樹脂を使用した3D印刷：はじめに

樹脂は3D印刷における材料研究の大きな部分を占めており、高レベルの精度で部品を迅速に製造するのに理想的です。 3D印刷樹脂は液体フォトポリマーです 、主にステレオリソグラフィー（SLA）やマテリアルジェッティングなどのテクノロジーで使用されます。

3D印刷樹脂の世界をよりよくナビゲートできるように、今日のチュートリアルでは、市場で入手可能な主要な種類の樹脂、使用される主要な技術、および主要なアプリケーションについて説明します。

フォトポリマーとは何ですか？

フォトポリマーは、光源（通常はUV光）にさらされると物理的または化学的特性が変化する感光性樹脂です。溶融堆積モデリング（FDM）で使用される熱可塑性樹脂とは異なり、フォトポリマーは熱硬化性樹脂です。 つまり、材料は加熱されると強化されますが、UV光で硬化すると、再溶解または再加熱することはできません。

フォトポリマーは通常、FDMまたはSLS熱可塑性プラスチックよりも脆いですが、より高い解像度とより滑らかな表面仕上げでオブジェクトを作成することができます。さまざまな色と特性を利用できる3D印刷樹脂は、視覚的および機能的なプロトタイプ、医療機器、宝飾品の鋳造パターンなど、さまざまな用途に最適です。

樹脂を使用した3D印刷：SLAとマテリアルジェッティング

ステレオリソグラフィー（SLA）とマテリアルジェッティングは、3D印刷樹脂に最も一般的に使用されている2つの技術です。ただし、どちらの技術もUV光を使用して液体フォトポリマーを硬化させ、支持構造を必要としますが、類似点はここで終わります。

SLAプロセス

SLAの製造プロセスでは、液体の光硬化性樹脂のバットがUVレーザーによって層ごとに選択的に硬化され、樹脂が固化します。印刷が完了したら、機械的特性を向上させるために樹脂部品を後硬化する必要があります。

マテリアルジェットプロセス

対照的に、Material Jetting（またはPolyJet）はインクジェット印刷プロセスであり、レーザーを使用しません。 Material Jettingプリンターには、液体の光反応性材料をビルドプラットフォームのレイヤーに重ね​​て堆積させるプリントヘッドが装備されています。材料の層が堆積されると、それは紫外線によって硬化されます。 SLAとは異なり、印刷された部品は後硬化を必要としないか、ほとんど必要ありません。

樹脂でこれらの技術を使用する主な利点は、高速で高レベルの精度が得られることです。さらに、Material Jettingを使用すると、フルカラーおよびマルチマテリアルのパーツを作成でき、ハイブリッド特性を備えた多数の独自の複合材料が可能になります。これは、マテリアルジェッティングプロセスの特異性のおかげで実現可能です。マテリアルジェッティングシステムには通常、1回の印刷プロセスでさまざまな材料やさまざまな色を堆積できる複数のノズルが含まれています。

SLA樹脂

SLAは、選択するSLA 3Dプリンターのタイプによってオプションが異なりますが、さまざまな樹脂で使用できます。一般に、SLA樹脂は、従来の材料のさまざまな特性をシミュレートするために開発できます。たとえば、ワックスキャスティング用のワックスに匹敵する樹脂の開発、またはセラミックの材料特性を備えた複合材料の開発は、どちらも可能な選択肢です。他の樹脂は、ABSやPPなどの従来の熱可塑性プラスチックの特性を模倣できます。

標準樹脂

標準樹脂は、非常に正確な機能と滑らかな表面仕上げを提供します。また、さまざまな色の選択肢があります（透明な色からさまざまな不透明な色まで）。

ただし、この材料の欠点の1つは、その脆さであり、標準樹脂がプロトタイピングにより適していることです。

耐久性のある樹脂

耐久性または強靭な樹脂は、ABSおよびPP熱可塑性プラスチックの特性をシミュレートし、標準の樹脂よりも優れた強度、靭性、および耐久性を実現します。 ABSのような樹脂とPPのような樹脂は、機能的なプロトタイプ、消費者製品、および一般的に低摩擦で低摩耗の機械部品に適しています。

PPのような樹脂は、セミフレキシブルな特性も備えており、スナップフィットアセンブリに最適です。ただし、用途に適した材料を選択する際には、このタイプの樹脂の低い熱抵抗を考慮に入れる必要があります。

ゴムのような樹脂

この素材は、やわらかいゴムのような感触でしなやかなパーツを作ることができます。ゴムのような樹脂は圧縮して曲げることができるため、スクイーズ可能なモデル、ウェアラブルのプロトタイピング、グリップとハンドル、さらにはファッションやジュエリーの用途に適しています。

