3Dプリントで使用される材料は何ですか？

絶え間ない技術の発明により、より多くの材料が3D印刷に使用されています。利用するさまざまな材料があるため、3D印刷市場はもはやポリマーに限定されていません。

プラスチック、金属、セラミックは、さまざまな用途に合わせてさまざまな製品を製造できます。大豆油、チョコレート、湿った紙でも3Dプリントができることをご存知ですか？ これらの資料の選択方法と使用できない資料については、以下をお読みください。

3Dプリントで使用される材料は何ですか？

3Dプリントで使用されるさまざまな素材の重要な特徴と欠点を見てみましょう。

ナイロン

ナイロンは合成熱可塑性ポリアミドであり、3Dプリントに使用される最も人気のあるプラスチック物質です。 3Dプリントに最適なのは、柔軟性、低摩擦、耐久性です。この素材は、テキスタイルやアクセサリーの製造にもよく使われます。

ナイロンフィラメント（Amazonを参照）は、複雑または繊細な形状に理想的なオプションです。これは主に、溶融フィラメント製造または溶融堆積モデリング3Dプリンターのフィラメント材料として使用されます。安価で、最も頑丈なプラスチック材料の1つです。

長所

• 耐久性のある素材です。
• 強度と柔軟性の比率が優れています。
• 反りが最小限に抑えられています。
• 染色や着色は簡単です。

短所

• 吸湿性があるため、乾いた状態に保つ必要があります。
• 1年の貯蔵寿命があります。
• 冷却中に収縮し、印刷の精度が低下する可能性があります。
• すべてのプリンタと互換性があるわけではありません。

ABSプラスチック

この熱可塑性フィラメント材料は、3Dプリンターフィラメントとして使用するための最良の選択肢です。 ABSは、家庭用および個人用の3D印刷で最も一般的に使用されている材料の1つでもあります。

ABSは、高品質のプロトタイプ製品を必要とするエンジニアやメーカーに適したオプションです。

長所

• ABSへのアクセスは簡単です。
• 手頃な価格です（Amazonを参照）。
• さまざまな色があります。
• ナイロンよりも耐久性があります。

短所

• 印刷中は加熱ベッドが必要です。
• 融点が高いため、印刷中に冷却すると反りが発生する可能性があります。
• 非生分解性です。
• 高温で有毒で悪臭のする煙を放出します。

耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）

この材料は、サポート構造としてFDMプリンターで使用されます。その使いやすさはABSに例えることができます。ただし、2つは溶解する能力が異なります。たとえば、HIPSはリモネンに完全に溶解します。

長所

• カットは簡単です。
• 複雑なモデルを作成したり、サポート資料として使用したりできます。
• 軽量でスムーズです。
• 耐衝撃性と耐水性があります。
• 手頃な価格です（Amazonの価格をご覧ください）。

短所

• 適切な熱の流れがないと、プリンタのデリバリチューブとノズルが詰まる可能性があります。
• 不快なにおいのする煙を発生します。

樹脂

3Dプリントのもう1つの一般的な選択肢は次のとおりです。樹脂材料は通常、DLP、SLA、CLIP、およびマルチジェット技術で使用されます。タフレジン、キャスタブルレジン、フレキシブルレジンなど、いくつかの種類が3Dプリントに対応しています。

長所

• 樹脂は多くのアプリケーションで使用できます。
• 樹脂の収縮率は低いです。
• 耐薬品性に​​優れています。

短所

• 樹脂はかなり高価です（Amazonの価格を参照してください）。
• 樹脂の有効期限が切れます。
• 光反応性が高いため、適切な保管が必要です。
• 熱にさらされると、時期尚早に重合する可能性があります。

ポリ乳酸（PLA）

PLAは、コーンスターチやサトウキビなどの再生可能な資源に由来します。印刷が簡単で安全であるため、教育機関では一般的な選択肢です。さらに、PLAはFDMデスクトップ印刷にも適用できます。

長所

• 反りが少ないため、印刷が簡単です。
• PLAは冷たい表面に印刷できます。
• PLAは、ABSよりもシャープなフィーチャやコーナーを印刷するのに適しています。
• PLAは複数の色で利用できます（Amazonを参照）。

短所

• PLAはそれほど頑丈ではありません。
• 極端な熱にさらされると変形する可能性があります。

ゴールドとシルバー

これらの金属フィラメントは粉末の形で処理され、3D印刷で使用するのに最も頑丈なもののいくつかです。彼らは主に宝石を作るために使用されます。これらの金属フィラメントで使用される印刷プロセスには、直接金属レーザー焼結と選択的レーザー溶融が含まれます。

長所

• 高い電気伝導率。
• 耐熱性と耐久性。

短所

• 非常に高価です。
• 時間と手間がかかり、完璧に仕上げることができます。
• 高い反射率と熱伝導率により、作業が困難になります。
• 非常に高い温度が必要なため、一般的なFDM3Dプリンターでの印刷には適していません。

