近年では3Dプリンターの需要が高まっており、私たちの日常生活の中でも多様な製品の製造において利用されています。
3Dプリンターは様々な形状の造形を可能にする技術ですが、その実現には3Dプリンターフィラメント用のが必要不可欠であり、フィラメントには目的や用途に応じて様々な種類のものがあります。
そこで今回は、3Dプリンターに関する理解を深めるために、3Dプリンター用フィラメントについての基礎知識をご紹介します。関連おすすめ製品も併せてご紹介しますので、ぜひ参考にしてください。
3Dプリンターにおいて、FDM法や材料噴射（マテリアルジェッティング）方式でデータを出力する際に必要なのが「フィラメント」と呼ばれる材料です。フィラメントは、リールに巻き付けられた糸状の材料であり、通常のプリンターにおけるインクのような役割を果たします。
一部のメーカーでは、独自の材料しか使用できないようにするために、カートリッジなどに格納している場合があるため注意しましょう。その場合は、カートリッジに搭載されたICチップなどで情報を読み取り、使用可能な3Dプリンターかどうかを機械が判断しています。
フィラメントが不足している場合、インク切れと同じように、3Dプリンターによる造形が不可能となるため、フィラメントは3Dプリンターにおいて必要不可欠なものです。
フィラメントの種類について、代表的なものをいくつかご紹介いたします。
PLA樹脂（ポリ乳酸）は、トウモロコシやジャガイモなどの農産物を原料とした樹脂材料で、環境に優しい材料として注目を集めています。熱収縮がABS樹脂に比べて少なく、造形中のニオイが少ないといったメリットがあります。扱いやすい材料のため、初心者でも安心して使用でき、大型の造形物の3Dプリントにも適している材料です。
また、熱溶解積層法のオーソドックスな素材で、ABSと同じくリーズナブルな価格帯となっています。ただし、ABS樹脂と比較して強度や耐熱性に劣るというデメリットもあります。
PLA樹脂では強度が不十分な場合は、ABS樹脂をおすすめします。ABS樹脂は機械的特性に優れており、積層痕を研磨して消したり塗装してより本格的な形状確認を行うことができる材料です。
その他、耐衝撃性・耐摩耗性・引張強度・靭性/曲げ疲労耐性が高く耐熱性にも優れていますが、フィラメントとして製品化される際に、メーカーによって配合される添加物によって物性が大きく異なる場合があることに注意をする必要があります。
PETとは「Poly Ethylene Terephthalate（ポリエチレン・テレフタレート）」の略称で、透明性が高く、強度・耐久性・耐熱性に優れた材料です。一般的にはペットボトルの素材として広く知られています。ただし、FDM法の3Dプリンターで造形する場合、積層により透明度が低下するため、ペットボトルと同等の透明度を求める場合には注意が必要です。
一方、PETGとはPETに「Glycol modified」が加えられた強化版であり、PETよりも高い透明性・強度・耐久性・耐熱性を有しています。PETがペコペコしたペットボトルに使用されるのに対して、PETGは化粧品容器などの高機能なボトルに用いられています。
HIPS（耐衝撃性ポリスチレン）とは、ポリスチレンにゴムを加えることで透明性を犠牲にしながら耐衝撃性を高めたプラスチック素材です。安価で軽量かつ強度が高いため、幅広い用途で活用されています。
PC（Poly Carbonate / ポリカーボネート）はプラスチック素材の中でも最高レベルの耐衝撃性を持っており、ABSの5倍、塩化ビニール樹脂の10倍、アクリル樹脂の50倍の強度を誇ります。外観が美しく光沢を放ち、家電製品や日用品などに使用され、高級感を演出することが可能です。近年では、iPhone5のボディに使用されていたことで有名になりました。
ただし、高温多湿の環境に弱いことや、対応する3Dプリンターがまだ少ないことに注意が必要です。
| 製品名 | 特徴 |
|---|---|
| 日本製の3Dプリントサプライ | フィラメントの原料から製造まで日本製にこだわり、公差の少ない安定した商品を造形します。 |
| Ultimaker 3Dプリンター | プロトタイプから製造支援、最終用途部品まで適用でき、コンパクトな設置面積にも関わらず造形エリアが広いのが特長の3Dプリンターです。 |
| Nexa3D NXE400 3Dプリンター | 大容量、超高速、高解像度を兼ね備えた産業用3Dプリンターです。 |
| DesktopMetal 3Dプリンター | 複合材プリントから量産金属プリントまでの高度産業用3Dプリンターです。 |
