生分解性 3D プリント材料

3D プリントは、製造の可能性の世界を切り開きました。このアディティブマニュファクチャリングプロセスは、単純な部品と非常に複雑な部品の両方を迅速かつ低コストで製造するために使用されます。現在、さまざまな種類の 3D 印刷技術が使用されています。ただし、それらの多くは、広く定義された同じ動作原理に従います。材料は半溶融状態に加熱され、パーツが形成されるまで、CAD モデルによって提供される情報を使用して、3D プリンターによってレイヤーごとに堆積されます。 3D プリントのプロセスでは、材料の特性を大幅に変化させることなく、材料が溶融、再形成、再固化、または硬化できる必要があります。

この結果、必要な特性を備えた熱可塑性プラスチックは、3D プリントで使用される最も一般的な材料です。ただし、プラスチックは生分解性ではありません。適切に処分しないと、環境にリスクをもたらします。このため、3D プリントと互換性があり、完全に機能する部品の作成に使用できる生分解性 (環境に優しい) 材料を開発するために多大な努力が払われています。

この記事では、Xometry が、PLA などの既に市場に出回っている生分解性の 3D 印刷材料と、効率的な 3D 印刷用にまだ開発されている材料について概説します。

PLA

PLA (ポリ乳酸) は、3D プリントで使用される最も一般的で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、制御された条件下で、サトウキビやデンプンなどの炭水化物源を発酵させて得た乳酸から作られています。 PLA は、乳酸モノマーの直接縮合または乳酸の誘導体であるラクチドの重合のいずれかによって、乳酸から生成されます。

PLA は、主に FDM 3D 印刷と組み合わせて使用されます。これは熱可塑性樹脂であり、その特性を失うことなく溶かして再成形することができます。また、ポリプロピレンやポリウレタンに匹敵する優れた機械的特性も備えています。その熱特性は満足のいくものですが、ABS と比較すると優れていません。

PLA の利点には、生分解性以外に次のようなものがあります。

天然の再生可能な資源から製造されています
食品包装の安全性が証明されています
毒性がなく、医療用途に使用できます

一方で、いくつかの欠点は次のとおりです。

特定の管理された堆肥化環境でのみ生分解性です
トウモロコシなどの大量の食品がバイオプラスチックの生産に使用されているという事実については、少し論争があります。
一般的に使用されている石油系プラスチックと比較すると、強度と結晶化度がわずかに不足しています。

PLA は、カトラリー、食品包装、ヘルスケア、テキスタイル、化粧品で広く使用されています。これは、最も普及している 3D プリントフィラメントの 1 つです。

Xometry が提供する 3D プリント材料の中から、自由に PLA をオプションの 1 つとして選択してください。

PHA

PHA（ポリヒドロキシアルカノエート）は、特定の細菌を培養することによって生成されるバイオプラスチックです。この物質はバクテリアの細胞内で合成され、反射性の高い顆粒として抽出されます。

PHA は 3D プリントでは PLA よりもはるかに人気がなく、まだ開発中です。現在、市場ではほとんど入手できないため、より高価です。良い面としては、生分解がはるかに速く、分解するのにわずか 1 ～ 3 か月しかかかりません。 PHA ポリマーの特性は、その化学組成によってわずかに異なります。熱可塑性で弾力性があり、耐湿性に優れています。

PHA の利点の一部は次のとおりです。

生分解性で、分解に 3 か月もかかりません
望ましい可塑性を備えています
バクテリアから自然に生成されます
紫外線に強い

その制限の一部は次のとおりです:

生産コストが高い
消費者にとってアクセスしにくい

他のバイオプラスチックと比較して、PHA は柔軟性が低く、強度が低く、熱特性が低かった

PHA は、3D 印刷で使用するためにまだ多くの研究が行われています。この材料の現在の用途の大部分は、他のプラスチックとの複合材の作成です。

FLAM

Fungal like Additive Material (FLAM) は、3D プリントに革命を起こす可能性のあるもう 1 つの天然素材です。 FLAM は、地球上で最も豊富なポリマーの 2 つであるセルロースとキチンから作られています。この非常に用途の広い材料は、木工、鋳造、成形、および 3D 印刷に適応できます。その機械的特性は、ポリウレタンフォームとほぼ同じです。 FLAM は非常に新しい素材であり、市場では容易に入手できず、さらなる研究が必要です。しかし、この研究で見られるように、すでに多くの可能性を示しています.

FLAM の利点の一部は次のとおりです。

持続可能で豊富に利用可能な天然資源から作られています
非常に汎用性が高く、さまざまな製造プロセスに適応できます
非常に手頃な価格で、ABS や PLA の 10 分の 1 です

FLAM の制限事項:

まだ多くの研究が必要な比較的新しい素材です
FLAM の 3D プリントのプロセスは複雑です

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 つ以上の材料を組み合わせて新しい材料を形成する複合材料が開発され、使用されています。これらの複合材料は、親材料の利点を組み合わせて、多くの場合、それらの制限を相殺または大幅に削減します。 3D プリントに使用できる生分解性複合材には次のものがあります: