先進レジン技術が3Dプリントを革新：工業用途への道を開く

3Dレジンプリントが産業レベルで導入される際の主な障壁の一つは、利用可能な材料の種類が限られていたことです。元々利用可能だったのは、一般的に低分子量のアクリレートオリゴマー基レジンのみで、高い脆さと劣悪な機械的・熱的特性が特徴でした。このため、3DレジンプリントはFDMやSLSなど熱可塑性樹脂ベースの3Dプリント技術に押され、機能部品・試作の生産では二の次とされてきました。

しかし、近年この状況は劇的に変化しました。特定のプロフェッショナル用途向けに開発された先進特性を持つ新しい技術用レジンの登場により、この技術が多くの分野の注目を集めています。これにLED-LCDなどの新しいレジンベース3Dプリント技術の登場が加わり、コスト削減とプリント速度の大幅な向上を実現し、FDMやSLSを一部用途で凌駕する可能性を持つ実行可能な代替手段となっています。

これらの技術用レジンは、対象分野によって3グループに分類できます：

• ジュエリー用レジン
• 歯科用レジン
• エンジニアリングレジン

ジュエリー用レジン

ジュエリー業界は歴史的に3Dレジンプリントを最初に導入した分野です。これはこの技術が提供する高解像度により、高品質仕上げの1:1スケール小型モデル製造が可能だからです。

画像1：レジンでプリントされたジュエリーモデル。出典：uniz.com

標準レジンがモデル制作に広く使用されている一方で、ゲームチェンジャーとなったのは高品質鋳造用レジンの登場です。これらのレジンは焼成時にほぼ残渣を残さず、鋳造で本来使用されていたワックスモデルの完璧な代替となりました。

これにより、ワックス原型の製造や手作業でのツリー組み立てのための金型作成なしで、鋳造ツリーを直接プリント可能となり、手作業工程を削減しプロセスを自動化できます。

動画1：従来のワックスツリー準備。出典：greekerajewelry.com

一般的にこのタイプのレジンは組成に液体ワックスの割合を含み、灰残渣を完全に除去し、高品質鋳造に適したクリーンな金型を生成します。ワックス割合が高いほど焼成がクリーンで残渣が少なくなりますが、プリント精度に影響する可能性があります。また、このタイプのレジンは通常、非常に低い熱膨張係数を特徴とします。

現在、SLA、DLP、LED-LCD両方と互換性のある高品質鋳造用レジンの選択肢が多数あります。Formlabs「Castable Wax」レジン（ワックス20%）や、DLPとLED-LCDプリンターと互換性のあるZWax Purple（ワックス10%）は、低残渣、低熱膨張、高精度の組み合わせで際立っています。

画像2：zWax Purpleでプリントされたリング。出典：Uniz.com

歯科用レジン

ジュエリーと並び、歯科分野は3Dレジンプリントを最初に採用した分野の一つであり、現在最も成長が早く、材料ラインナップが最も幅広い分野です。

歯科用レジンは一般的に用途に応じて4カテゴリに分類できます：

• デンタルモデル用レジン
• リテーナー・スプリント用レジン
• テンポラリークラウン・ブリッジ用レジン
• 鋳造用レジン

デンタルモデル用レジン

これらは患者との接触を想定していないレジンです。一般的に歯科・医療専門家が介入計画やクラウン・ブリッジ等の要素テストのために作業できる患者モデルの製造に使用されます。標準レジンと組成が似ており、主に高精度・高解像度と低製造コストを目的としています。

画像3：レジンで3Dプリントされたモデル。出典：Uniz.com

これらのレジンでは審美的特性も重要で、2グループに分かれます：

• マット仕上げレジン：モデルの視認性と撮影を容易にし、反射を極力抑制。このタイプではFormlabs Dental Modelレジンが際立ち、石膏に近い仕上げ。
• リアルな外観を提供するレジン：Harzlabs Dental Pinkレジン等。

リテーナー・スプリント用レジン

これらのレジンはリテーナーとスプリントの製造向けで、少なくともクラスIIaの生体適合性に加え、優れた耐摩耗性と破断抵抗が必要です。

もう一つの共通特性は、主に審美理由で高透明である傾向があることです。

動画2：3Dレジンプリントによるスプリント製造。出典：Formlabs.com

リテーナー・スプリント製造に加え、良好な適合性と優れた機械的特性によりサージカルガイド製造にも広く使用されています。Formlabsなど一部メーカーは、より高い柔軟性を提供するDental Surgical Guideレジンのような専用レジンを用意しています。

画像4：SLAでプリントされたサージカルガイド。出典：Formlabs.com

SLA互換のFormlabs Dental LT、DLP・LED-LCD互換のHarzlabs Dental Clearなど、スプリント・リテーナー製造向けレジンが両技術で利用可能です。

テンポラリークラウン・ブリッジ用レジン

これらはブリッジ、クラウン、修復物、テンポラリーベニアの製造に使用されます。生体適合性が必要で、天然歯に近い仕上げを提供しなければなりません。

この仕上げを実現するため、一般的にセラミック成分とステインを使用し、VITAシェードガイドの色調を再現します。

画像5：VITAカラーチャート。出典：vita-zahnfabrik

プリント後、これらのレジンは研磨と光硬化ベニアによるシェーディングで各患者に最適な仕上げに調整可能です。

Formlabs Temporary CBレジンは4色のVITAシェード（A2、A3、B1、C2）で、Harzlabs Dental SandレジンはA1とA2シェードで提供されています。

鋳造用レジン

ジュエリー用と類似のレジンです。この場合、残渣を極力出さない必要性がさらに重要です。

主に歯科インプラント製造用モデルの鋳造製造に使用されます。Harzlabs Dental Castレジンが際立ち、残渣0.1%未満です。

エンジニアリングレジン

産業・エンジニアリング分野は常に3Dレジンプリント導入に最も消極的でした。これは主に、機械的・熱的にレジンがFDM向けエンジニアリング材料やSLS用ポリアミドと競合できないためです。

これが今日でも事実である一方で、近年の材料進歩と新エンジニアリングレジンの登場により、異なる3Dプリント技術間のギャップは縮まりつつあります。エンジニアリングレジンには3グループがあります：

• 機械的特性向上レジン
• 熱的特性向上レジン
• 柔軟・弾性レジン

機械的特性向上レジン

これらは標準レジンより低脆性・高弾性率を実現するよう開発されたレジンです。Harzlabs Basic Resinのような標準レジンが引張強度20MPaを提供するのに対し、BASFのUltracur3D RG50のような新エンジニアリングレジンは最大68MPaの引張強度、標準の3倍を提供します。この引張強度はABSフィラメントより高く、充填ナイロン等の材料に近いレベルです。

高耐摩耗性や耐衝撃性など、他の特定特性を持つエンジニアリングレジンも登場しています。

画像6：様々なFormlabsレジンの耐衝撃性比較。出典：Formlabs.com

高耐衝撃レジンでは、BASFのUltracur3D High Impactラインが際立ちます。 これらは引張強度50MPa、破断変形56%、曲げ弾性率1700MPa、衝撃強度1.39J/m²を提供し、機械部品と機能試作の製造に理想的です。

画像7：BASF Ultracur3D RG35レジン。出典：forward-am.com

熱的特性向上レジン

耐熱性は常に3Dプリントレジンの弱点でした。一般的にすべてのレジンの軟化温度は50℃〜80℃の間です。

画像8：様々なFormlabsレジンの熱変形温度比較。出典：Formlabs.com

現在、高温用途向けレジンは非常に少なく、Formlabs High Tempレジンが最も重要です。これは硬化後、0.45MPa負荷下で最大142℃まで耐えるレジンです。このレジンの主利点は、部品を60℃で1時間、次に160℃で1.5時間加熱する熱処理を施すことで、耐熱性を最大238℃まで向上できることです。

柔軟・弾性レジン

3Dプリントレジンの主なハンディキャップの一つは常に高い脆さであり、エンジニアリングでは望ましくない特性です。これが近年、柔軟・弾性レジンの登場で革命的に変わりました。

画像9：Flexible 80AレジンとElastic 50Aレジンの比較。出典：FormLabs.

現在、SLAとLED-LCD両方で複数の選択肢があります。SLAではFlexible 80AとElastic 50Aレジンが際立ちます。 Flexible 80Aは破断変形120%、ショア硬度80Aの高柔軟性レジン、Elastic 50Aは破断変形160%、ショア硬度50Aの優れた弾性レジンです。

しかし、このタイプの材料で最も重要な飛躍の一つは、BASFの新しい柔軟・弾性レジンラインです。 これらはウレタンアクリレートオリゴマー基レジンで、現在利用可能なレジンの中で最大の柔軟性と弾性を提供します。例えばBASF Ultracur3D FL300はショア硬度わずか37Aで、破断変形最大306%を実現します。

画像10：BASF Ultracur3D FL60レジン。出典：forward-am.com

近年、3Dレジンプリントの材料ラインナップは指数関数的に拡大し、FDM用熱可塑性樹脂と同等、場合によってはそれを上回る特性を持つ新材料が含まれるようになりました。 これに、3DレジンプリントがFDMより優れた等方性を提供することが加わり、多くの産業・エンジニアリング用途で実行可能な選択肢となっています。