3D プリント技術がなぜ普及し、従来の製造技術に取って代わっているのか疑問に思ったことはありませんか?
この変革が起こっている理由を列挙してみると、まず間違いなくカスタマイズから始まるでしょう。人々はパーソナライズを求めており、標準化にはそれほど関心がないのです。
そして、人々の行動のこのような変化と、カスタマイズによって人々のパーソナライゼーションのニーズを満たす 3D プリント技術の能力により、従来の標準化に基づく製造技術に取って代わることができるのです。
柔軟性は、人々がパーソナライゼーションを求める背景に隠れた要因です。市場には柔軟な3Dプリント素材が流通しており、ユーザーはより柔軟な部品や機能的なプロトタイプを開発できるようになっています。これは、一部のユーザーにとってまさに至福の源となっています。
3D プリントのファッションや 3D プリントの義手などは、3D プリントの柔軟性が評価されるべきアプリケーションの一例です。
ゴムの3Dプリントはまだ研究段階にあり、開発が待たれる分野です。しかし、現時点ではゴムの3Dプリント技術は存在せず、ゴムが完全にプリント可能になるまでは、代替手段で対応せざるを得ないでしょう。
研究によると、ゴムに最も近い代替素材は熱可塑性エラストマーと呼ばれています。この記事では、4種類の異なる柔軟性素材について詳しく見ていきます。
これらのフレキシブル3Dプリント材料は、TPU、TPC、TPA、ソフトPLAと呼ばれています。まずは、フレキシブル3Dプリント材料全般について簡単にご説明します。
最も柔軟なフィラメントは何ですか?
次の 3D 印刷プロジェクトに柔軟なフィラメントを選択すると、印刷のさまざまな可能性の世界が開かれます。
フレックス フィラメントを使用してさまざまなオブジェクトを印刷できるだけでなく、デュアル ヘッドまたはマルチ ヘッド エクストルーダーを備えたプリンターがあれば、この材料を使用して非常に素晴らしいものを印刷できます。
特注のビーチサンダル、ストレスボールヘッド、または振動ダンパーなどの部品や機能プロトタイプをプリンターを使用して印刷できます。
Flexi フィラメントをオブジェクトの印刷に使用しようと決心すれば、想像を現実に最も近づけることに必ず成功するでしょう。
今日この分野では多くの選択肢が利用可能であるため、この印刷材料が存在しないまま 3D 印刷の分野ですでに過ぎ去った時間を想像するのは難しいでしょう。
当時、ユーザーにとって、フレキシブルフィラメントを使ったプリントは大変な作業でした。その苦痛は、これらの素材が非常に柔らかいという共通点を中心に、多くの要因が絡み合っていたことに起因していました。
柔軟な 3D 印刷素材は柔らかいため、どんなプリンターでも印刷するのは危険であり、本当に信頼性の高いものが必要でした。
当時のプリンターのほとんどは、押しひも効果の問題に直面していました。そのため、当時は剛性のないものをノズルに押し込むと、曲がったり、ねじれたり、抵抗したりしていました。
あらゆる種類の布を縫うために針から糸を注ぐことに慣れている人なら誰でも、この現象に共感できるでしょう。
押し出し効果の問題とは別に、TPE などの柔らかいフィラメントを製造することは、特に許容誤差が大きい場合には非常に困難な作業でした。
許容差が小さいことを考慮に入れて製造を開始すると、製造したフィラメントに細かい仕上げ不良、詰まり、押し出し工程が生じる可能性があります。
しかし状況は変わり、現在では様々な種類のソフトフィラメントが存在し、中には弾性特性や柔らかさの度合いが異なるものもあります。ソフトPLA、TPU、TPEなどがその例です。
ショア硬度
これは、フィラメント製造業者が 3D 印刷材料の名前と一緒に記載している一般的な基準です。
ショア硬度は、あらゆる材料のへこみに対する抵抗の尺度として定義されます。
このスケールは、物質の硬さについて話すときに基準がなかった昔に発明されました。
したがって、ショア硬度が発明される前は、人々は実験した物質の硬さを他人に説明するときに、数字を挙げるのではなく、自分の経験に頼らなければなりませんでした。
このスケールは、機能プロトタイプの一部を製造する場合にどの金型材料を選択するかを検討する上で重要な要素になります。
たとえば、石膏でできたバレリーナの型を作るために 2 種類のゴムから選択する場合、ショア硬度は、ショア硬度 70 A のゴムはショア硬度 30 A のゴムよりも使い勝手が悪いということを示しています。
通常、フィラメントを扱う場合、柔軟な素材の推奨ショア硬度は 100A から 75A の範囲にあることがわかります。
ここで、明らかに、ショア硬度が 100A の柔軟な 3D プリント材料は、ショア硬度が 75A の材料よりも硬くなります。
フレキシブルフィラメントを購入する際に考慮すべきことは何ですか?
