積層を高品質にしてくれるABSとPLAの長所を持つ特殊フィラメントが登場

相反する二つの素材ABSとPLAフィラメント

3Dプリンターで最も広く使用されているモデルは樹脂を溶かして積み上げるFDMタイプの3Dプリンターだ。MakerbotやReprapなど低価格3Dプリンターのほとんどはこの製法をとっている。

FDMタイプの3Dプリンターは、通常フィラメントと言われる細い棒状のプラスチック材を使用するが、最も使用が盛んなのがABS樹脂PLA樹脂のフィラメントだ。

簡単にその特長を明記するとABS樹脂は耐熱性、耐久性に優れ粘りがあり加工性も高い。しかしその反面プラスチックの熱収縮性が高く、大きい物体の成形には不向きだ。また、加工中には樹脂を溶かす異臭がする。

一方PLA樹脂はABS樹脂とは真逆で、粘りがなく強固そのため大きい物体を作るのに最適だ。その反面熱に弱いことから、真夏の車中程度の温度でも簡単に変形するという弱点がある。このようにABS樹脂、PLA樹脂それぞれ強み、弱みがあるが、新たにその二つの強みを併せ持つ特殊フィラメントが登場した。

本日は、ABSとPLAの長所を持つポリエステルベースの特殊フィラメントXT-コポリエステル、通称アンフォラ3Dフィラメントをご紹介。

ABSの強靭性を持ちPLAの大きい成形を可能にする

このABS樹脂とPLA樹脂の長所を併せ持つ特殊フィラメントを開発するのはオランダのフィラメントメーカーとして有名なColorFabbだ。新たに開発された特殊フィラメントXT-コポリエステル、通称アンフォラ3Dフィラメントとはどのような特性を持つフィラメントなのだろうか。

上記でも述べた通り、ABS樹脂は小さくて丈夫で加工しやすいパーツ類を製造するのに向いているが、PLA樹脂のように大きいものは作れない。一方PLA樹脂は大きくて硬い物を作るのに向いているが、熱で簡単に変形するため使用環境が限定されてしまう。

しかし、今回登場したアンフォラ3Dフィラメントは、PLAの弱点である熱の弱さをなくし、ABSのような耐久性と粘りを兼ね備えたいわばスーパーフィラメントだ。下記はその特性をまとめたものになる。

XT-コポリエステル、通称アンフォラ3Dフィラメントの特長

  • PLA樹脂の脆弱性をなくし非常に耐久性が高く靱性を持つ
  • PLA樹脂よりも融点が高く、車中の高温でも全く変形しない
  • レイヤー結合性がABS、PLAよりはるかに優れ表面仕上げが滑らか
  • 非常に高い耐薬品性、耐久性を持つ
  • プリント時にABS樹脂のような異臭を出さない
  • プリント時に空間に不健康ナノ粒子を放出しない
  • 食品接触が可能(米国食品医薬品局より認証)

ABSの強靭性とPLAの大きい造形を併せ持つ動画

従来のABSやPLAよりもレイヤーが目立たない滑らかな仕上げが可能

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ABSで変形の恐れがある10cm以上の造形も可能

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ABSのような高い靱性を持つ

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FDMタイプの積層の粗さを改善

この特殊フィラメントを開発したのは上記で述べたColorFabbだが、ColorFabbはこの特殊フィラメント以外にもさまざまな特殊フィラメントを開発している。例えば以前もご紹介したが、プラスチックに銅粉をまぜ合わせたブロンズ調のフィラメントや、木材パウダーを混ぜた木目調やのフィラメントだ。

こうしたフィラメントのラインナップが拡大することで、どのようなことが起きるのだろうか。一つにはFDMタイプの3Dプリンターの価値を高めてくれる効果があるだろう。今FDMタイプの3Dプリンターの問題点は、圧倒的に造形精度の低さだと言える。

樹脂を積層する際に残るレイヤー層や、ディティールが表現できない粗さは、試作品を作るのならば問題ないがエンドユーザーの手に渡る最終品の製造では問題外。

同じプラスチックの加工でも液体のエポキシ樹脂アクリル樹脂ポリウレタンをベースにした紫外線硬化性樹脂を使う光造形3Dプリンターの方がはるかに滑らかな仕上げが可能だ。しかし、ColorFabbが今回リリースしたアンフォラ3DフィラメントはこうしたFDMの粗さを改善してくれる効果を持つとみていい。また、ブロンズ調や木目調は現状の光造形やレーザー焼結法による3Dプリンターでは不可能だ。

そのため、樹脂とその他の素材を混ぜ合わせた今後フィラメントが浸透すれば、FDMタイプの3Dプリンターはさらなる進展を遂げるだろう。また、FDMで成形しても積層の粗さが目立たず、光造形並みの精度で物体を作ることができればFDMタイプの3Dプリンターはますます拡大することになる。

FDMで光造形並みの造形物が作れる可能性

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まとめ

3Dプリンターの材料は、いま様々な材料研究がなされている。上記でご紹介したColorFabb以外でもその開発は進んでいる。例えばもう一つのフィラメントメーカーNinjaFlexは樹脂にゴム状の柔軟性の持つ素材を混合させたゴム状フィラメントを開発した。

また他社の事例でも最先端素材であるカーボンファイバーなどの素材も樹脂に混合することで軽くて強いという特性を持つフィラメント開発を行なっている。こうした材料開発という概念から見てみると、低価格3Dプリンターの主流は今注目されている光造形タイプよりもFDMタイプが主流になるように思われる。

確かに現状では積層の粗が目立ち、試作品以外では到底使用することはできないが、FDMモデル自体の品質向上と、多くのフィラメント開発により、FDMモデルが使える材料の幅から主流になるかもしれない。今後のフィラメント開発はますます重要性を増してくる。

3Dフィラメントの記事はこちらをどうぞ

2014.9.15 投稿者:i-maker

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