ステンレス鋼

融着とレーザー焼結（3Dプリンターを参照）は、ステンレス鋼で印刷するときに使用される方法です。この資料は、DMLSとSLMの2種類のテクノロジーで機能します。ステンレス鋼は頑丈な材料や細かい作業を構築するのに適しているため、キーチェーン、ボルト、ミニチュアなどに最適です。

長所

• 硬度と強度を高めるために熱処理可能です。
• 高強度のアプリケーションに最適です。
• 耐食性に優れています。
• 延性が高い。

短所

• 印刷には時間がかかります。
• 予算にやさしいわけではありません。
• 限られた印刷サイズ。

チタン

これは最軽量で最強の3D印刷材料であり、適度な表面粗さを持っています。チタンは、直接金属レーザー焼結によって印刷されます。チタンフィラメントの主な用途は、医学、宇宙探査、航空宇宙産業などのハイテク分野です。

長所

• デザインの解像度と複雑さが増します。
• 高精度のアプリケーションに適しています。
• 耐食性と生体適合性があります。

Con

• かなり高額です。

セラミック

セラミックは、反ったり壊れたりすることなく、極端な圧力と温度に耐えることができます。腐食しにくく、簡単に摩耗しません。したがって、金属やプラスチックよりも長持ちします。

セラミックは通常、バインダージェット技術、ステレオリソグラフィー、およびDLP（デジタルライトプロセッシング）で使用されます。

長所

• 高精度の作業に適しています。
• 滑らかで光沢のある仕上がりになります。
• 熱、酸、灰汁に対して非常に耐性があります。
• さまざまな色があります。

短所

• セラミックは溶けるのに非常に高い温度を必要とします。
• グレージングやキルニングのプロセスには理想的ではありません。
• 壊れやすいため、コンポーネントの連動や密閉には適していません。
• 部品の組み立て手順には適していません。

ポリエチレンテレフタレート（PET / PETG）

PETは、熱成形プロセスで使用される3Dプリントに頻繁に使用されるもう1つのプラスチック材料です。ガラス繊維などの他の物質と組み合わせると、エンジニアリング樹脂を作成することもできます。

3D印刷では、PETGはPETよりも一般的です。前者には、修飾グリコールが含まれているためです。その結果、PETよりも透明で、もろくなく、使用するのに手間がかかりません。フィラメント（Amazonを参照）はFFFおよびFDMテクノロジーで動作します。

長所

• 素材は耐久性があります。
• リサイクル可能で耐衝撃性があります。
• 滅菌可能です。
• 優れた接着性を備えています。
• 耐温度性が高く頑丈です。
• 印刷は簡単です。

短所

• UV光の下で劣化します。
• 表面に傷がつく傾向があります。
• 3Dプリントパラメータを使用した追加のテストが必要です。

最も一般的な3D印刷材料は何ですか？

使用されているすべての3D印刷材料の中で、プラスチックが最も人気があります 。家庭用備品、3D印刷されたおもちゃ、机の道具、アクションフィギュア、花瓶の作成など、さまざまな用途で愛されています。

プラスチックは透明で鮮やかな色合いで入手でき、ライムグリーンと赤が最も一般的です。これらのフィラメントはスプールにパッケージされており、マット仕上げまたは光沢仕上げになる場合があります。

その硬さ、滑らかさ、柔軟性、そして鮮やかな色を考えると、その人気は理解しやすいです。言うまでもなく、他の3D印刷材料と比較して比較的手頃なオプションです。

プラスチックの消費者製品は通常、FDMプリンターを使用します。このプロセスでは、熱可塑性フィラメントを溶融してさまざまな形状に順次成形します。 3D印刷用のプラスチックの最も一般的なタイプは次のとおりです。

• PLA 、3Dプリンターで使用される最も環境に優しい材料の1つです。ハードフォームとソフトフォームがあります。ポリ乳酸から作られたプラスチックは、今後数年間で3Dプリントで最も好まれる可能性があります。
• ABSフィラメント さまざまな色があり、ステッカーやおもちゃ作りで人気があります。花瓶やジュエリーにも使用されます。
• ポリビニルアルコールプラスチック： 手頃な価格の家庭用プリンターの典型的な選択肢です。高強度が必要な製品には理想的ではありませんが、一時的に使用する製品には適しています。
• ポリカーボネート： 3Dプリントで最も使用されていないプラスチックです。高温でノズルを使用して動作する3Dプリンターでのみ機能します。成形トレイや手頃な価格のプラスチックファスナーなどの製造に使用されます。

3Dプリンターで作られたプラスチック製品は、平らで丸いものから溝がありメッシュ状のものまで、さまざまな形と一貫性があります。

3Dプリントできない素材は何ですか？

溶融して半液体状態になり、押し出される可能性のある材料を印刷することはできません。たとえば、FDM3Dプリンターの操作を考えてみましょう。これらのプリンタは、±0.05以下の厳しい公差を持つ熱可塑性物質をスプールから溶かします。

