3Dプリンティング技術が勢いを増し、従来の製造技術に取って代わろうとしているのはなぜだろうと思ったことはありませんか？
この変化が起きている理由を挙げようとすると、まず最初に挙げられるのはカスタマイズでしょう。人々はパーソナライズされた体験を求めており、標準化にはあまり関心を示していません。
そして、人々の行動様式の変化と、カスタマイズによって人々のパーソナライゼーションへのニーズを満たすことができる3Dプリンティング技術の能力こそが、従来型の標準化に基づいた製造技術に取って代わることを可能にしているのです。
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された要素です。そして、市場には柔軟性の高い3Dプリント材料が存在し、ユーザーが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たことは、一部のユーザーにとってこの上ない喜びとなっています。
3Dプリントされたファッションアイテムや3Dプリントされた義手などは、3Dプリンティングの柔軟性が評価されるべき応用例である。
ゴムの3Dプリンティングは、まだ研究段階であり、開発途上の分野です。現状では、ゴムを完全に印刷できる技術は存在しないため、ゴムが完全に印刷可能になるまでは、代替手段で対応していく必要があります。
研究によると、ゴムに最も近い代替材料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、柔軟性のある材料のうち、4つの異なるタイプについて詳しく見ていきます。
これらの柔軟性のある3Dプリント材料は、TPU、TPC、TPA、およびソフトPLAと呼ばれています。まずは、柔軟性のある3Dプリント材料全般について簡単に説明します。
最も柔軟なフィラメントは何ですか？
次の3Dプリントプロジェクトで柔軟性のあるフィラメントを選ぶことで、プリントの可能性が大きく広がります。
フレキシブルフィラメントを使えば、さまざまな物体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のエクストルーダーを搭載したプリンターであれば、この素材を使って非常に素晴らしいものを印刷することも可能です。
特注のビーチサンダル、ストレス解消ボールヘッド、あるいは単なる振動吸収材といった部品や機能的な試作品は、お使いのプリンターで印刷できます。
もしあなたがFlexiフィラメントを印刷物の一部として活用しようと決意するなら、あなたの想像を現実に限りなく近づけることに必ず成功するでしょう。
今日、この分野では非常に多くの選択肢があるため、この印刷材料がなかったとしたら、3Dプリンティングの分野でどれだけの時間が経過したかを想像するのは難しいだろう。
当時、ユーザーにとって、柔軟性のあるフィラメントを使った印刷は非常に面倒な作業だった。その原因は、これらの素材が非常に柔らかいという共通点を中心に、様々な要因が複雑に絡み合っていたからである。
柔軟性のある3Dプリント素材は柔らかいため、どんなプリンターでも印刷できるわけではなく、非常に信頼性の高いプリンターが必要だった。
当時のプリンターのほとんどは、押し込み糸効果という問題に直面していました。そのため、当時、剛性のないものをノズルを通して押し出すと、それが曲がったり、ねじれたりして、抵抗を受けてしまうのです。
布を縫う際に針から糸を流し出すことに慣れている人なら、この現象を理解できるだろう。
押し出し効果の問題とは別に、TPEのような柔らかいフィラメントを製造することは、特に高い公差を確保する上で、非常に困難な作業であった。
公差が不十分な状態で製造を開始すると、製造したフィラメントに、ディテール不良、詰まり、押出成形などの問題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柔らかいフィラメントが存在し、中には弾性特性を持ち、柔らかさのレベルも異なるものもあります。柔らかいPLA、TPU、TPEなどがその例です。
ショア硬度
これは、フィラメントメーカーが3Dプリンティング材料の名前とともに記載する一般的な基準です。
ショア硬度とは、あらゆる材料がへこみに対してどれだけ抵抗力を持つかを示す指標である。
この尺度は、人々が物質の硬さについて語る際に基準となるものが何もなかった時代に考案されたものです。
そのため、ショア硬度が発明される以前は、人々は数値を挙げるのではなく、実験した材料の硬さを説明する際に、自身の経験に基づいて説明する必要がありました。
このスケールは、機能プロトタイプの部品を製造する際にどの金型材料を選択するかを検討する際に重要な要素となる。
例えば、石膏で立っているバレリーナの型を作るために2種類のゴムから1つを選ぶ場合、ショア硬度によって、ショア硬度70Aのゴムはショア硬度30Aのゴムよりも使いにくいことがわかります。
一般的にフィラメントを扱う場合、柔軟な材料の推奨ショア硬度は100Aから75Aの範囲であることをご存知でしょう。
当然のことながら、ショア硬度100Aの柔軟な3Dプリント材料は、75Aの材料よりも硬い。
柔軟性のあるフィラメントを購入する際に考慮すべき点とは？
フィラメントを購入する際には、柔軟性のあるものに限らず、さまざまな要素を考慮する必要があります。
まず、あなたにとって最も重要な中心点、例えば、機能的なプロトタイプの見た目の良い部品を生み出すための材料の品質などから始めるべきです。
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入手可能でなければなりません。そうでなければ、限られた3Dプリント材料を使い続けることになってしまうでしょう。
これらの要素を考慮した上で、高い弾力性と豊富なカラーバリエーションについても検討すべきです。なぜなら、すべての柔軟性のある3Dプリント材料が、あなたが購入したい色で入手できるとは限らないからです。
これらの要素をすべて考慮した上で、市場の他の企業と比較して、その企業の顧客サービスと価格を検討することができます。
それでは、柔軟性のある部品や機能的なプロトタイプを印刷する際に選択できる材料をいくつかご紹介します。
柔軟性のある3Dプリント材料一覧
以下に挙げる材料はすべて、柔軟性と柔らかさといった基本的な特性を備えています。また、優れた耐疲労性と良好な電気特性も有しています。
これらの素材は、優れた振動減衰性と耐衝撃性を備えています。また、耐薬品性、耐候性、耐引裂性、耐摩耗性にも優れています。
これらは全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に必要なプリンターの前提条件
これらの素材で印刷する前に、プリンターに設定しておくべきいくつかの標準的な設定があります。
プリンターのエクストルーダーの温度範囲は210℃から260℃の間であるべきですが、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、室温から110℃の間である必要があります。
柔軟性のある素材で印刷する場合、推奨される印刷速度は毎秒5ミリメートルから毎秒30ミリメートルまでと幅広く設定できます。
3Dプリンターの押出機システムはダイレクトドライブ方式であるべきであり、製造した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搭載することをお勧めします。
これらの材料で印刷する際の課題
もちろん、過去にユーザーが直面した困難を踏まえると、これらの素材で印刷する前に注意すべき点がいくつかあります。
熱可塑性エラストマーは、プリンターの押出機による取り扱いが苦手であることが知られています。
・フィラメントは湿気を吸収するため、適切に保管しないとプリントのサイズが大きくなる可能性があります。
熱可塑性エラストマーは急激な動きに敏感なため、押出機を通して押し出される際に座屈する可能性があります。
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高いため、柔軟性のある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を目にする機会が多いでしょう。
他のフィラメントに比べて剛性が高く、押し出しが容易であることから、市場で高い評価を得ています。
この素材は適度な強度と高い耐久性を備えています。弾性率は600～700%と高い範囲を誇ります。
この素材のショア硬度は60Aから55Dの範囲です。印刷適性に優れ、半透明です。
天然の油脂に対する耐薬品性に優れているため、3Dプリンターでの使用に適しています。また、耐摩耗性も高い素材です。
TPUで印刷する際は、プリンターの温度範囲を210℃～230℃、ベッドの温度を非加熱状態から60℃に保つことをお勧めします。
前述のとおり、印刷速度は毎秒5～30ミリメートルが適切であり、ベッドへの密着性を高めるためには、カプトンテープまたはマスキングテープの使用をお勧めします。
押出機はダイレクトドライブ式であるべきで、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使用しないことを推奨します。
TPC
これらは熱可塑性コポリエステルの略称です。化学的には、長鎖または短鎖のグリコールが交互にランダムな長さで配列したポリエーテルエステルです。
この部分の硬質セグメントは短鎖エステル単位であり、軟質セグメントは通常、脂肪族ポリエーテルおよびポリエステルグリコールである。
この柔軟性のある3Dプリント用素材はエンジニアリンググレードの素材とみなされているため、TPUほど頻繁に見かけ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、良好な熱安定性、および耐熱性を示します。
TPCで印刷する際は、温度を220～260℃、ベッド温度を90～110℃、印刷速度をTPUの場合と同じ範囲に保つことをお勧めします。
TPA
熱可塑性ポリアミド（TPE）と呼ばれるTPEとナイロンの化学共重合体は、ナイロン由来の滑らかで光沢のある質感と、TPEの持つ柔軟性を兼ね備えている。
柔軟性と弾性は370～497%の範囲で高く、ショア硬度は75～63Aの範囲です。
非常に耐久性に優れ、TPCと同等の印刷適性を示します。耐熱性および層間密着性にも優れています。
この材料を印刷する際、プリンターのエクストルーダー温度は220～230℃の範囲、ベッド温度は30～60℃の範囲に設定する必要があります。
プリンターの印刷速度は、TPUやTPCを印刷する際に推奨される速度と同じで構いません。
プリンターのベッド接着材はPVA系であるべきで、押出機システムはダイレクトドライブ式でもボーデン式でも構わない。
投稿日時：2023年7月10日