拡大する3Dプリントフィラメント
フィラメント状の樹脂を溶かして積層するFDM テクノロジー。ストラタシスが発明したプラスチック加工の技術だが、特許切れによってさまざまな廉価版のデスクトップモデルを世に送り出している。このデスクトップ3Dプリンターの可能性を拡大する大きな要素が、フィラメント状の樹脂素材だ。
デスクトップタイプが登場した当初は、その多くがABSフィラメントやPLAフィラメントが中心であったが、今では世界のフィラメントメーカーがさまざまなプラスチック素材を開発を行っている。特に特長的なのが、これまでの伝統的な金型による成形方法で利用されてきた樹脂素材のフィラメント化だ。例えばエンジニアリングプラスチックとして有名なポリカーボネートや、炭素繊維配合の強化フィラメントなどもその一例だといえる。
こうしたフィラメント素材が拡大することで、3Dプリンターで作れるプロトタイプの幅も拡大するし、製品開発のバリエーションも拡大するだろう。本日ご紹介するのは、そんなデスクトップタイプのFDM 3Dプリンターの幅をさらに拡大するフィラメント素材、ポリエチレンテレフタレートの強化版フィラメントだ。
ポリエチレンテレフタレート（PET）の強化版PETG とは
ポリエチレンテレフタレート（PET）は一般的にペットボトルの素材としてお馴染みだが、今回ご紹介する3Dプリンター用フィラメントはポリエチレンテレフタレート（PET）の一種類、PETGのフィラメント素材だ。ポリエチレンテレフタレート（PET）は、ポリエステルの一種で、テレフタル酸とエチレングリコールという分子から生成されているが、PETGとは、シクロヘキサンジメタノールという素材を共重合したポリエチレンテレフタレート（PET）。
その特性として、高い透明性と、光沢性、優れた印刷特性を持ち、引張強さや耐衝撃性という機械的特性を持つ。通常のPETが使用される飲料水のペットボトルはペコペコだが、強化されたPETGが使用されるのは、主に化粧品の容器などの高機能なボトルに使用される。
ちなみに対応している加工方法は射出成形やブロー成形、押出成形などだ。今回この高い透明性と耐衝撃性、引張強度などを持つPETGのフィラメントを開発したのは、アメリカのフィラメントメーカーTaulman3D。高度なナイロン素材のフィラメントや、強化さらPLE樹脂のフィラメントのラインナップを持つ。
Taulman3Dのナイロンフィラメントの記事はこちらもどうぞ
PETG：高い透明性と光沢性、耐衝撃性、引張強度を持つ素材
このTaulman3Dが開発したPETGのフィラメントは、もともとABSとPLAのフィラメント両方の持つ短所をカバーするために開発されたものだという。もともと植物由来だと言われるPLA樹脂は、石油由来であるABS樹脂の代わりとなるものとして開発されたものだが、FDM 3Dプリンターのフィラメントになった場合、その特性は真逆となる。ABS樹脂はFDMで積層した場合、耐久性に優れ粘りもあるが、熱収縮性が高いことからソリなどが起きる可能性が高く大きい物体の成形には不向き。
一方PLA樹脂は、固くて強度があるが、耐熱性が低く、高温の環境下での使用には向かない。こうした既存のフィラメント素材が持つ課題を解決するために生み出されたのが、ポリエチレンテレフタレート（PET）の3DプリントフィラメントTECH-Gだ。TECH-Gは、PETGによるフィラメントで、その特性は、柔軟で引張強度が強く、尚且つPETG本来が持つ透明性、光沢性をかろうじて引き継いでいる。
Taulman3Dによる精度実験によれば、PETGによる成形物は、引張強度にも柔軟性にも優れた機械的特性を発揮するとのこと。また、FDMテクノロジーは冒頭でも述べたとおり、糸状の樹脂を積層することで物体が生成されるが、その積層の層が残ってしまうのが特性の一つ。また、デスクトップ3Dプリンターの積層ピッチや精度によってそのクオリティは変わってくる。下記の写真はPETGによって成形せれたものだが、金型で製造された透明性は再現は難しい。
TECH-Gスペック
- 引張強度：5,900+ PSI
- 延長：3% -IZOD
- アイゾット衝撃試験：2.14 ft-lbf/inch
- カラー：透明
- 臭気：なし
- プリント温度：235℃～240℃
- 適合：FDA CFR 177.1315
- ガラス転移点：80℃
まとめ 熱可塑性樹脂のフィラメントが続々と登場
現在、デスクトップタイプで使用することができるプラスチックフィラメントは、ABS樹脂やPLA樹脂、ナイロンポリアミド、ポリカーボネート、ポリプロピレンなどが登場しているが、これに新たにポリエチレンテレフタレート（PET）が加わることとなった。こうした樹脂素材は、すべて熱可塑性樹脂と呼ばれ、加熱すると柔らかくなり加工が可能で、冷やすと固まるというプラスチックに分類される。
こうしたことから、今後も熱可塑性樹脂の3Dプリントフィラメントは続々と登場することも予測される。また、フィラメント素材の面白い点は、プラスチックの特性でもあるさまざまな分子の配合が可能で、単一の種類だけではなく、特別な機能を持つ分子を配合した強化素材が作れる点にある。それにより、今後、高性能なプラスチックの造形をできる可能性が拡大するかもしれない。フィラメント市場は今後更なる拡大を迎えそうだ。
PETGフィラメントについては「3DプリンターのPETGフィラメント完全ガイド」で詳しくご紹介していますのでこちらもご参照ください。
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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