| リバースエンジニアリング ソフトウェア「Geomagic Design X」 | 3Dスキャンデータと履歴ベースの3DCADを組み合わせた唯一のリバースエンジニアリングソフトウェアで、高速かつ正確に設計変更やモデリングが可能なオールインワンのツールです。 |
フィラメントの原料から製造まで日本製にこだわり、公差の少ない安定した商品をご提供します。サスティナブル、アップサイクル、生体認証・・・それぞれのフィラメントが特異性をもち幅広い分野での商品開発や試作テストのお役に立てると考えます。各商品の詳細をご覧頂き、是非ご検討下さい。
Ultimakerは、オランダの3Dプリンターメーカーで、同社の熱溶解フィラメント方式（FFF／FDM方式）プリンターは全世界で使用されています。
Ultimaker 3Dプリンターは、プロトタイプから製造支援、最終用途部品まで適用でき、コンパクトな設置面積にも関わらず造形エリアが広いのが特長です。
また、オープンフィラメントシステムを採用しているため、メーカー純正だけでなくサードパーティ製フィラメントから、あらゆる種類のフィラメントを選択できるメリットがあります。
Nexa3Dは、カリフォルニア州 ベンチュラの3Dプリンターメーカーで、同社の独自技術であるLSPc技術（Lubricant Sublayer Photo-curing）は、同じクラスの他の3Dプリンターよりも最大6.5倍速い造形速度が可能です。
LSPcは、光学歪みによってパフォーマンスが低下する可能性があるDLPとは異なり、ビルドプレートのすべての領域に均一で高出力で歪みのない光出力を可能とし、パーツ精度と均一性を確保します。
DesktopMetalは、マサチューセッツ州バーリントンの3Dプリンターメーカーで、同社プリンターは、複合材もしくは、小規模生産用、量産用の金属3Dプリントを可能とします。
3Dスキャンデータの大量点群・処理機能と、履歴ベースの3DCAD機能を融合した業界唯一のリバースエンジニアリングソフトウェアです。
3DCADの機能を搭載することで、他のどのツールよりも早く、正確かつ柔軟にリバースエンジニアリングが実現できます。3Dスキャンデータだけでは出来なかった幾何形状への変更や設計値への寸法調整、設計変更を見据えたモデリング等、CADモデリングだけでなく、点群、メッシュ処理から自動曲面作成までをひとつにまとめた、オールインワンのソフトウェアです。
ご紹介した通り多種多様なものが存在するフィラメントですが、どのような判断基準によって選定すべきなのでしょうか？ ここでは、目的に適したフィラメント選びを行うために考慮したいポイントについてご紹介いたします。
まず第一に、使用する3Dプリンターが対応している材料であるかを確認しましょう。例えば、適切な温度管理が求められる材料である場合は、その管理が可能なプリンターと不可能なプリンターがあります。昇温できる温度は各3Dプリンターによって異なりますし、材料によってはある規定の温度まで加熱してから造形する旨が注意書きされているものもあるため、事前の確認が必要です。
造形物の強度が不十分な場合は、使用可能な材料の中から、より強度の高いものを選択する必要があります。ABS樹脂、ナイロンにカーボンファイバーやガラス繊維を配合した複合材料などが候補として挙げられるでしょう。
静電気耐性があるESD材料や透明材料を使用する場合は、サンプルを手に入れて確認するか、試験造形を行う必要があります。透明部品をFDM方式で造形する場合、白い濁りや積層痕が許容範囲かどうかも確認する必要があります。
製品の仕様を満たすために、造形後に加工が必要な場合があります。この場合、どのような加工が必要かを考慮し、適した材料を選択しなければいけません。例えば、切削や研磨が可能かどうか、想定する接合方法に適しているかどうかなど、利用可能な後加工法を適用できる材料であるかを事前に把握しておくようにしましょう。
3Dプリンターで用いられるフィラメントには、今回ご紹介した一般的な樹脂材料だけでなく、透明な樹脂や金属・セラミックスを混合した材料など様々な種類のものがあり、目的や後処理に照らし合わせて選択することで多種多様な造形に活用することができます。しかし、品質規格や装置への対応状況が明確でない場合もあり、物性に当たり外れがあることも注意が必要です。最適な材料を探し出すためには、メーカーにサンプルを送ってもらうなどして、何度も試行錯誤を繰り返しましょう。
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