3Dプリント材料完全ガイド：プラスチックから生分解性オプションまで

絶え間ない技術革新により、3Dプリントに使用される材料は増え続けています。3Dプリント市場はもはやポリマーだけに限定されず、様々な材料を活用できるようになりました。

プラスチック、金属、セラミックスは、多様な用途に適した幅広い製品を生産できます。大豆油、チョコレート、湿った紙でも3Dプリントできることをご存知ですか？ 材料の選び方と、使用できない材料を発見するために読み進めてください。

3Dプリントで使用される材料は？

3Dプリントで使用される様々な材料の重要な特徴と短所を見てみましょう。

ナイロン

ナイロンは合成熱可塑性ポリアミドで、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。柔軟性、低摩擦、耐久性が理想的な選択肢にしています。この材料は繊維やアクセサリー作りにも一般的です。

ナイロンフィラメント（Amazonで見る）は、複雑または繊細な形状に最適なオプションです。主にFused Filament FabricationまたはFused Deposition Modeling 3Dプリンターでフィラメント材料として使用されます。安価で最も頑強なプラスチック材料の一つです。

メリット

• 耐久性のある材料
• 優れた強度対柔軟性比
• 最小限のワーピング
• 染色・着色が容易

デメリット

• 吸湿性があり、乾燥保管が必要
• 保存期間は1年
• 冷却時に収縮し、プリント精度が低下する可能性
• 全プリンターと互換性があるわけではない

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のトップチョイスです。ABSは家庭用・個人用3Dプリントで最も一般的に使用される材料の一つでもあります。

ABSは、高品質プロトタイプ製品を必要とするエンジニアとメーカーにとって良い選択肢です。

メリット

• ABSは入手しやすい
• 予算に優しい価格（Amazonで見る）
• 多数の色で利用可能
• ナイロンより耐久性が高い

デメリット

• プリント時にヒートベッドが必要
• 高融点のためプリント中に冷えると反りやすい
• 生分解性ではない
• 高温で有毒な悪臭のある煙を放出

高衝撃性ポリスチレン（HIPS）

この材料はFDMプリンターでサポート構造として使用されます。使いやすさはABSに似ています。しかし、溶解能力で異なります。例えば、HIPSはリモネンで完全に溶解します。

メリット

• 切断が容易
• 複雑なモデルとサポート材料として制作可能
• 軽量で滑らか
• 耐衝撃性と耐水性
• 安価（Amazonで価格チェック）

デメリット

• 適切な熱流がないと、プリンターの供給チューブとノズルを詰まらせる可能性
• 不快な臭いの煙を発生

レジン

ここにも3Dプリントの一般的な選択肢があります。レジン材料は通常、DLP、SLA、CLIP、MultiJet技術で使用されます。3Dプリントと互換性のある種類には、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があります。

メリット

• 多数の用途で使用可能
• 収縮が少ない
• 高い耐薬品性

デメリット

• かなり高価（Amazonで価格チェック）
• レジンには期限がある
• 高い光反応性、適切な保管が必要
• 熱にさらされると早期重合の可能性

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資源から作られます。プリントの容易さと安全性から教育機関での定番チョイスです。さらに、PLAはFDMデスクトッププリントに適用可能です。

メリット

• ワーピングが少なく、プリントが容易
• 冷たい表面でもプリント可能
• ABSよりシャープな特徴とコーナーのプリントに適している
• 複数の色で利用可能（Amazonで見る）

デメリット

• それほど頑強ではない
• 極端な熱曝露で変形する可能性

金と銀

これらの金属フィラメントは粉末形態で処理され、3Dプリントで最も頑強なものの一部です。主にジュエリー制作に使用されます。これらの金属フィラメントで使用されるプリントプロセスには、直接金属レーザー焼結と選択的レーザー溶解があります。

メリット

• 高い電気伝導性
• 耐熱性と耐久性

デメリット

• 非常に高価
• 完璧にするには時間がかかり面倒
• 高反射率と熱伝導率で作業が困難
• 極めて高温が必要で、一般的なFDM 3Dプリンターには不向き

ステンレス鋼

融合とレーザー焼結（3Dプリンターを見る）は、ステンレス鋼プリント時に使用される方法です。この材料はDMLSとSLMの2タイプの技術で動作します。ステンレス鋼は頑強な材料と詳細な作業に適しているため、キーチェーン、ボルト、ミニチュアなどに最適です。

