用途に使用されており、できることは幅広いです。強度、耐衝撃性、靭性などに優れることから、高機能が求められるパーツが最適です。

機能性テスト

3Dプリンター用ナイロンフィラメントのできることとしてまず挙げられるのが機能性テストパーツ作成です。機能性テストパーツは、形状確認だけではなく物理的な試験に耐えうる物性が求められます。

金属パーツの代替。高耐久パーツの作成と軽量化

次に既存の金属パーツの代替品としての役割があります。ナイロンフィラメントを使用することで、金属に匹敵する剛性や耐久性を保ちながら、パーツ自体の軽量化、コスト削減などに貢献します。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

オンデマンド製造

ナイロンフィラメントでは、最終品に求められる強度や耐久性、耐衝撃性を持っていることから、オンデマンド製造も可能です。設計データをCADで管理し、必要に応じて3Dプリンターでパーツを製造すれば、ビジネスを効率化してくれます。

また試作品の段階から最終品と同じ材料が使用できるため、設計から製造までを一元管理し、試作から改良、製造までの製造プロセスをシームレスにできます。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

多品種少量・カスタマイズ製造

ナイロンフィラメントと3Dプリンターならば、多品種少量生産も可能です。微妙な形状違いやデザイン違いのパーツも3Dプリンターであればデータの変更ですむため、カスタマイズして製造することが可能です。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

3Dプリンター用ナイロンで作れるもの

3Dプリンター用ナイロンフィラメントでは、さまざまなものを作ることができます。ここでは具体的な用途についてご紹介します。

試作・機能性プロトタイプ

ナイロンフィラメントの用途として、代表的なものが機能性プロトタイプです。機能性プロトタイプは、形状確認だけではなく強度や耐久性、耐衝撃性といったパーツの物性に関する試験ができるプロトタイプのことです。

特にナイロンは耐疲労性や靭性、耐衝撃性などにすぐれる強靭な素材であることから、強度が求められるパーツのプロトタイプに最適です。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

冶具・工具

ナイロンが持つ強度や耐疲労性、耐衝撃性、靭性などは、治具や工具の作成にも最適です。治具は生産工程において使用される留め具ですが、治具にもとめる対象物に応じた性能が求められます。

ナイロンの優れた強度は、より強度と耐久性が求められる治具の作成に適しています。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

最終品パーツ

ナイロンフィラメントでは最終品パーツを作ることができます。優れた靱性と摩耗特性(対摩擦性は綿の10倍の強度)を持ち、耐薬品性や耐熱性があることから、自動車業界や航空宇宙産業、軍需産業など過酷な環境の下での使用にも耐えうる素材として使用されています。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント

3Dプリンター用ナイロンフィラメントの種類

3Dプリンター用ナイロンフィラメントは、ストラタシスのハイエンドモデルを中心に利用することができます。また最近では安価な家庭用(低価格)3Dプリンターのフィラメント材料としても登場しています。

家庭用(低価格)・デスクトップ3Dプリンターのナイロンフィラメント

3Dプリンター用ナイロンフィラメントは、家庭用(低価格)やデスクトップタイプの3Dプリンター用のフィラメント材料としても登場しています。

ただ低価格のFDM 3Dプリンターは機種によって性能が異なるため、ナイロンフィラメントに対応していないケースが多いです。また、プリンターの性能によっては、ミスプリントが起きる可能性があり、取り扱う時に注意が必要です。

PolyMide™CoPA(PolyMaker製)

低価格・デスクトップ3Dプリンターのナイロンフィラメントとして代表的な存在がPolyMakerのPolyMide™CoPAです。

PolyMide™CoPAは、ナイロン6とナイロン6,6のコポリマーをベースにして作られたフィラメント材料で、ナイロンの持つ強度と靭性を持ち、180℃までの耐熱性も備えています。

最大の特長が、ナイロンフィラメントの弱点であった、“反り”を抑えることに成功しています。

同社が開発する材料の微細構造と結晶化を制御する「ワープフリー技術」をフィラメント開発に取り入れることで、低価格でも高品質なナイロンフィラメントの製造に成功しました。

この技術は反りを抑えるとともに、ノズル温度も250℃~260℃でプリントが可能になりノズルの消耗も抑えられます。デスクトップタイプ用のフィラメントですが、主な用途はエンジニアリング向けを想定しており、機械的に強度や耐熱性などが求められるパーツ、治具などを想定しています。

また工業用途での利用も開始しており、上海の同済大学ではPolyMideとカーボンファイバーを使用しエコカーをプリントしています。カラーはナチュラルとブラックの2種類を備え、価格は税込みで9,980円です。

3Dプリンター用ナイロンフィラメント
3Dプリンター用ナイロンフィラメント
PolyMide™CoPAのスペック
  • カラー:ナチュラル、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:260℃
  • プリントスピード:40mm/s
  • プリントベッド温度:70℃
  • ベッド表面:接着剤付きガラス
  • 冷却ファン:OFF
  • 価格:9,980円(税込み)
PolyMide™CoPAの物性
  • ヤング率:2223±199 Mpa
  • 引張強度:66.2±0.9 Mpa
  • 曲げ強さ:97.0±1.1 Mpa
  • シャルピー衝撃強度:9.6±1.4 kJ / m 2
  • ガラス転移点:67℃
  • ビカット軟化温度:180℃
  • 融解温度:190℃
  • 乾燥設定:12時間80℃
  • 推奨サポート材料:水溶性サポート材PolyDissolve™S1

3Dプリンター用ナイロンフィラメントの注意点と対策

3Dプリンター用ナイロンフィラメントは、特に、デスクトップタイプの3Dプリンターを使用する際に注意が必要です。

ナイロンフィラメントの不具合

ナイロンフィラメントはプリント中に以下のような不具合を起こす可能性があります。

吸湿性が非常に高く不具合をおこす

ナイロンフィラメントは他のフィラメント材料に比べて、吸湿性が非常に高く、水分に非常に敏感です。例えば、24時間で水の密度の約10%を吸収してしまいます。

そのため保管する際には他の吸湿性フィラメントと同様、乾燥剤などを使用し、十分に乾燥しておくことが重要です。具体的には相対湿度20%以下で良質なプリントが実現できます。