溶融する代わりに高温で燃焼する材料は、ノズルから押し出すのが困難です。

選択的レーザー焼結を使用して、粉末金属をソリッドモデルに結合できます。

公差と半液体状態を満たすことができれば、その物質を印刷することが可能であるはずです。 3Dプリントに使用できない素材は次のとおりです。

• 無地の木または木製品（ただし、木目をPLAと組み合わせて、3D印刷に使用できます）。
• 生地/服。
• 乾いた紙。
• 岩と土壌-火山岩を溶かして溶けた状態にすることはできますが。
• 皮革および動物製品。

適切な3D印刷材料の選択

3Dモデルを印刷するときは、最初に素材の種類を検討する必要があります。上記のさまざまな3D印刷材料の長所、短所、および用途についてはすでに見てきました。

鋭敏な検査を受けて、何を探すべきかを見てみましょう。

• 引張強度

これは、張力がかかった状態でのスナップに対する材料の抵抗を指します。これは、材料の延性を示すだけでなく、その強度を示すこともできます。一部の物質は急激に破壊されますが、金属やプラスチックなどのより延性のある物質は、スナップする前に変形します。

破損は許容できないため、機械的、構造的、および静的なコンポーネントには高張力材料が必要です。高張力材料を必要とするセクターの例は、建設、航空、自動車です。現在、3D印刷は、ABSやポリプロピレンなどの以前の射出成形プラスチックと同等またはそれ以上の引張モデルを提供します。

• ヤング率

これは、引張応力下での長さの変化に対する材料の抵抗を示します。硬い材料はヤング率が高く、変化に対してより耐性があります。構造および機械部品の材料を選択するときは、高いヤング率が重要です。

• 伸び

伸びとは、材料がちょうど破断点で伸びる程度のことです。もろくて硬いプラスチックのような硬い材料は通常伸びが低く、柔らかく弾力性のある材料は壊れる前に複数回伸びます。

構造物が突然スナップするのではなく、著しく変形する必要がある建築や建設には、伸長が必要です。

• 曲げ強度

曲げ強度は、引張強度と同様に、荷重下での材料の耐破損性でもあります。ただし、曲げを含む曲げ強度によって荷重が異なります。したがって、材料の引張強度と圧縮に反映されます。

ほとんどのプラスチックは、引張強度と曲げ強度が密接に一致しています。均質な構造を持ついくつかの材料は、同じ引張強度と曲げ強度を持っています。 SLAは同種であり、他の3D印刷テクノロジーよりも優れています。これは、コンポーネントの強度が方向に関係なく類似しているためです。

• 曲げ弾性率

これは、材料の曲げに対する抵抗を指します。硬い材料は高い弾性率を持ち、弾性のある材料は低い弾性率を持ちます。曲げ弾性率とヤング率も密接な関係があります。

曲げ弾性率は、鋼ばね、特に板ばねを構築するとき、および構造部品やサポートビームで重要です。

• 衝撃強度

材料は、静的負荷と突然の衝撃に対して異なる反応を示します。衝撃強度は、材料の靭性に大きく影響します。脆性材料は、耐えることができる変形が限られているため、靭性が最小限に抑えられます。温度も靭性に影響を与え、熱レベルが低いと材料の靭性が低下します。

この要素は、安全ゴーグルやシールドの作成など、さまざまなアプリケーションで重要です。

• 吸水

プラスチック材料は、湿気の多い状態や水没した場合に水を吸収します。一部のプラスチックは他のプラスチックよりも吸湿性が高いにもかかわらず、完成したプラスチック製品では最小限の違いは無関係である可能性があります。ただし、プラスチック部品や原材料の処理における耐熱性については重要な考慮事項です。

プラスチック材料が約150°C以上に加熱されると、湿気が存在すると加水分解が起こります。これにより、長鎖から短鎖の分子に亀裂が生じ、材料が弱くなります。これが3D印刷の前に発生すると、素材が弱くなり、製品の品質が低下します。したがって、吸水能力の高い原材料は乾燥状態で保管する必要があります。

新しい革新的な3D印刷材料

3Dプリンターはもはやプラスチックを専攻していません。最新の3Dプリンターの中には、リサイクル素材と互換性のあるものがあります。

たとえば、あるデザイナーが湿った紙の繊維を使用できる3Dプリンターを開発しました 。頑丈で長持ちし、プラスチック材料に優れたソリューションを提供します。さらに、完成品が古くなったらリサイクルできるため、効率的な循環システムを提供します。

食品業界には、3Dプリントの最新のイノベーションがいくつかあります。 Company Universal Favoriteは、ユニークなチョコレートラインを作成するための3Dプリントされた型を開発しました。

医療用インプラントの3Dプリント用の新しいポリマーが増えています。たとえば、 Evonik 特殊化学ブランドのは、インプラントグレードのPEEKフィラメントを発売しました。彼らによると、この新しい材料は、顎顔面外科および整形外科で使用できる先駆的なPEEKベースのフィラメントです。

結論

上記の3D印刷材料ガイドを使用すると、タスクに適した材料を簡単に選択できます。 3D印刷業界と世界の多様化に伴い、追加のフィラメントを使用できるようになります。

効率的な3D印刷には、適切な材料を選択することが不可欠です。 3D印刷に利用できるさまざまな材料を十分に理解することで、操作が迅速になり、高品質の製品を生産できます。