3Dプリント用環境配慮型生分解性材料：持続可能なソリューション

3Dプリントは製造の可能性を大きく広げました。この積層造形プロセスは、シンプルなパーツから高度に複雑なパーツまで、短時間かつ低コストで製造できます。現在、さまざまな 3Dプリント技術が使用されていますが、その多くは共通の原理に従っています：材料を半溶融状態に加熱し、CAD モデルの情報に基づいて 3Dプリンタが層ごとに堆積させ、パーツを形成します。3Dプリントには、材料が溶融・再成形・再固化、または特性を大きく変えずに硬化できることが求められます。

この要件を満たす熱可塑性プラスチックが、3Dプリントで最も広く使用されている材料です。しかし、プラスチックは生分解性がなく、適切に処分されないと環境リスクをもたらします。そのため、3Dプリントと互換性があり、完全に機能するパーツを作れる生分解性（環境配慮型）材料の開発に多大な努力が注がれています。

本記事では、すでに市場に出回っている生分解性 3Dプリント材料（PLA など）と、効率的な 3Dプリントに向けて開発中の材料を概説します。

PLA（ポリ乳酸）

PLA は 3Dプリントで最も一般的かつ入手しやすい生分解性プラスチックです。

このポリエステルは、サトウキビやデンプンなどの炭水化物源を制御下で発酵させて得られる乳酸から作られます。PLA は、乳酸モノマーの直接縮合、または乳酸誘導体であるラクチドの重合によって製造されます。

PLA は主に FDM 3Dプリントで使用されます。熱可塑性であり、特性を損なうことなく溶融・再成形可能です。機械的特性はポリプロピレンやポリウレタンに匹敵します。熱特性は満足できるレベルですが、ABS と比較すると劣ります。

生分解性以外の PLA の主な利点：

• 天然の再生可能資源から製造される
• 食品包装用途として安全性認証を取得
• 無毒で医療用途にも使用可能

一方、欠点もあります：

• 特定の管理された堆肥環境でのみ生分解される
• トウモロコシなど大量の食料がバイオプラスチック製造に使われることへの懸念がある
• 一般的な石油由来プラスチックと比較して、強度と結晶性でやや劣る

PLA はカトラリー、食品包装、医療、繊維、化粧品などで広く使用され、最も普及した 3Dプリントフィラメントの一つです。

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Xometry の 3Dプリント材料ラインナップから、PLA を選択肢の一つとしてご利用いただけます。

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PHA（ポリヒドロキシアルカノエート）

PHA は特定のバクテリアを培養して生産されるバイオプラスチックです。バクテリアの細胞内で合成され、高反射率の顆粒として抽出されます。

PHA は PLA ほど 3Dプリントで普及しておらず、まだ開発段階です。現在、実質的に市場に出回っておらず、高価です。一方、生分解速度は非常に速く、わずか 1〜3 ヶ月で分解されます。PHA ポリマーの特性は化学組成によって多少異なりますが、熱可塑性で弾力性があり、耐湿性に優れます。

PHA の主な利点：

• 生分解性で、3 ヶ月以内に分解
• 望ましいプラスチック特性を持つ
• バクテリア由来で天然生産
• 耐 UV 性

制限事項：

• 製造コストが高い
• 消費者への入手性が低い

他のバイオプラスチックと比較しても、柔軟性、強度、熱特性で劣ります。

PHA は 3Dプリント用途で多くの研究が進められています。現在の主な用途は、他のプラスチックとの複合材料作成です。

FLAM（菌類様添加材料）

FLAM（Fungal-like Additive Material）は、地球上で最も豊富な 2 種類のポリマーであるセルロースとキチンから作られる天然材料で、3Dプリントに革命をもたらす可能性を秘めています。木工、鋳造、成形、3Dプリントなど多用途に適応でき、機械的特性はポリウレタンフォームに近いです。FLAM は非常に新しい材料で、市場には出回っておらず、さらなる研究が必要ですが、既に大きな可能性を示しています（関連研究参照）。

FLAM の主な利点：

• 持続可能で豊富な天然資源から製造
• 多用途で様々な製造プロセスに適応可能
• 非常に安価で、ABS や PLA の 1/10 のコスト

制限事項：

• 比較的新しい材料で、まだ多くの研究が必要
• FLAM の 3Dプリントプロセスは複雑

複合材料

多くの生分解性材料に固有の制限があるため、2 種類以上の材料を組み合わせて新しい材料を作る複合材料の開発・利用が進んでいます。これらは親材料の利点を組み合わせ、多くの場合、制限を相殺または大幅に軽減します。3Dプリントで利用可能な生分解性複合材料の例：

• 藻類ベースの PLA
• PLA + PHA
• WoodFill（70% PLA + 30% 木質繊維）

ただし、これらはまだ広く普及していません。

リサイクルフィラメント

生分解性ではありませんが、リサイクルプラスチックから作られたフィラメントは、そうであれば廃棄物となっていたプラスチックを活用するため、環境に配慮した選択肢です。3Dプリントで一般的なプラスチックの多くはリサイクル可能です。

結論

プラスチック汚染の危険性がこれまで以上に認識される中、プラスチック使用を減らすための様々な取り組みが進んでいます。その一つが、この画期的な製造プロセスの力を活用しながら環境を守るため、3Dプリント可能な生分解性材料を開発することです。

現時点では、広く入手可能な生分解性 3Dプリント材料は PLA のみです。モデルをインスタント見積もりプラットフォームにアップロードして、Xometry から PLA パーツの見積もりを取得してください。