反りが起きやすい

水を吸収したナイロンフィラメントでは、いくつかの不具合をおこします。第一が反りです。ABSフィラメントと同様、ナイロンフィラメントも吸湿による熱収縮が高く、造形中に反ってしまいます。

層間接着性が落ちる

第二に、層間接着性が落ちます。FDMはフィラメントを溶かして積み上げるため、層と層の密着性が重要です。しかし吸湿してしまうと造形物の表面は接着性が落ち仕上がり悪く、最悪の場合は押出ノズルから飛び散る可能性があります。

表面が汚くなる

ナイロンフィラメントを水を吸った状態で使用すると表面の仕上がりも汚くなります。外側に小さな穴や気泡ができたりします。

強度が低下する

ナイロンフィラメントで作れる造形モデルは、耐衝撃性や耐摩耗性など強度に優れます。しかし、十分に乾燥していない状態でプリントするとナイロン本来の十分な強度が出せない可能性があります。

対策

ナイロンフィラメントの不具合を防ぐ対策として、以下の方法があります。

フィラメント乾燥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。

PolyBox

まとめ

3Dプリンター用ナイロンフィラメントは、デスクトップ3Dプリンターで使用することで、手軽に高強度で耐熱性にすぐれ、さまざまな用途に使用できます。しかしその一方で、正確にプリントするためには管理や保存に最新の注意が必要で、使用できるプリンター選択が必要です。

3Dプリンターの展示会TCT JAPANレポート

3Dプリンター専門の見本市

TCT JAPANは、3Dプリンター専門の一大見本市だ。日本の3Dプリンターやデジタルものづくりに関する展示会は、今回ご紹介するTCT JAPANと、次世代3Dプリンタ展、MakerFairなどが存在する。

中でもTCTは、過去5年間の開催で、出展企業、来場者数共に増加し続けている3Dプリンター、アディティブマニュファクチャリングの一大展示会だ。今回は2017年から2019年に開催された過去3回のレポートをもとに、TCTJAPANの傾向と特長をご紹介しよう。

3Dプリンター展示会 TCT JAPAN

5年で出展者が2倍。規模は約3倍に拡大

TCTとは、Time Compression Technologyの略で、3DプリンティングやAM(アディティブマニュファクチャリング)などの応用によって、あらゆる産業における新製品・技術開発/製造プロセスの加速化・最適化を図る技術のことを指す。

出展企業も3Dプリンターメーカーや販売代理店だけではなく、材料・ソフトウエア・サービスビューロー・表面処理・計測・アカデミアなど多彩な出展者がそろう。

その規模は、過去5年間で出展社数が2倍(50社から100社)、展示館全体の規模である小間数は3倍に拡大している。

この成長から、例年約40%が新規出展で占められており3Dプリンティング市場の成長に伴い、新規参入・事業拡大に向けたマーケティング機会として利用する傾向が高い。

TCTJAPANグラフ

多彩な業界が注目する3Dプリンター

TCT JAPAN 2019は43,622名の来場者が訪れ、2020年度は更に5万人の来場者を見込んでいる。来場者の業界別データを見てみると、さまざまな分野の人が3Dプリンターやアディティブマニュファクチャリングに興味を持っていることがうかがえる。

下記はTCT JAPANが発表しているデータだが、3Dプリンターに関心を持っている業界がさまざまな分野に分かれていることがうかがえる。

例えば、精密機器産業・機械が17.7%で最も多く、次いで自動車・運輸機が13.5%、材料・化学が10.0%で、電気・電子機器・総合電器が7%である。後はほぼ3%~5%のシェアで医療や印刷、アパレル・一般消費財、建設・不動産など、多岐にわたっている。

こうした点から、3Dプリント市場が多くの人にとって関心の高い分野であり、材料や印刷など、新たに新規参入をしようという分野もうかがえる。

TCTJAPANグラフ

製品開発&製造技術の来場者が50%を占める

次に、職種だが、来場者の半分が製品開発や製造に関する分野で占められている。内訳では製品開発・設計・デザインが22.7%、生産管理・製造技術が9.2%、研究開発(応用研究)が10.8%、研究開発(基礎研究)が5.9%となっている。合わせて48.6%が製品開発に関する職種になる。

TCT JAPAN

製造&量産への関心が高まる

それでは来場者は3Dプリンターやアディティブマニュファクチャリングについて、どのような分野の利用に興味があるのだろうか。

第一が、製造と量産である。製造と量産は全体の4分の1、26.2%を占めている。3Dプリンターの最終品製造への利用は、ストラタシスのハイエンドFDM 3Dプリンターや、金属3Dプリンターなどが利用を開始している。

造形テクノロジーの進化で徐々に最終品の製造や量産への利用が広がりつつある。

次に多いのが試作や評価で25.6%を占める。試作や評価は3Dプリンターの従来からの役割だが、ストラタシスのPolyJetテクノロジーのように、造形技術の進化によって、試作&検証も最終品さながらのレベルまで検証することができる。

以下、研究開発が20%でこちらは新たな製品開発のテストモデルや機能試験などを目的としたものではないだろうか。

興味深いのが生産設計・型製作で5.5%の比率を占めており、デジタルモールド®など3Dプリンターをベースにした金型開発や量産への利用の一部として注目が集まっている。

TCTJAPANグラフ

樹脂から金属材料への関心が高まる

次に3Dプリンターの方式別の関心では、光造形法(13.6%)、粉末焼結法(12.9%)、熱溶解積層法(11.5%)、インクジェット法(10.8%)、の順番となっている。

TCTJAPANグラフ
TCT JAPAN

ほぼどの製法の比率も同程度だが、関心がある材料では樹脂が31.1%、金属材料が33.1%となっており、樹脂材料同様に金属への関心が日本においても高まってきている結果となっている。

TCTJAPANグラフ

同時に最終品製造や生産への関心の高さが反映されていると言えるだろう。その一方で、金属3Dプリンターは粉末焼結法以外はあまり認知されていないようだ。

MIM(金属射出成形)を応用したデスクトップメタルや、ニコンの小型&高性能金属3Dプリンター「Lasermeister 100A」など、小型でありながら最終品レベルが作れる金属3Dプリンターはこれから注目度が高いと言えるだろう。

まとめ

3Dプリンターは、各方式や造形を安定させる特許技術が失効することで、続々と進化を遂げつつある。

また、金属3Dプリンターなども従来よりも小型で安価、扱いやすい機種が登場し始めており、来場者の関心の主要テーマである“製造と生産”にも対応できる機種がこれから更に登場してくる可能性が高い。