メリット

• 熱処理で硬度と強度を向上可能
• 高強度用途に最適
• 高耐食性
• 高延性

デメリット

• プリントに時間がかかる
• 予算に優しくない
• プリントサイズに制限あり

チタン

これは最軽量かつ最強の3Dプリント材料で、中程度の表面粗さを持ちます。チタンは直接金属レーザー焼結でプリントされます。チタンフィラメントの主な用途は、医療、宇宙探査、航空宇宙産業などのハイテク分野です。

メリット

• 設計により高い解像度と複雑性を提供
• 高精度用途に適している
• 耐食性と生体適合性

デメリット

• かなり高価

セラミックス

セラミックスは、ワープや破損なしに極限の圧力と温度に耐えられます。腐食しにくく、容易に摩耗しません。したがって、金属とプラスチックより長寿命です。

セラミックスは通常、バインダージェッティング技術、ステレオリソグラフィー、DLP（デジタル光処理）で使用されます。

メリット

• 高精度作業に適している
• 滑らかで光沢のある仕上げを提供
• 耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性が高い
• 多くの色で利用可能

デメリット

• 溶解に非常に高温が必要
• 釉薬と焼成プロセスに不向き
• 脆いため、インターロッキングと密閉コンポーネントに不向き
• ピース組み立て手順に優れない

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採用される、3Dプリントで頻繁に使用されるもう一つのプラスチック材料です。ガラス繊維など他の物質と組み合わせるとエンジニアリングレジンも作れます。

3Dプリントでは、前者が修飾グリコールを含むため、PETGの方がPETより一般的です。結果として、PETより透明で、脆さが少なく、使用が容易です。このフィラメント（Amazonで見る）はFFFとFDM技術で動作します。

メリット

• 材料は耐久性がある
• リサイクル可能で耐衝撃性
• 滅菌可能
• 優れた密着特性
• 高耐温性と頑強さ
• プリントが容易

デメリット

• UV光で劣化
• 表面が傷つきやすい
• 3Dプリントパラメータでの追加テストが必要

最も一般的な3Dプリント材料は？

使用中の全3Dプリント材料から、プラスチックが最も人気です。家庭用器具、3Dプリントおもちゃ、机上用具、アクションフィギュア、花瓶など、多くの異なる用途で愛されています。

プラスチックは透明と鮮やかな色相で利用可能で、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梱包され、マットや光沢仕上げで提供されることがあります。

その堅さ、滑らかさ、柔軟性、鮮やかな色を考えれば、人気なのは理解しやすいです。言うまでもなく、他の3Dプリント材料と比較して比較的安価な選択肢です。

3Dプリンターで作られるプラスチック消費者製品は通常FDMプリンターを使用します。プロセスは、サーモプラスチックフィラメントを溶かして順次異なる形状に成形することです。3Dプリントで最も一般的なプラスチックタイプには：

• PLA：3Dプリンターで使用される最も環境に優しい材料の一つ。硬質と軟質の形態で利用可能。ポリ乳酸から作られるプラスチックは、今後数年で3Dプリントで最も好まれるようになるでしょう。
• ABSフィラメント：様々な色で利用可能で、ステッカーとおもちゃ作りで人気。花瓶とジュエリーにも使用。
• ポリビニルアルコールプラスチック：安価な家庭用プリンターの定番チョイス。高強度を必要とする製品には不向きだが、一時使用製品には良い選択。
• ポリカーボネート：3Dプリントで最も使用されないプラスチック。高温動作とノズルを持つ3Dプリンターでのみ動作。成形トレイと安価なプラスチックファスナーなどに使用。

3Dプリンターで作られるプラスチックアイテムは、平らで丸いものから溝ありとメッシュまで、様々な形状と濃度で提供されます。

3Dプリントできない材料は？

セミリキッド状態に溶けて押出可能な材料でないものはプリントできません。FDM 3Dプリンターの動作を例に取ると、これらのプリンターはスプールから熱可塑性物質を溶かし、±0.05以下の厳しい公差を持ちます。

高温で溶ける代わりに燃える材料は、ノズルを通して押出するのが困難です。

選択的レーザー焼結で粉末金属を固体モデルに結合できます。

公差とセミリキッド状態を満たせば、その物質をプリント可能であるはずです。3Dプリントに使用できない材料：

• 無加工の木材や木材製品（ただし、木材繊維をPLAと組み合わせて3Dプリントに使用可能）
• 布・衣類
• 乾燥した紙
• 岩石と土壌（ただし、火山岩は溶融状態にできる）
• 革と動物製品