ただし、ゴムのような樹脂の特性は、本物のゴムと比較できないことに注意してください。 3D印刷の場合、材料にはサポート構造も必要になります。

高温樹脂

このタイプの樹脂は、高い耐熱性（200°C以上）と剛性を示します。その熱特性のおかげで、この高温樹脂は、短期間の射出成形や熱成形用の金型、およびさまざまなジグや固定具の作成に使用できます。

Formlabsは数少ないものの1つとして先導していますメーカーは高温樹脂を製造しており、この材料は射出成形ツールに加えて、鋳造および熱成形ツールの製造にも使用できます。

キャスタブルレジン

鋳造可能な樹脂は、投資（または宝飾品）鋳造用の複雑なパターンを製造するための費用効果の高い選択肢です。インベストメント鋳造の過程で、ワックスパターンの周りにセラミックの型が作られます。型が固まったら、ワックスを燃やし、溶けた金属を流し込んで部品を作ります。

歯科および医療用レジン s

歯科および医療用途向けに生体適合性のある部品が必要な場合、これらのタイプの樹脂は次のとおりです。頼りになる材料。歯科用および医療用樹脂は、カスタムフィットの補聴器および外科用ガイドの3D印刷に使用されています。

これらの樹脂で印刷された部品は、手術室で直接使用するために蒸気滅菌できます。人体とのより長い接触（最大1年）のために設計された歯科矯正装置で使用できる、長期の生体適合性歯科用レジンのオプションもあります。

セラミック充填樹脂

このシリカ充填フォトポリマーは、高い引張強度と剛性を提供し、非常に滑らかな表面と優れた機能を備えた部品を作成します。セラミック樹脂は比較的新しいSLA材料であり、通常、他の樹脂よりも高いレベルのスキルが必要です。

さらに、セラミック樹脂で3D印刷された部品は、窯で焼成してポリマーを焼き払うことができます。真のセラミック部品。この材料は、工具、治具、固定具から電気エンクロージャ、アートやデザインのアプリケーションに至るまで、さまざまなアプリケーションに最適です。

材料噴射樹脂

Material Jettingは、SLAで使用されているものと同様のフォトポリマー樹脂を使用しますが、粘度が低く、インクのような形をしています。これらの樹脂の一部は、PPやABSなどのFDM3D印刷材料の特性も模倣しています。 SLA樹脂と同様に、Material Jettingフォトポリマーには、さまざまなカラーオプションと、さまざまな特殊材料（キャスタブル、高温、医療グレード）があります。一般に、マテリアルジェット樹脂はもろく、熱たわみ温度が低く、キログラムあたりのコストはSLA樹脂よりもはるかに高くなります（約300ドルから1000ドル）。

マテリアルジェットで使用される樹脂のほとんどは、 SLA樹脂とほぼ同じ特性を持っているので、この技術で使用される材料に焦点を当てます。これらには、コンポジットが含まれます マルチマテリアル3D印刷用のマテリアル。複合材料は、異なる特性（剛性とエラストマー、または半透明と不透明の組み合わせなど）を持つ2つ以上の材料を1つのパーツ内で組み合わせることによって作成されます。このアプリケーションの1つは、プロトタイピングの分野です。たとえば、企業は、最終製品のルックアンドフィールを備えたフルカラーのプロトタイプを3Dプリントできます。

さらに、エンジニアリンググレードの複合材料は、射出成形の短期間の金型や、さまざまなタイプのジグや固定具に適しています。

無限の可能性

このチュートリアルでは、広く確立された3D印刷技術で使用されるUV光硬化性樹脂について主に説明しました。ただし、3D印刷市場では、新世代の光重合技術も提供されています。たとえば、エンジニアリンググレードの樹脂をサポートするCarbonのContinuous Liquid Interface Production（CLIP）テクノロジーは、SLAよりも印刷速度が速いと言われています。

Carbonは、現在8つを提供しているため、樹脂の用途を拡大しています。さまざまな種類の樹脂。その1つに、同社の藍晶石エステル（CE）があります。これは、荷重たわみ温度が231°Cで、強度がガラス繊維入りナイロンに匹敵する独自のCLIP材料です。

フォトポリマー樹脂、これらの材料の未来は確かに明るいです。この分野を開拓している企業の1つは、フォトポリマー材料を専門とする英国を拠点とする企業であるPhotocentricです。同社は、UV光の代わりにLCDスクリーンを使用して硬化できる3D印刷用のポリマーを開発し、「昼光樹脂」の分野を開拓しました。

フォトポリマー材料の分野で多くの革新があり、私たちができるのは今後、さらに多くのアプリケーションとユースケースを楽しみにしています。