フレキシブルなフィラメントに限らず、あらゆるフィラメントを購入する際には、考慮すべきさまざまな要素があります。
機能的なプロトタイプの見栄えの良い部分を生み出す材料の品質など、自分にとって最も重要な中心点から始める必要があります。
次に、サプライ チェーンの信頼性について考える必要があります。つまり、3D プリントに一度使用する材料は継続的に利用できる必要があります。そうでないと、3D プリント材料の限られた量を使用することになります。
これらの要素を考慮した後、高い弾力性と豊富なカラーバリエーションについて検討する必要があります。なぜなら、すべてのフレキシブル3Dプリント素材が、あなたが購入したいカラーで入手できるわけではないからです。
これらすべての要素を考慮した後、市場の他の企業と比較して、その会社の顧客サービスと価格を考慮することができます。
ここでは、柔軟な部品や機能プロトタイプを印刷するために選択できる材料のいくつかをリストします。
フレキシブル3Dプリント材料一覧
以下に挙げる材料はすべて、柔軟性や柔らかさといった基本的な特性を備えています。また、優れた耐疲労性と優れた電気特性も備えています。
優れた振動減衰性と衝撃強度を備え、耐薬品性と耐候性を備え、優れた耐引裂性・耐摩耗性も備えています。
これらはすべてリサイクル可能で、優れた衝撃吸収能力を備えています。
フレキシブル3Dプリント材料を使用した印刷のためのプリンターの前提条件
これらの材料を使用して印刷する前に、プリンターを設定するための標準的な考え方がいくつかあります。
プリンターの押し出し機の温度範囲は 210 ～ 260 ℃ にする必要がありますが、ベッドの温度範囲は、印刷する材料のガラス転移温度に応じて、周囲温度から 110 ℃ にする必要があります。
柔軟な素材を使用して印刷する場合の推奨印刷速度は、最低 5 ミリメートル/秒から 30 ミリメートル/秒までです。
3D プリンターの押し出しシステムはダイレクトドライブである必要があり、製造する部品や機能プロトタイプの後処理を高速化するために冷却ファンを備えることが推奨されます。
これらの材料で印刷する際の課題
もちろん、これまでユーザーが直面してきた困難に基づいて、これらの材料を使用して印刷する前に注意する必要がある点がいくつかあります。
- 熱可塑性エラストマーは、プリンターの押し出し機による取り扱いが適切ではないことが知られています。
- フィラメントは水分を吸収するため、適切に保管しないと印刷物のサイズが膨らんでしまう可能性があります。
- 熱可塑性エラストマーは急激な動きに敏感なので、押し出し機に押し込むと歪んでしまう可能性があります。
TPU
TPUは熱可塑性ポリウレタンの略です。市場で非常に人気があるため、柔軟性の高いフィラメントを購入する際には、他のフィラメントに比べてこの素材によく遭遇する可能性が高いでしょう。
他のフィラメントに比べて剛性が高く、押し出しが容易なため市場で有名です。
この素材は適度な強度と高い耐久性を備えており、600～700パーセントという高い弾性範囲を誇ります。
この素材のショア硬度は 60 A から 55 D の範囲です。印刷性に優れ、半透明です。
自然界のグリースや油に対する耐薬品性があるため、3Dプリンターでの使用に適しています。また、耐摩耗性も優れています。
TPU で印刷する際は、プリンターの温度を 210 ～ 230 ℃ に保ち、ベッドの温度を非加熱温度から 60 ℃ に保つことをお勧めします。
前述のように、印刷速度は毎秒 5 ～ 30 ミリメートルにする必要がありますが、ベッドの接着にはカプトン テープまたはペインター テープを使用することをお勧めします。
押し出し機はダイレクトドライブである必要があり、少なくともこのプリンターの最初の層では冷却ファンは推奨されません。
TPC
熱可塑性コポリエステルの略称です。化学的には、長鎖グリコールまたは短鎖グリコールがランダムな長さで交互に配列したポリエーテルエステルです。
この部分のハードセグメントは短鎖エステルユニットですが、ソフトセグメントは通常、脂肪族ポリエーテルとポリエステルグリコールです。
この柔軟な 3D プリント素材はエンジニアリング グレードの素材と見なされているため、TPU ほど頻繁に目にするものではありません。
TPCは密度が低く、弾性率は300～350%です。ショア硬度は40～72Dの範囲です。
TPC は、優れた耐薬品性と高い強度を備え、優れた熱安定性と耐温度性を備えています。
TPC を使用して印刷する場合は、温度を 220 ～ 260 ℃、ベッド温度を 90 ～ 110 ℃、印刷速度を TPU と同じ範囲に保つことをお勧めします。
TPA
TPE とナイロンの化学共重合体である熱可塑性ポリアミドは、ナイロン特有の滑らかで光沢のある質感と、TPE の利点である柔軟性を兼ね備えています。
柔軟性と弾力性は 370 ～ 497 パーセントの範囲で高く、ショア硬度は 75 ～ 63 A の範囲です。
耐久性に優れ、TPCと同等の印刷適性を示します。耐熱性、層間密着性にも優れています。
この材料を印刷する際のプリンターの押し出し機の温度は 220 ～ 230 ℃ の範囲である必要があり、ベッドの温度は 30 ～ 60 ℃ の範囲である必要があります。
プリンターの印刷速度は、TPU および TPC を印刷する場合の推奨速度と同じになります。
プリンターのベッド接着は PVA ベースである必要があり、押し出しシステムはボウデンだけでなくダイレクト ドライブでもかまいません。
投稿日時: 2023年7月10日