適切な3Dプリント材料の選び方

3Dモデルをプリントする際、まず材料タイプを考慮する必要があります。上記で、異なる3Dプリント材料の利点、短所、用途を見てきました。

それらの中で何を見るべきか、より鋭く検証してみましょう。

• 引張強度

これは材料の張力下での破断抵抗を指します。材料の延性を示すだけでなく、強度を示すこともあります。一部の物質は鋭く破断し、金属やプラスチックのようなより延性のあるものは、破断前に変形を経験します。

機械的・構造的・静的コンポーネントには、破断が許容されないため高引張材料が必要です。高引張材料を必要とするセクターの例：建設、航空、自動車。現在、3DプリントはABSやポリプロピレンなど従来の射出成形プラスチックと同等、あるいはより高い引張モデルを提供します。

• ヤング率（縦弾性係数）

これは材料の引張応力下での長さ変化抵抗を示します。剛性材料は高いヤング率を持ち、変化に強く抵抗します。構造的・機械的コンポーネントの材料選択では、高いヤング率が不可欠です。

• 伸び（破断伸び）

伸びは、破断点ちょうどでの材料の伸び程度です。脆い硬質プラスチックのような剛性材料は通常低い伸びを持ち、軟らかく弾性のある材料は破断前に何倍も伸びます。

建築と建設では、突然折れるのではなく顕著に変形する必要があるため、伸びが必要です。

• 曲げ強度

曲げ強度も、引張強度のように負荷下での破断抵抗です。しかし、曲げ強度では曲げを含む負荷が異なります。したがって、材料の引張強度と圧縮を反映します。

ほとんどのプラスチックは引張強度と曲げ強度が近いです。均質構造を持つ一部の材料は、同じ引張強度と曲げ強度を持ちます。SLAは均質で、他の3Dプリント技術より優位です。これは、コンポーネントが向きに関わらず類似の強度を持つためです。

• 曲げ弾性率

これは材料の曲げ抵抗を指します。剛性材料は高い弾性率を持ち、弾性材料は低い弾性率を持ちます。曲げ弾性率とヤング率も近い関係にあります。

曲げ弾性率は、特にリーフスプリングなどの鋼スプリング構築、構造部材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で異なる反応を示します。衝撃強度は材料のタフネスに大きく影響します。脆性材料は、耐えられる変形が限られるため最小限のタフネスです。温度もタフネスに影響し、低熱レベルは材料のタフネスを低下させます。

この要素は、安全ゴーグルとシールド製造など、様々な用途で重要です。

• 吸水率

プラスチック材料は湿度条件や水没時に多少の水を吸収します。一部のプラスチックは他より高い吸湿性を持ちますが、最小差は完成プラスチック製品では無関係かもしれません。しかし、プラスチックパーツと原材料加工の耐熱性では重要な考慮事項です。

プラスチック材料が約150℃以上で加熱されると、水分の存在が加水分解を引き起こします。これにより長鎖が短鎖分子に割れ、材料が弱まります。これが3Dプリント前に起これば、材料が弱まり、低品質製品になります。したがって、吸水容量の高い原材料は乾燥条件で保管すべきです。

新しい革新的な3Dプリント材料

3Dプリンターはもはやプラスチックを主軸としません。最新の3Dプリンターの一部はリサイクル材料と互換性があります。

例えば、あるデザイナーが湿った紙繊維を使える3Dプリンターを開発しました。頑強で長持ちし、プラスチック材料への良い解決策を提供します。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プリントの最新イノベーションがあります。Universal Favourite社が、ユニークなチョコレートラインの作成のための3Dプリント金型を開発しました。

医療インプラント用3Dプリントの新ポリマーが台頭しています。例えば、Evonik（特殊化学品ブランド）が、インプラントグレードPEEKフィラメントを発表しました。彼らによると、この新材料は顎顔面外科と整形外科で使用可能な先駆的なPEEKベースフィラメントです。

結論

上記の3Dプリント材料ガイドで、あなたのタスクに適した材料選びが容易になります。3Dプリント業界と世界の多様化に伴い、追加のフィラメントが利用可能になるでしょう。

適切な材料選択は効率的な3Dプリントに不可欠です。3Dプリントで利用可能な様々な材料をよく理解すれば、作業は迅速かつ高品質な製品生産になります。