ナイロン3D印刷：あなたが知る必要があるすべて

ポリアミドとしても知られるナイロンは、市場で最も人気があり用途の広い3D印刷材料の1つです。合成ポリマーであるナイロンは、耐摩耗性、強靭性があり、ABSおよびPLA熱可塑性プラスチックよりも優れた強度と耐久性を備えています。これらの特性により、ナイロンは幅広い3D印刷アプリケーションに理想的な選択肢となっています。

今日のチュートリアルでは、ナイロン3D印刷の利点と、潜在的なアプリケーションについて説明します。また、ナイロンで最も効果的な3D印刷技術を探り、ナイロンフィラメントで優れた印刷結果を達成するためのヒントを提供します。

ナイロンで3Dプリントする理由

• プロトタイプやギアやツールなどの機能部品に最適なナイロンは、炭素繊維またはガラス繊維で強化できるため、優れた機械的特性を備えた軽量部品になります。ただし、ABSと比較すると、ナイロンは特に硬くありません。したがって、パーツに剛性が必要な場合は、追加の材料でパーツを補強することを検討する必要があります。
  
  
• ナイロンは、柔軟性に対する剛性の比率が優れています。これは、薄い壁で印刷するとパーツが柔軟になり、厚い壁で印刷すると剛性が高くなることを意味します。これは、剛性のある部品や柔軟なジョイントを備えたリビングヒンジなどのコンポーネントの製造に適しています。
  
  
• ナイロンで印刷された部品は通常、表面仕上げが良好であるため、後処理が少なくて済みます。
  
  
• SLSやマルチジェットフュージョンなどのパウダーベッドテクノロジーと組み合わせて、ナイロンを使用した3D印刷を使用して、可動部品と連動部品を作成できます。これにより、個別に印刷されたコンポーネントを組み立てる必要がなくなり、非常に複雑なオブジェクトをより迅速に作成できます。

• ナイロンは吸湿性があるため、液体を吸収するため、製造後に染浴で部品を簡単に着色できます。

どのテクノロジーを選択しますか？

ナイロンおよびポリアミドベースの複合材料は、選択的レーザー焼結（SLS）やマルチジェットフュージョン（MJF）などの粉末床3D印刷技術で最適に機能し、さまざまなタイプが市場に出回っています。ナイロン素材は、FDM3Dプリンター用のフィラメントの形でも提供されます。ただし、高い印刷温度と反りの問題により、FDMでナイロンフィラメントを使用するのはより困難になる可能性があります。

SLS

ナイロン粉末はSLS印刷プロセスで広く使用されており、ポリアミド11（PA11）とポリアミド12（PA12）が最も一般的に使用される2つのポリアミドです。 PA11は優れた耐紫外線性と耐衝撃性を備えており、PA12は優れた強度と剛性を備えています。ガラス、炭素繊維、アルミニウム強化ポリアミドなどのさまざまな複合材料もあり、これらはさらに強化された機械的特性を提供します。現在、SLSはナイロンを使用した3D印刷で最も信頼性の高いテクノロジーですが、マルチジェットフュージョンテクノロジーはより高速でより優れた寸法精度を提供します。

マルチジェットフュージョン

HPのMultiJet Fusionテクノロジーは、さまざまなナイロン3D印刷材料、つまりPA11、PA12、およびHP3D高再利用性PA12ガラスビーズ（40％ガラスビーズ充填ポリアミド材料）をサポートしています。 MJF用のナイロン粉末は、部品の機械的特性を損なうことなく、余った粉末（最大70％）をリサイクルして印刷プロセスに再導入できるため、再利用性が高くなっています。

溶融堆積モデリング

FDMはナイロンの3D印刷に使用できますが、ナイロンは多くのFDM押出機が管理できるよりも高い印刷温度を必要とします。 SLSやMJFと比較すると、FDM用のナイロンフィラメントは産業用アプリケーションにはそれほど広く使用されていませんが、それでもこのユースケースに最適化されたFDM3Dプリンターがいくつか市場に出回っています。たとえば、Markforgedは独自のOnyx素材を提供しています。ナイロンとマイクロカーボンファイバーの複合材料であるオニキスは、最終用途に適した丈夫で耐熱性のある部品を製造し、ABS部品の1.4倍の強度と剛性があると言われています。

