新興3Dプリント材料：最近の進歩の包括的レビュー

3Dプリントは、材料科学と認証基準の継続的改善により猛スピードで進化しています。Senvolデータベースによると、積層造形（AM）材料カタログは2019年の約1,700から2020年には2,245へ拡大—利用可能オプションが30%増加しました。

医療・歯科用途

医療分野では、3Dプリントは整形外科インプラント、手術器具、歯科デバイス製造で既に不可欠です。COVID-19パンデミックが採用を加速し、検査用綿棒、フェイスシールド、重要機器の迅速製造を可能にしました。

材料イノベーションはこれらの需要に直接応える形で進んでいます。Evonikは最近、ASTM F2026を満たす初のPEEKベースフィラメントを発表し、3Dプリント整形外科・顎顔面インプラントを可能にしました。一方、スペインのAndaltec研究センターは、FDMプリンター向け抗菌・鎮痛フィラメント「PoliM3D」を開発中で、カスタムインプラントと義肢をターゲットにしています。

ポーランドのSpectrum Filamentsは、USP認証ABSグレニュラート由来の「ABS Medical」をリリース。ISO 10993-1とEU食品接触規制No. 10/2011を満たし、食品接触承認済みで、リハビリサポートと軽量義歯に適しています。

歯科では、総義歯、アライナー、ブリッジのプリント傾向が、生体適合性と長期耐久性を備えた材料にかかっています。3D SystemsのNextDent® Denture 3D+が2019年にFDA 510(k)クリアランス取得、従来義歯ベースと同等の機械的特性を実証。Rapid ShapeとVOCOの協業で歯科グレードレジン「V-Print」ファミリーが誕生し、Saremco Dental AGはセラミック修復物に匹敵する機械的性能でクラウン、インレー、オンレー、ベニアをプリントできる新光重合レジンをリリースしました。

広範な臨床採用には、パーソナライズド高性能医療・歯科製品を可能にする生体適合性、耐久性、認証済み材料の継続的入手可能性が不可欠です。

高温材料

高温環境で動作する用途が、耐熱AM材料需要を牽引しています。RobozeとSABICが提携し、非晶質熱可塑性ポリイミドフィラメント「EXTEM AMHH811F」を開発。熱変形温度230℃、ガラス転移温度247℃は、3Dプリント可能材料として最高値を報告。難燃性、耐薬品性に優れ、高温下でも機械的強度を維持します。

Essentiumの高速押出（HSE）プラットフォームには高温ナイロンが追加され、航空宇宙、半導体、石油・ガス向けジグ、治具、機械部品に適しています。

金属AM向けアルミニウム合金

アルミニウムは、軽量性と高性能により今後10年間で最も成長が速い金属AMセグメントと予測されています。Oerlikon、Linde、ミュンヘン工科大学（TUM）の170万ユーロパートナーシップが、積層造形専用設計の新高強度アルミニウム合金を開発中。合金元素の蒸発損失と高温微細クラック形成といった課題に取り組み、航空宇宙・自動車向け堅牢軽量部品提供を目指します。

エンジニアリング企業EDAGのCustoMat_3Dプロジェクトは、自動車量産向けクラッシュ耐性アルミニウム合金を発表。引張強度と破断伸びが向上し、ホイールキャリアや高剛性ホイールボックスエレメントなど重要コンポーネントで最大30%の軽量化を実現。

VELO3Dは陽極酸化可能合金「Aluminum F357」をリリース、粉末床溶融（PBF）システム向けに調整され、航空宇宙・自動車セクターで採用拡大中。OptomecのLENS技術は、直接エネルギー堆積（DED）向けアルミニウム合金を提供、高堆積率、優れた表面仕上げ、約99.9%密度を達成。

認証と特性評価の取り組み

材料認証は産業採用に不可欠で、AM部品の一貫性と信頼性を保証します。ULの安全クリティカルポリマー研究が、難燃性ABSとPEIフィラメント評価フレームワーク開発に寄与。知見は3Dプリント向けポリマー認証の基礎ガイドラインを提供します。

一貫した材料品質は、原料の厳格な特性評価から始まります。認証世界的リーダーElementが、専用AM粉末特性評価施設を開設。化学組成分析、ふるい分析、粒子径分布、流動性試験などを実施し、粉末が真正、純粋、均一であることを保証。

進化する3Dプリント材料ランドスケープ

新材料、パートナーシップ、標準化活動の日々の発表が、AMセクターのダイナミズムを浮き彫りにしています。イノベーション加速に伴い、利用可能材料レンジが拡大し、業界横断で新用途と市場を開拓し続けます。

3Dプリント材料市場の現状について、最新『Additive Manufacturing Landscape 2020レポート』こちらでご覧いただけます。