3Dプリンターはアディティブマニュファクチャリングはインダストリー4.0の中の自動化を担うキーファクターとして、いかに自社の生産体制や開発体制に取り入れるかがカギとなる。そうした点から、今後3Dプリンターの展示会は注目度が高いと言えるだろう。

TCT Japan 2020

主催 :JTBコミュニケーションデザイン
Rapid News Publications
日時 :2020年1月29日(水)~1月31日(金)
会場 :東京ビッグサイト
来場予定者数:50,000名(*同時開催展含む)
WEB:https://www.tctjapan.jp/

TCTバナー

3Dプリンターの木材フィラメント完全ガイド

3Dプリンター用木材フィラメントとは

3Dプリンター用木材フィラメントは、デスクトップタイプや家庭用(低価格)のFDM ® 3Dプリンターの材料として使用することができます。業務用のハイエンド3Dプリンターでは登場していません。

FDM(熱溶解積層法)の特許が切れることで、安価な3Dプリンターの開発が進み、フィラメント材料のバリエーションも年々増加しています。

中でも木材フィラメントは木の質感の造形モデルを作ることができ、アートやオブジェ、建築モデルなどに最適なフィラメント材料です。

デスクトップ3Dプリンターの可能性は、アートやオブジェ、作品作りなどまでものづくりを広げてことになりますが、木材フィラメントはその象徴的な材料と言えます。

造形後に研磨などを施せば美しい仕上がりが可能です。その反面、木材という異素材が配合されている種類は、ノズル詰まりなどが頻繁に起きる可能性があります。

今回も3Dプリンター用木材フィラメントの特長や種類、プリントする際に注意点などをご紹介します。

3Dプリンター用木材フィラメント

3Dプリンター用木材フィラメントの強みと弱み

3Dプリンター用木材フィラメントには2種類あります。第一がPLAフィラメントに本物の木材を配合しているもの。第二がPLAフィラメントのみで“木材調”を表現しているものです。それぞれで強み弱みが異なります。

木材フィラメントの強み

木材フィラメントは、PLA樹脂をベースに本物の木材粉末を配合しているフィラメントです。従来の切削などで用いられるケミカルウッドをフィラメント化したような材料です。

木材調の造形ができる:

木材の含有量は、材料の内の30%から40%程度木材が配合されています。(メーカーやフィラメントの種類によって異なる。残りの60%から70%の材料はPLA樹脂)。そのため最大の特長が“木目調”の造形ができるという点です。

木の香りがする:

本物の木材を配合していることからほのかに木の香りがします。

造形後の後加工ができる:

造形後にはサンディングで研磨し、塗装などを施すことで美しい質感を表すことができます。

PLAと同じ設定でプリントできる(PolyWoodのみ):

PolyMakerのPolyWoodのように100%PLA樹脂で作られており、木材を含まない木材フィラメントの場合は、PLAフィラメントと同じ設定でプリントでき、ノズルつまりを防ぐことができます。

木材フィラメントの弱み

本物の木材粒子が配合されているフィラメントでは、押出ノズルに粒子がたまりやすく、目詰まりを引き起こしやすくなります。

そのため、木材フィラメントを使用する場合にはノズル径が大きいものを使用する必要があります。木材フィラメントのノズル詰まりについては後程詳しくご紹介します。

木材フィラメントの特性

  • 木材が30%から40%配合されている
  • PLAのみで木材風のフィラメントもある
  • 木目調・木質の質感ができる
  • 木の香りを含む
  • サンディングや塗装で美しい表面仕上げが可能

3Dプリンター用木材フィラメントでできること

3Dプリンター用木材フィラメントを使用すれば、外観が木の質感を持つモデルを作ることができます。また、本物の木材を含有するフィラメントで作られた造形モデルはサンドペーパーなどを用いて研磨することで、滑らかな表面処理が可能です。

汎用的なオブジェクト

3Dプリンター用木材フィラメントは、木の質感をもつさまざまなオブジェクトを作ることができます。アート、教育モデル、ワークショップなど3Dプリントを身近に感じる汎用的な用途に使用できます。

DIYオブジェクト

木材フィラメントはDIYにも最適です。木目調の美しい質感や手触り、PLA樹脂と木材による環境に優しい材料、本物の木の香りによって、家庭用の装飾品などDIY用のオブジェクトに適しています。

建築モデルのパース・プロトタイプ

木材フィラメントは独得の質感から、建築モデルのパースやプロトタイプを作るのにも使用することができます。特に木造建築物の質感などを再現するのにも最適です。

3Dプリンター用木材フィラメントで作れるもの

3Dプリンター用木材フィラメントの主な用途として、木材の質感が求められる模型や、おもちゃ、アート、小物、装飾品などを作ることができます。

植木鉢・ガーデニング

木材フィラメントは、木の質感をリアルに再現できることから、ガーデニングの用途にも利用できます。本物の木材粉末を配合したフィラメントで植木鉢などを作ることもできます。こちらはPolyMakerのPolyWoodで作った植木鉢です。

3Dプリンター用木材フィラメント

スマートフォン用スピーカー

木材フィラメントでは、家庭用の小物やアイテムを作ることもできます。こちらはスマートフォン用のパッシブアンプです。

PolyMakerのPolyWoodで作られたスピーカーです。PolyWoodは本物の木材を含まずPLA樹脂のみで木の質感を表しているので、ノズル詰まりもなく、安定して木の質感の造形モデルを作ることができます。

3Dプリンター用木材フィラメント

花瓶

木材フィラメントで作れるものの一つに花瓶もあります。木材という自然由来の素材や木材ならではの質感は、花などを飾るのにも最適です。こちらは、PolyWoodでプリントされた花瓶です。

3Dプリンター用木材フィラメント

木の伝統工芸品(コップ)

木材フィラメントは、木で作られた伝統工芸品などの模型にも最適です。こちらは木材フィラメントで作られたクスカです。クスカはフィンランドの伝統工芸品で、白樺の木をくりぬいて作られたコップです。

3Dプリンター用木材フィラメント

建築モデル

木造建築などのモデルやパースなどの3Dプリントにも木材フィラメントは最適です。写真はPolyWoodで作られた木造の家のプロトタイプです。

3Dプリンター用木材フィラメント

3Dプリンター用木材フィラメントの種類

3Dプリンター用木材フィラメントは家庭用(低価格)3Dプリンターでの使用が一般的です。業務用のハイエンドタイプの3Dプリンターでは基本的に使用できません。

家庭用(低価格)・デスクトップ3Dプリンターの木材フィラメント

デスクトップタイプなど、家庭用(低価格)3Dプリンターの木材フィラメントは、さまざまな種類が登場しています。

基本的にPLA樹脂をベースに開発されており、に本物の木材粉末が30%程度含有されているものと、100%PLA樹脂で作られている材料に分かれます。

3Dプリンター用木材フィラメント

PolyWood (PolyMaker製)

木材フィラメントの代表的な存在がPolyMaker社のPolyWoodです。PolyWoodは、100%PLA樹脂によって作られたフィラメント材料です。

一般的な木材フィラメントは、本物の木材粉末が配合されていることによってノズル詰まりが起きる可能性があり、その課題をPLA樹脂のみで生成することで克服しています。

PLAフィラメントと同じ設定でプリントが可能で、比較的大きい造形モデルもプリント可能です。

3Dプリンター用木材フィラメント
PolyWoodのスペック
  • 重量:600 Kg
  • フィラメント径:1.75 mm ±0.05 mm
  • プリント温度:190℃~210℃
  • プリントスピード:50mm/s
  • プリントベッド温度:40℃~50℃
  • 冷却ファン:ON
  • 価格:7,980円(税込み)
PolyWoodの物性
  • ヤング率:なし
  • 引張強さ:23.2±0.4 Mpa
  • 曲げ強さ:52.9±0.3 Mpa
  • シャルピー衝撃強度:2.1±0.2 kJ / m 2
  • ガラス転移温度:62℃
  • ビカット軟化温度:60℃
  • 融解温度:151℃
  • 乾燥設定:70℃で8時間
  • 推奨サポート材料:水溶性サポートPolyDissolve™S1

Premium PLA木材 (AFINIA)

木材フィラメントは、デスクトップタイプのAFINIA 3Dプリンター専用材料でも登場しています。AFINIAのWoodフィラメントは、PLA樹脂をベースに木材粉末を配合したスペシャルフィラメントです。

本物の木材の質感が再現でき、木の香りが漂うフィラメント材料です。造形後は、サンディングの研磨や、塗装などがおこなえ、高い質感の木材モデルを作ることができます。

3Dプリンター用木材フィラメント

Preimum PLA木材のスペック

  • フィラメント径: 1.75mm ±0.4mm
  • 推奨プリント温度:190~240℃
  • 推奨プリント速度:15mm/s
  • 造形プレートの加熱:なし
  • 価格:4,104円(税込)

3Dプリンター用木材フィラメントの注意点と対策

3Dプリンター用木材フィラメントを使用する際にはいくつかの注意点があります。具体的にはノズル詰まりといった不具合を発生させる可能性があります。

100%PLAフィラメントで構成されているPolyWoodなどではノズル詰まりの心配はありませんが、その他の木材粉末が配合されている木材フィラメントは、ノズル詰まりが頻繁に起きる可能性があります。

ノズル詰まり

木材フィラメントの不具合として代表的な症状がノズル詰まりです。木材フィラメントには本物の木の粒子が配合されているため、プリント中にノズルの奥深くまで粒子が入り込み、詰まってしまい正常に押出ができなくなってしまいます。

対策

木材フィラメントでより良いプリント性能やノズル詰まりを解消するための対策は以下の通りです。

大きいノズルを使用する

一般的な押出ノズルは、0.3mmや0.4mmですが、本物の木材が配合されているフィラメントを使用する場合には直径0.5mm以上のノズルを使用することをおススメします。

また、0.5mm以上のノズルを使用することで、ノズル詰まりは大きく減らすことができますが、定期的にノズル内に形成された粒子による詰まりを取り除く必要があります。

フィラメント吸湿ボックスを使用する

木材フィラメントも、よりよいプリント結果やノズル詰まりを防止するためには湿度からの吸湿を防ぐことが大切です。そのためプリント中だけではなく保管中もフィラメント吸湿ボックスなどを使用して、乾燥した状態をキープする必要があります。

PolyMakerのPolyBoxは、大型の吸湿材を入れることが可能で、常にフィラメントの状態を一定に保ちます。湿度計が搭載されており、部屋の除湿と合わせて使用することで、より良いプリント結果を得ることができます。

PolyBox

まとめ

3Dプリンター用木材フィラメントを使用することで、アートや置物、模型などのさまざまな用途に3Dプリンターを使用することができます。また100%PLAフィラメントで構成されているPolyWoodなどを使用すればノズル詰まりの心配もなく快適に3Dプリントを行うことができます。木材フィラメントは用途に合わせて選択したい材料の一つです。

3Dプリンターのゴム(エラストマー)フィラメント完全ガイド

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントとは

3Dプリンターではゴム(エラストマー)のフィラメント材料も登場しています。

これまでゴムの加工も金型を使った量産が中心でしたが、3Dプリンターの材料として登場することで、靭性や柔軟性が求められるプロトタイピングや、パーツ製造に広がりを見せています。

その一方で、ゴム(エラストマー)フィラメントを正確にプリントするためには、さまざまな注意点があり、専用押出ノズルの使用や温度設定、ノズルのスピードなど、最適化しなければならない点が多数あります。

ここでは3Dプリンター用のゴム・エラストマー、ゴムライク材料の特長や種類、更には注意点と対策などについてご紹介します。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントの強みと弱み

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントには、他のフィラメント材料には無い機能があります。耐摩耗性、耐衝撃性、柔軟性、引張強度、耐薬品性に優れる素材です。

TPU(熱可塑性ポリウレタン)が一般的な素材で、3Dプリンター用フィラメントになることで、1個単位からゴムパーツを作ることが可能です。

工業用ゴムパーツの試作からエンドユーザー向けの消費者製品のプロトタイプまで幅広い用途に使用できます。

ゴム(エラストマー)フィラメントの強み

ゴム(エラストマー)フィラメントの最大の強みが柔軟性です。そのほか柔軟性からくる耐衝撃性、靭性などを持っています。

柔軟性:

ゴム(エラストマー)フィラメントの一番の強みが、他の材料には無い弾力性や柔軟性です。ベースはTPU(熱可塑性ポリウレタン)で作られていることが多く、柔軟性もさまざまな軟らかさのものがあります。この柔軟性を活かした機能性プロトタイプや試作品を作ることができます。

耐衝撃性:

ゴム(エラストマー)フィラメントで作られた造形モデルは、その軟らかさから優れた耐衝撃性を発揮します。この耐衝撃性を活かし、カバーやケースなどの機能性プロトタイプにも使用されます。

振動吸収:

ゴム(エラストマー)フィラメントは同時に振動吸収性がある造形モデルにも最適です。

ゴム(エラストマー)フィラメントの弱み

ゴム(エラストマー)フィラメントの最大の弱点が造形自体が難しいという点があげられます。このゴム(エラストマー)フィラメントの注意点と対策はのちに詳しくご紹介します。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)の特性

  • 耐摩耗性:高い耐摩耗性を誇る。
  • 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プリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントでできること

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントでできることはさまざまです。自動車業界や機械製品、航空宇宙産業の工業用や、消費者向け製品など、さまざまな分野の製品開発を効率化してくれます。

製品開発の効率化:リードタイムの短縮

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントを使用することで、製品開発の効率化を実現できます。従来ゴム製品の試作には、金型や鋳型を使用して行われるのが一般的でしたが、TPU(熱可塑性ポリウレタン)を使用することで、大幅に効率化できます。

3DCADデータから1個単位で3Dプリントすることができるため、データから最短で数時間で試作品をアウトプットすることが可能です。

さらに、形状違いやマイナーチェンジのプロトタイプも、一度に3Dプリントすることが可能です。特に、柔軟性や耐久性などが求められるゴムパーツでは、3Dプリンターを利用することで、試作品のプリントと検証が驚くほど迅速にできます。

リードタイムの短縮は必然的にコスト削減につながります。また製品開発のサイクルが早まることで、より高品質で競争力のある製品開発が可能となります。

製品開発の効率化:コスト削減

TPU(熱可塑性ポリウレタン)などのゴム(エラストマー)フィラメントを製品開発に使用することでコストを削減することができます。3Dデータから1個単位から作ることができるので、型を作るよりもはるかに安価に作れます。

また微妙なデザインバリエーションを作る場合も、型を余分に作る必要がなく、造形に必要な分の材料費だけで済み、低コストで実現できます。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントで作れるもの

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントは柔軟性が求められるパーツやプロダクトの試作や製造に使用することができます。

特にTPU(熱可塑性ポリウレタン)のフィラメントは、靭性や耐摩耗性、耐薬品性などに優れていることから、自動車や航空宇宙などのゴムパーツの試作や、シューズ、サンダルなどのソール・靴底といった履物のプロトタイピングなどに最適です。

工業用ゴムパーツの試作・製造

TPU(熱可塑性ポリウレタン)などのゴム(エラストマー)フィラメントは、自動車や航空宇宙産業、機械産業といった工業用のパーツ製造、試作品を作ることができます。

こうした工業用途、特に自動車業界などでは、さまざまなゴムパーツを使用します。また、工業用のゴム・エラストマー素材として優れた耐摩耗性、引張強度、靭性を持ちホースやカバー、キャップ、パッキンといった柔軟性が求められるさまざまなパーツの3Dプリントに最適です。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

靴、シューズ・サンダルなど消費者向け製品の開発

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントは、消費者向けの製品のプロトタイピングもできます。例えば、弾力性が求められるシューズのボディやソールには3Dプリント用ゴムが最適です。

これまでシューズのソールなどの試作は金型で作られていましたが、TPUフィラメントのようなエラストマー材料を使えば、コストやリードタイムをはるかに効率化することができます。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

機能性試験用パーツ

3Dプリンター用のゴム(エラストマー)フィラメントは基本的に耐摩耗性や耐衝撃性に優れる造形ができることから、機能性試験用のパーツにも最適です。

TPU(熱可塑性ポリウレタン)フィラメントの造形は、作るパーツの形状や太さなどによっても、物性がことなるため、幅広い用途に使えます。

因みにTPUフィラメントの硬さは、ポリマーの配合具合によって異なるため、フィラメントの種類やメーカーによってショア硬度が異なります。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

軟らかいゴム製品

ゴム(エラストマー)フィラメントはまた、柔らかいゴム製品の製作に最適です。特にその特性である柔軟性や耐衝撃性を活かした製品を作ることができます。例えばスマートフォンケースなどのカバーや、伸縮性が求められる製品などに最適です。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

ゴム(エラストマー)フィラメントの種類

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントは、低価格な家庭用3Dプリンターで登場しています。種類はメーカーごとにさまざまですが、プリント安定性などにバラつきがあり、使用する3Dプリンターも制約があります。

デスクトップや家庭用(低価格)3Dプリンターのゴム(エラストマー)フィラメント

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントは、これまで家庭用(低価格)3Dプリンターの材料が中心でした。そのほとんどがTPU(熱可塑性ポリウレタン)フィラメントで、メーカーはさまざまです。ここではPolyMakerのPolyFlex TPU95をご紹介します。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料

PolyFlex TPU95(PolyMaker製)

PolyFlex TPU95は、PolyMakerのTPU(熱可塑性ポリウレタン)フィラメントです。ショア硬度95Aの硬さを持つフィラメント材料で元の長さの3倍以上伸びる(400%を超える大きな破断伸びを誇る)伸縮性に富んだゴム材料です。

紫外線硬化性樹脂のゴムライクな材料と比べると、非常に柔らかく柔軟性を持つ造形モデルのプリントに最適です。

特にPolyMaker製のフィラメントは、プリント適正が高く、8段階の品質管理プロセスと厳格な室内試験を経て生産されるため、正確な造形モデルを作ることができます。

カラーはホワイト、ブラック、イエロー、オレンジの4色をそろえ、デスクトップで手軽にゴム製品の造形が可能です。

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメント材料
PolyFlex TPU95のスペック
  • カラー:ブラック、ホワイト、イエロー、オレンジ
  • 重量:750g
  • フィラメント径:1.75 mm ±0.05 mm
  • プリント温度:220℃~235℃
  • プリントスピード:30mm/s~90mm/s
  • プリントベッド温度:0℃~60℃
  • ベッド表面:のり付きガラス、ブルーテープ、BuilTak®
  • 冷却ファン:ON
  • 価格:7,980円(税込み)
PolyFlex TPU95の物性
  • 100%モジュラス:9.4±0.3 Mpa
  • 引張強さ:29±2.8 Mpa
  • 破断点伸び:330.1±14.9 Mpa
  • ショア硬度:95A
  • 乾燥設定:70℃で12時間
  • 推奨サポート材料:PolyDissolve™S1