ナイロンを使用した3Dプリントのヒント

FDMの場合 ：

• ナイロンは湿気を吸収するため、湿気のあるナイロンフィラメントは、層の接着不良や表面粗さなどの望ましくない結果を引き起こす可能性があります。そのため、ナイロンフィラメントを乾燥した気密容器に保管し、印刷する前に材料が乾燥していることを確認することが重要です。ナイロンフィラメントを70°Cから80°Cのオーブンで4から6時間乾燥させることもお勧めします。
• ナイロンフィラメントの平均印刷温度が240度以上であるため、一部のFDM3Dプリンターはこのような高温には適さない場合があります。したがって、ナイロンフィラメントを使用する前に、FDMプリンターの押出機の最高温度を確認することをお勧めします。
• ナイロンは反りやすいため、これを防ぐために印刷プラットフォームを予熱することを強くお勧めします。

SLSおよびMJFの場合：

• SLSおよびMJF3D印刷の場合、ナイロン部品には少なくとも1mmの壁の厚さが必要です。リビングヒンジを設計するときは、SLSとMJFの最小壁厚がそれぞれ0.3mmと0.5mmであることを確認してください。
• パウダーベッドプロセスでナイロンを使用する場合は、反る可能性が高いため、大きくて平らな部品を設計しないことを強くお勧めします。
• ナイロンを使用すると、可動部品と連動部品を作成できるため、一緒に印刷される部品間の間隔を少なくとも0.5mmにすることが重要です。
• 特に壁の厚さが20 mmを超える部品の場合は、部品の内部に閉じ込められているナイロン粉末を取り除くことをお勧めします。材料を節約し、変形を防ぐために、印刷後に粉末を簡単に除去できるように、少なくとも2つの逃げ穴が設計に組み込まれていることを確認してください。

ナイロン3D印刷のアプリケーション

ナイロンは、繰り返しのスナップフィット、リビングヒンジ、ギアなど、さまざまな用途に最適です。航空宇宙産業と自動車産業の両方がナイロンの柔軟性を取り入れて、カスタマイズされた工具、ジグ、固定具、および内部パネル、低熱の空気取り入れ口コンポーネント、アンテナカバーのプロトタイプを製造しています。ナイロン部品は航空機にも見られます。たとえば、アメリカの会社であるMetro Aerospaceは、最近、抗力を減らすように設計された3Dプリントされたガラス繊維入りナイロンマイクロベーンを開発しました。この3D印刷プロセスを通じて、Metro Aerospaceは、フライトグレードのコンポーネントの一貫性を確保し、FAA承認の取得を容易にしました。

医療分野では、ナイロンをプロトタイピングに使用できます。医療用最終用途部品の製造に加えて、教育用の解剖学的モデルを作成します。 BASFのUltramidポリイミドは、最近、カスタマイズされた3Dプリントの補綴ソケットの製造に使用されています。カーボンファイバーで補強されたポリアミドは、補綴物が丈夫で軽量であることを保証しました。

ナイロン3D印刷が使用されているのは、産業部門だけではありません。 3D印刷の使用が急速に増加しているため、消費財業界でもナイロンが有効に活用されています。電話ケースからカスタマイズ可能なアイウェアまで、ナイロンはさまざまなアプリケーションで柔軟な選択肢を提供します。最近の事例は、SLSテクノロジーを使用してポリアミド粉末で作成されたシャネルの3Dプリントマスカラブラシです。

まとめる

ナイロン3D印刷は、工業デザイナーやエンジニアに幅広いメリットをもたらし、機能的なプロトタイピングと最終用途の両方に適した優れた機械的特性を備えた部品を作成します。SLSは現在、ナイロン部品の印刷に使用される最も一般的な技術ですが、物質的な進歩は、他の技術が急速に追いついていることを意味します。たとえば、コラボレーションを促進することにより、HPのOpen Platformは、MJFテクノロジーを使用したナイロン3D印刷の採用を推進することを目指しています。 FDM側では、この技術に適したナイロンフィラメントも絶えず改良されています。