TPU 3D印刷：柔軟な部品を3D印刷するためのガイド
フレキシブルパーツの3Dプリントについて考えたことはありますか？もしそうなら、一般的に知られているように、熱可塑性ポリウレタンまたはTPUは間違いなくあなたのリストに追加する材料です。
TPU 3D印刷は、ABS、PLA、ナイロンなどの他の3D印刷材料では実現できない独自の可能性を提供します。 TPUは、プラスチックとゴムの両方の特性を組み合わせることで、簡単に曲げたり圧縮したりできる、弾力性のある耐久性の高い部品を製造できます。
今日のチュートリアルでは、TPUの利点とアプリケーション、素材をサポートするテクノロジー、およびTPUを使用した3D印刷を可能な限り簡単かつ効率的にするためのヒントをいくつか紹介します。
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熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、熱可塑性エラストマーのファミリーに属し、熱可塑性樹脂とゴム（熱硬化性樹脂）の最高の特性を兼ね備えています。
TPE（ThermoPlastic Elastomer）という用語に精通しているかもしれません。以前は柔軟な3D印刷の頼みの綱であった、TPEは非常に柔らかく、ゴムのようなプラスチックであり、変形することなく曲げたり伸ばしたりすることができます。ただし、その柔らかさにより、TPEは機械押出機で3Dプリントを行うのに非常に難しい材料になっています。
一方、TPUは、TPEの新しいバージョンと考えることができます。 TPUは、ゴムのような弾性、高い耐引裂性と耐摩耗性、高い破断点伸び、および熱安定性を備えています。
これに加えて、TPUはオイル、グリース、およびさまざまな溶剤にも耐性があります。したがって、TPEよりも頑丈であるため、TPUは3Dプリントもはるかに簡単です。
消費財
消費財の場合、TPUは、電話ケースや履物部品などのアクセサリーの製造に最適です。
2015年、ニューバランスはTPU3Dプリントのミッドソールを備えたランニングシューズを作成しました。 3DSystemsのDuraFormFlex TPU、3D印刷、ジェネレーティブデザインを使用して、靴の巨人はミッドソールに高レベルの柔軟性を実現し、強度、最適な重量、耐久性を実現しました。
医療
TPUのもう1つの興味深いアプリケーションは、医療分野です。たとえば、この材料を使用して整形外科モデルを作成できます。 2016年、米国を拠点とする企業Graphene 3D Labは、リストバンドなどのウェアラブル医療機器を含むフレキシブルエレクトロニクスの製造に適した導電性TPUフィラメントを発表しました。
自動車
TPUは、油やグリースに対する高い耐薬品性を備えているため、シール、ガスケット、プラグ、チューブ、保護用途などの自動車用途に最適です。
革新的な例の1つは、中国の新興企業XEVLimitedが製造した3Dプリント電気自動車です。車は約100の部品で構成されており、その多くはPLAとナイロンと一緒にTPUで3Dプリントされています。
この柔軟な素材を使用した3D印刷を検討する場合は、選択的レーザー焼結（SLS）と熱溶解積層法（FDM）の2つの主要なテクノロジーから選択できます。
それぞれの可能性を掘り下げてみましょう。
選択的レーザー焼結（SLS）は、レーザービームを使用して粉末材料を選択的に溶融および溶融する粉末床溶融3D印刷技術です。
SLSは、優れた機械的特性を備えた機能部品を製造できるため、工業生産に多くの利点をもたらします。さらに、SLSは支持構造を必要としないため、支持除去マークのない自由形状の部品が可能です。ただし、より良い表面仕上げを実現するには、部品に何らかの後処理が必要になります。
当初、この技術はさまざまな種類のナイロンで使用されていましたが、最近の材料研究の進歩により、TPU粉末を焼結することが可能になりました。
現在、さまざまな程度のショア硬度のTPUパウダーを提供しているメーカーがいくつか市場に出回っています：
– 3D Systemsは、独自のDuraForm TPUエラストマーを提供しています。これは、Pro 60 HD-HS3Dプリンターと互換性があります。
–フランスのAMスペシャリスト Prodways 材料ポートフォリオにTPU-70Aがあり、破断点伸びが300％を超えています。 TPU-70Aを使用すると、エネルギー入力に基づいて海岸の硬度を調整できます。
– 2017年、ドイツの材料メーカー Advanc3D SLSテクノロジーで市販されている中で最も伸縮性のある素材と言われるAdsintTPU 80shA素材を発表しました。
最小肉厚
最小フィーチャサイズ
複雑なデザイン
エスケープホール
FDMテクノロジーはTPUフィラメントにも使用できます。
TPU部品を製造するときにSLSの代わりにFDMを使用することには、2つの大きな利点があります。1つはFDMの方が安価であり、2つ目は通常、粉末ではなくフィラメントを使用してTPU部品を製造する方が高速です。
一方、FDMを使用したTPUフィラメントを使用した3D印刷では、寸法精度の低いパーツが作成され、印刷レイヤーが表示されて滑らかになりません。さらに、TPUは柔らかい材料であるため、特にABSおよびPLA熱可塑性プラスチックと比較した場合、TPUフィラメントは押出機のメカニズムで曲がり、フィラメントがコイル状になり、押出機が詰まる可能性があります。ただし、素材の柔らかさは、TPUプリントのレイヤー間の接着力と耐久性を高めるものです。
基本的なプリンタ要件：
推奨される押出温度範囲は、3Dプリンターのタイプと使用しているTPUフィラメントに応じて、225〜250°Cです。ただし、高温で印刷すると、フィラメントがより速く溶け、ノズルから流れやすくなることに注意してください。