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントの注意点と対策

安価な家庭用(低価格)やデスクトップの3DプリンターでTPU(熱可塑性ポリウレタン)などのゴム(エラストマー)フィラメントを使用する場合には、いくつかの注意点があります。

不具合の種類

ゴム(エラストマー)フィラメントで3Dプリントすると以下のような不具合が起きる可能性があります。

造形物のゆがみ

ゴム(エラストマー)フィラメントの不具合として発生しやすいのが造形物のゆがみです。TPUは柔軟性と弾力性がある柔らかい材料であることから、積層の過程において歪む可能性があります。

ノズル詰まり

TPU(熱可塑性ポリウレタン)などゴム(エラストマー)フィラメントの不具合としてノズル詰まりもおきます。

FDM タイプの3Dプリンターは、ノズルの内部にフィラメントを押し出すギアがついており、フィラメントも柔らかいためギア部分に絡まりノズルが詰まる不具合がおきます。

対策

歪みやノズル詰まりを防ぐためには、最適な温度設定の他に、専用の押出ノズルを使用したり、プリントスピードの設定を最適化したりすることが求められます。以下の設定をおススメします。

専用押出ノズルを使用する

ゴム(エラストマー)フィラメントを正しくプリントするためには、専用の押出ノズルを使用するのがベストです。

TPU(熱可塑性ポリウレタン)などのゴムフィラメントは、他のプラスチックとは違い、フィラメントそのものが柔らかく、非常に不安定です。そのためTPUに求められる冷却効率やノズル径が最適化された押出ノズルが必要です。

例えば、UP 3DプリンターのUP 300では、TPU専用に冷却効率を高めた押出ノズルを使用することができます。冷却効率は、加熱して柔らかくなったTPUを瞬時に硬化させるのに必要です。

UP300 3Dプリンター

ノズル温度とプリントベッドを最適化する

ゴム(エラストマー)フィラメントでは、ノズル温度と造形プレートであるプリントベッド温度のバランスも大切です。例えば、UP 300とTPU専用ノズルでPolyFlex TPU95を使用する場合には、ノズル温度を230℃、造形プレートの温度を50度にするとミスが無い造形が可能になります。

プリントスピードを最適化する

TPUフィラメントは他のフィラメントと比べて柔らかいため、プリントスピードも遅いスピードに設定します。メーカーごとにプリントスピードは異なりますが、20mm/s、30mm/sから早くても35mm/sが理想的です。

プリントスピードを上げると、フィラメントがノズルのギアに絡まりやすくなります。また、ゆっくりと積層されることで、しっかりと密着しゆがみもすくなくなります。

フィラメントスプールの位置を最適化する

フィラメントスプールの位置を最適化することで、ノズル詰まりを解消できる可能性があります。押出機の駆動ギア(ホイール)は少しずつフィラメントをノズルに取り込もうと回転しますが、フィラメントスプールの動きは引き込みつつ少量を巻き戻す動きをとります。

TPU(熱可塑性ポリウレタン)は弾性があることから、引っ張られながら引き伸ばされてしまいます。一例としてスプールをプリンターの上などに取り付けて、フィラメントが引っ張られる抵抗を減らすことで改善することがあります。

まとめ

3Dプリンター用ゴム(エラストマー)フィラメントは、他の硬質プラスチックにはない独得の柔軟性でゴム製品の試作などに利用することが可能です。その反面、プリント設定や造形安定性には、細心の注意が求められます。

またフィラメント材料と3Dプリンターの互換性などもあり(押出ノズルや造形プレート、プリント速度など)、PolyFlex TPU95とTPU専用ノズルを持つUP300 3Dプリンターのように、最適な組み合わせを見つけることが重要です。

3Dプリンターのポリカーボネート(PC)フィラメント完全ガイド

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントとは

3Dプリンター用フィラメント材料の中で、エンジニアリング・プラスチックの部類に入るのがポリカーボネート(PC)フィラメントです。

エンジニアリング・プラスチックとは、通常のプラスチックよりも高強度で耐熱性にすぐれる材料です。ポリカーボネートはいわばその代表的な材料と言えるでしょう。

これまでポリカーボネートは、金型や切削でしか利用することができない材料でしたが3Dプリンターのフィラメント材料として登場することで、ものづくりの幅が大きく広がりつつあります。

また最近では、安価なデスクトップタイプのFDM®(熱溶解積層法)3Dプリンターでもポリカーボネート(PC)フィラメントが登場しており、新たな製品開発を広げてくれる材料として期待されています。

その一方で、ポリカーボネート(PC)フィラメントは、扱いが難しく、使用できる3Dプリンターも限定されます。

そこで今回はポリカーボネート(PC)フィラメントについて、その特長や用途をご紹介するとともに、フィラメント材料の種類や、注意点をご紹介します。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントの強みと弱み

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントは、その優れた物性から、さまざまな用途に使用することができます。

その一方で、デスクトップタイプのFDM 3Dプリンターで取り扱う際には、反りや糸引き、にじみなど、さまざまな注意点がある材料です。

ポリカーボネート(PC)フィラメントの強み

ポリカーボネート(PC)フィラメントの最大の強みは、その機械的特性です。高強度と耐熱性はさまざまな用途に使用することができます。

耐衝撃性:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、金型などで使用されるポリカーボネートと同様、高い耐衝撃性、靭性、強度を持った造形モデルをつくることができます。

こうしたエンジニアリング・プラスチックとしての高い性能は、フィラメント材料の中ではトップレベルの性能を誇ります。また、フィラメント材料のなかでは、ABSフィラメントと同様靭性などにも優れているため、加工後の研磨や塗装なども施すことができます。

耐熱性:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、最高レベルの耐熱性をもっています。通常110℃程度の熱たわみ温度を持っており高耐熱のパーツ製造や、機能テストモデルを作ることができます。

透明性:

ポリカーボネート・フィラメントは、他のフィラメントとちがい、透明性を持つフィラメント材料でもあります。FDM(熱溶解積層法)の積層跡が残るため、完全な透明性は再現することは難しいですが、造形後の研磨などにより、透明性を高めることもできます。

ポリカーボネート(PC)フィラメントの弱み

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、優れた物性の反面、取り扱いにはさまざまな注意点が必要になり、繊細な管理が求められます。

繊細な設定が求められる:

ポリカーボネート(PC)フィラメントの欠点が、造形に繊細な設定が求められる点です。のちの注意点と対策の部分で詳しくご紹介しますが、ポリカーボネート(PC)フィラメントで正しい造形を行うためにはノズル温度やプリント速度、フィラメントの管理まで適切な設定が必要です。

ポリカーボネート(PC)フィラメントの特性一覧

  • 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(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。アクリル樹脂(PMMA)のおよそ10倍
  • 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。
  • 透明性:透明性を持つ。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントでできること

ポリカーボネート(PC)フィラメントは100℃以上の高温化に長時間さらされたとしても、一定以上の強度を保つことができるエンジニアリング・プラスチック材料です。

特にポリカーボネートは非常に高い耐衝撃性をもち、同時に美しい表面が特長的なことから、さまざまな工業製品やパーツ、治具などに使用されています。例えば身近な製品では、iPhone5の筐体などにも使用されたこともあります。

強度・耐衝撃性が求められる造形

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、エンジニアリング・プラスチックであることから強度や耐衝撃性が求められる造形に使用することができます。

一般的なABSフィラメントなどと比べ材料費も高額であることから、特別な機能性を求められるもの、機能性試験用のプロトタイプや、固定具などの治具に最適です。

パーツの軽量化

ポリカーボネート(PC)フィラメントでできることの一つが、パーツの軽量化です。従来金属が使用されていたパーツなどをポリカーボネートでつくることで、強度や耐久性を保ったまま軽量化することができます。

またポリカーボネートは金属よりも素材として安いため、コストの削減にもつなげられます。

オンデマンド製造

ポリカーボネート(PC)フィラメントのすぐれた強度、耐衝撃性、耐熱性は、最終品のオンデマンド製造にも最適です。

3Dプリンターでデータを管理することができ、必要に応じたオンデマンドのパーツ製造に利用することができます。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プリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントで作れるもの

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)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・機能性プロトタイプ

強度や耐衝撃性、耐熱性に優れたポリカーボネート(PC)フィラメントの用途として最適なのが機能性プロトタイプです。

機能性プロトタイプとは、見た目だけの形状確認のモックアップとは違い、一定の機能性テストに使用するために作られるプロトタイプのこと。パーツの物性や機械的特性の試験には、ポリカーボネート(PC)フィラメントは最適です。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント

冶具・工具

ポリカーボネート(PC)フィラメントの優れた物性は、治具や工具の作製にも最適です。ポリカーボネート(PC)フィラメントは、アクリル(PMMA)に匹敵する最大引張強度を有し、引張破断強度もABSフィラメントなどよりも優れています。

つまり、ポリカーボネートの能力は、強くて硬いと同時に、ねじり応力に耐える能力が、他の熱可塑性樹脂をはるかに上回っている点です。

こうした特性により、何度も取り付け作業や固定を行う治具・工具に最適なフィラメント材料なのです。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント

最終品パーツ

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、強度、耐久性、耐衝撃性などの優れた物性から最終品の製造にも使用することができます。

パーツや筐体など、実際の使用を想定した機能を発揮することが可能です。また、ポリカーボネートの特性として、加工性の高さと光沢がありますが、造形後に研磨や塗装、磨きなどを行うことで、ポリカーボネート本来の光沢が表現でき、消費財の筐体などにも利用できます。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントの種類

ポリカーボネート(PC)フィラメントが使用できる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。

ポリカーボネート(PC)フィラメントはFDM(熱溶解積層法)3Dプリンターの中でも業務用のハイエンドタイプが中心です。また最近では、家庭用(低価格)などデスクトップタイプの3Dプリンターの材料も登場しています。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント PolyMax PC

家庭用(低価格)・デスクトップタイプ3Dプリンターのポリカーボネート(PC)フィラメント

ポリカーボネート(PC)フィラメントは家庭用(低価格)から中価格帯のデスクトップタイプのFDM 3Dプリンターで使用することができる種類がフィラメントメーカーのPolyMakerから登場しています。

PolyLite PC(PolyMaker製)

PolyLite PC (旧PC-Plus)は、PolyMaker社が開発するポリカーボネート(PC)フィラメントです。PolyLite PCは、優れたプリント性能をもち、優れた耐衝撃性に加え、破壊靭性を備えています。

耐熱性は110℃を持ち、他のほぼ全ての3Dプリント材料と比べてもより高い耐熱性を持っています。またPolyLIte PCのカラーは半透明で、ポリカーボネートの特長である光沢をもっています。

造形後には、サンドペーパーなどで研磨しクリアスプレーやラッカー塗料などでコーティングすれば、ガラスのような透明性と、美しく滑らかな表面を再現することが可能です。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント PolyLite PC
PolyLite PCのスペック
  • カラー:半透明
  • 重量:1000g
  • フィラメント径:1.75 mm ±0.02~0.05 mm
  • プリント温度:250℃~270℃
  • プリントスピード:30mm/S~90mm/s
  • プリントベッド温度:80℃
  • 冷却ファン:OFF
  • 価格:6,480円(税込み)
PolyLite PCの物性
  • ヤング率:2307±60 Mpa
  • 引張強さ:62.7±1.3 Mpa
  • 曲げ強さ:100.4±2.7 Mpa
  • シャルピー衝撃強度:3.4±0.1 kJ / m 2
  • ガラス転移点:113℃
  • ビカット軟化温度:119℃
  • 溶融温度:なし
  • 乾燥設定:80℃で8時間
  • 推奨サポート材料:PolySupport

PolyMax PC (PolyMaker製)

PolyMax PCも、PolyMaker製のポリカーボネート(PC)フィラメントです。PolyMax PCは、ポリカーボネートの持つ機械的強度をそのまま再現したフィラメント材料で、ABSフィラメントを超える強度を実現しました。

PolyLite PCと比べても耐衝撃性が大きく向上し、更に高強度なパーツを作ることができます。またエンジニアリング・プラスチックとして高温下での使用にも絶えることが可能です。

耐熱性はPolyLite PCと同様、110℃を持ち、他のほぼ全ての3Dプリント材料と比べてもより高い耐熱性を持っています。

またポリカーボネートの加工性も反映されており、プリント後は、研摩や塗装、クリアスプレーなどでの後加工も可能です。ブラックとホワイトの2色のラインナップです。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメント PolyMax PC
PolyMax PCのスペック
  • カラー:ブラック、ホワイト
  • 重量:750g
  • フィラメント径:1.75 mm ±0.02~0.05 mm
  • プリント温度:250℃~270℃
  • プリントスピード:30mm/S~90mm/s
  • プリントベッド温度:80℃
  • 冷却ファン:OFF
  • 価格:6,480円(税込み)
PolyLite PCの物性
  • ヤング率:2048±66 Mpa
  • 引張強さ:59.7±1.8 Mpa
  • 曲げ強さ:94.1±0.9 Mpa
  • シャルピー衝撃強度:25.1±1.9 kJ / m 2
  • ガラス転移点:113℃
  • ビカット軟化温度:117℃
  • 溶融温度:なし
  • 乾燥設定:80℃で8時間
  • 推奨サポート材料:PolySupport

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)のプリント設定

安価な家庭用(低価格)やデスクトップタイプの3Dプリンターでポリカーボネート(PC)フィラメントを使用する際にはいくつかの注意点が必要です。

ノズル温度

ポリカーボネート(PC)フィラメントを正しくプリントするためには、ノズル温度を約260℃から300℃にあげる必要があります。(例えば上記でご紹介したPolyLite PCやPolyMax PCは250℃~270℃)

このノズル温度の設定は3Dプリンターの種類によって異なりますが、一般的には260℃から310℃程度の高温が求められます。理想的は、300℃程度といわれていますが、この温度設定はフィラメントメーカーや材料の種類によって異なります。

デスクトップ3Dプリンター用のポリカーボネート(PC)フィラメントは、ポリカーボネート以外にも混ぜ物や配合が異なり、プリント温度はそれぞれで異なります。プリント速度などが遅い場合には290℃やそれ以下のホットエンドでもプリント可能です。

プリントベッド温度(造形プラットフォームの加熱)

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、ABSフィラメントと同様反りがあるため、造形プレートの加熱も必要です。

一般的な推奨プリントベッド温度は110℃程度です。ただしプリントベッド温度も材料の種類によって異なるため、最適な温度を設定します。

冷却ファン

ポリカーボネート(PC)フィラメントでプリントする際には、冷却ファンはオフにします。ポリカーボネート(PC)フィラメントは260℃~310℃の非常に高温でプリントされるため、冷却ファンによって急速に冷やされることで糸引きなどの不具合が起きる可能性があります。

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントの注意点と対策

3Dプリンター用ポリカーボネート(PC)フィラメントにはプリント時にさまざまな注意点があります。既に弱点の部分でもご紹介しましたが、ここではより詳しく起きうる不具合と対策についてご紹介します。

温度コントロール:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは非常に高温なノズル温度が求められます。材料の種類によってノズル温度は異なりますが、250℃~310℃の範囲の温度が必要です。

そのため温度が低い場合などは層間接着性が低くなり、造形モデルが正しく積層されない可能性があります。その一方で高すぎると、糸引きやにじみなどの不具合も発生します。

最適な温度設定は材料の種類によってことなりますが、5度単位でテストプリントを行い、造形モデルの品質を確かめます。

反り:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、ABSフィラメントと同様、造形中に歪む反りが起きやすいフィラメント材料です。反りに対してはポリカーボネート(PC)フィラメント専用のタックシートなどが有効です。

剥がれない:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは温度設定や3Dプリンターの種類によっては造形モデルがプレートから離れない場合やサポート材が一体化してしまい剥がれないケースがあります。

この場合の対策として、積層専用シートを使用することで解消することがあります。また、押出ノズルが2本あるデュアルヘッドの3Dプリンターの場合は、1本のノズルにサポート材を使用することで、造形後の除去が楽になります。

例えばPolyMakerのPolyLite PCやPolyMax PCは、サポート材専用フィラメントPolysupportを推奨しています。

対策:積層造形シートを使用する

ポリカーボネート(PC)フィラメントで正しくプリントするためには、専用の積層造形シートを使用することもおススメです。

これは3Dプリンターによって必要かどうかが異なりますが、ポリカーボネート(PC)フィラメントはFDM(熱溶解積層法)では造形プラットフォームにくっつきすぎることがあり、造形後の着脱を容易にしてくれる専用シートがあります。

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。ただし、温度設定によっては逆に造形モデルが反ってしまうため、テストプリントを行い最適な温度に設定する必要があります。

吸湿によるプリント不良:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、非常に吸湿性が高く、空気中の水分を吸収することでプリント不良を引き起こす可能性があります。開封後は、乾燥剤などと共にフィラメントボックスでの保管が必要になります。

対策:フィラメント専用ボックスを使用する

フィラメントは、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。中でも、ポリカーボネート(PC)フィラメントは、特に吸湿性が高く、空気から水分を吸収やすいことから、保管やプリントに注意が必要です。

保管は、乾燥剤などを使い十分に除湿した状態で保管する必要があります。またプリント時も部屋の湿度を除湿し、温度を一定にするなど注意が必要です。密閉型の3Dプリンターでの造形をおススメします。

PolyMakerが提供するPolyBoxを使用すれば、造形中も保管中も常に吸湿した状態をキープすることが可能です。

糸引きやにじみ:

ポリカーボネート(PC)フィラメントは、押出ノズルの温度が非常に高温になります。そのため、プリント時のノズルのスピードによっては糸引きやにじみといった不具合が起きやすくなります。

糸引きやにじみを防ぐためにはプリントスピードをゆっくりすることで解消する場合があります。

まとめ

ポリカーボネート(PC)フィラメントを使用することで、デスクトップタイプの3Dプリンターでも最終品やそれに近い高強度の造形が可能になります。

その反面、取り扱いにはさまざまな条件があり、ノズル温度やビルドプラットフォームの調整、フィラメントの吸湿管理など、高品質でミスのない造形を行うためには、3Dプリンターの性能と合わせて調整が必要です。