速度
TPUは通常、低速で最適に印刷されます。高品質の印刷を保証するには、平均速度の半分（15 mm / s – 20 mm / s）を設定することをお勧めします。
Extrusion Multiplierは、3Dプリンターの設定であり、ノズルから出るフィラメントの量、または単に押し出しの流量を制御できます。 TPUフィラメントは印刷プロセス中に不適切に押し出される可能性があるため、層と周囲の不適切な結合が発生します。この問題に対処する1つの方法は、押し出し乗数をわずかに増やすことです。
撤回
引き込みは、3Dプリンターのメカニズムであり、溶融したフィラメントのにじみを防ぐ手段として、フィラメントを押出機に後方に引き込みます。この機能は、PLAやABSなどの剛性フィラメントでは非常に便利ですが、TPUフィラメントでは、収縮が難しく、目詰まりを引き起こす可能性があります。そのため、ノズル内の柔軟なフィラメントの伸縮を防ぐために、引き込みを無効にすることを強くお勧めします。
いかだとスカート
いかだは、その上に部品が印刷された使い捨ての水平面であり、反りを防ぐために使用されます。ただし、TPUパーツは通常反りがないため、TPUを使用した3D印刷の場合、少なくとも印刷速度が速いために追加の印刷の問題が発生する可能性があるため、ラフトはお勧めしません。対照的に、スカート（プリントの周りの材料のいくつかのループ）をプリントして、フィラメントの流れをチェックし、最初の数層の成功を確認するのが賢明です。
ただし、TPUを使用した3D印刷は、素材の固有の特性のために注意が必要な場合があります。そのため、印刷する前にTPUの可能性と制限を理解することが重要です。このガイドを使用して、3DプリントされたTPU部品を正常に製造できるようになったことを願っています。 
TPUとは何ですか？
アプリケーション
TPUには幅広いアプリケーションがあります。たとえば、曲げたり圧縮したりする必要のある柔軟な機能プロトタイプや最終用途の部品を3Dプリントするのに適したオプションです。
利用可能なTPU材料
加工が簡単
破断点伸び200％SLSProdwaysTPU-70A70A高解像度
伸び300％SLSを超えるブレーク時Advanc3DAdsint TPU 80shA80A優れた耐摩耗性および耐薬品性
ブレーク時の伸び600％SLS SinteritFlexa Soft40-55AEブレーク時の伸び137％SLS SinteritFlexa Black80-90AEブレーク時の伸び155％SLS SinteritFlexa Grey70-90A （調整可能）破断点伸び137％SLS SinteritFlexa Bright79AE破断点伸び317％SLSLUVOCOMLUVOSINT®TPU92ショアA88A高強度および高耐摩耗性
破断点伸び500％SLSLubrizolEstane®3DTPUF70D-045TRUV70DLow-温度の柔軟性とUV安定性FFF、SLS、マルチジェットフュージョン（MJF）LubrizolEstane®3DTPUF50D-045SR GP50D優れた耐薬品性と耐油性を備えた高剛性FFF、SLS、MJFLubrizolEstane®3DTPUF98A-030CR HC98A優れた機械的特性、低反りおよびシュリnkage FFF、SLS、MJFLubrizolEstane®3DTPUF75D-035 TR UV75D高弾性率と優れた加工特性を提供FFF、SLS、MJF NinjatekNinjaflex TPU85AA耐摩耗性はABSより20％優れ、PLAより68％優れています
耐薬品性
破断点伸び660％FFF NinjatekCheetahTPU95A優れた耐衝撃性
耐摩耗性はABSより40％優れ、PLAより76％優れています
破断点伸び580％FFF NinjatekArmadillo TPU75DR剛性、耐摩耗性、タフ
優れたブリッジング機能と、実質的に反りのないFFFPolymakerPolyFlex™TPU9595AE加工が容易
破断点伸び330％FFFrigid.inkrigid.inkTPU94ATタフで耐久性
破断点伸び500％FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95AR耐摩耗性、耐グリース性、耐油性FFF FillamentumFlexfillTPU92Aおよび98A耐油性
優れた層間接着FFF TPUを使用した3D印刷：テクノロジー
選択的レーザー焼結
TPUパウダーを使用する際の設計のヒント
1.5 mmは、TPU粉末を使用する場合の最小肉厚です。 1.5 mmの壁で3D印刷されたパーツは非常に柔軟性がありますが、壁の厚さを3 mmに増やすことで、パーツをより剛性にすることもできます。
TPUパーツの詳細を設計するときは、サイズが0.5mm以上であることを確認してください。エンボス加工と彫刻が施されたディテールを表示するには、高さと幅を1.5mm以上にする必要があります。
パウダーベッドテクノロジーとして、SLSは密閉されたインターロッキングパーツを作成できるため、個別に印刷されたコンポーネントを組み立てる必要がありません。これを成功させるには、部品間のクリアランスが1mm以上である必要があることに注意してください。大きな物体の場合は、クリアランスを大きくする必要があります。
パーツをフォローすると、印刷時間が短縮され、材料が節約されるため、便利な場合があります。ただし、そうするときは、印刷プロセス後に部品の内部に付着した粉末を取り除くために、直径1.5mm以上の設計穴を考慮することを忘れないでください。 溶融堆積モデリング
TPUフィラメントを使用した3Dプリントの5つのヒント
印刷温度
押し出し乗数 結論
TPUは非常に有用な材料であり、独自の特性と幅広い用途を提供します。
3Dプリント