サポート用の可溶性フィラメント

FFF 3D プリントの主な制限の 1 つ他のアディティブ マニュファクチャリング テクノロジーと比較して、各層の印刷領域を前の印刷層でサポートする必要があることが挙げられます。 これは、オーバーハングが 45 度を超える部品のどの部分、または 10 mm を超えるブリッジにもサポート構造が必要であることを意味します。

シングル押出機 FFF 3D プリンターでは、サポート構造を生成するための唯一のオプションは、パーツと同じ印刷材料を使用することです。 これらのサポートは、印刷が完了した後に機械的に除去する必要があり、これを容易にするために、これらのサポートを低密度構造で作成し、サポートと部品の間に分離層を残すなど、さまざまな戦略が採用されています。これにより、ツールを使用せずにサポートを手動で取り外すことができますが、サポートと接触する表面の表面仕上げはしばしば粗末です。

画像 1:3D プリント パーツのサポート。出典:3DHubs

デュアル押出機を備えた FFF 3D プリンターでは、パーツとサポートに同じ材料を使用する必要がないため、オプションの範囲が広がります。これにより、部品の材料を溶解しない溶媒に可溶な材料を使用する道が開かれます。 .これにより、接触面の優れた仕上げを保証するワークピースと接触する高密度のサポートを使用できます。

画像 2:Raise3D Pro2 デュアル押出機。出典:Raise3D

利用可能なさまざまな可溶性サポート フィラメントがありますが、すべてが同じというわけではなく、すべてが同じ互換性を持っているわけでもありません。可溶性キャリア材料を選択するときは、使用する印刷材料との適合性を確保するために、多くの特性を考慮することが重要です。これらの特徴は次のとおりです。

• パーツに使用されている材料の特性を損なうことのない溶剤に溶ける必要があります。

• パーツのフィラメントと熱的に互換性がある必要があります。 したがって、同様の印刷温度と基本温度、および同様の軟化温度が必要です。
• 使用する素材との密着性が良好であること
• 簡単に印刷でき、しっかりと接着する必要があります 層間。

現在、可溶性支持材には主に 3 種類あります:

• 有機溶剤可溶性フィラメント
• アクティベーターを使用した水溶性フィラメント
• 水溶性フィラメント

有機溶剤中の可溶性フィラメント

これらは、部品に使用されている材料と同様の特性を持つ材料ですが、補完する材料を攻撃したり溶解したりしない溶媒に溶解できます。

現在、このタイプのフィラメントには多くの選択肢がありません。これは主に 2 つの問題によるものです。1 つは、類似した物理化学的特性を持ち、相互に適合する材料は一般的に同様の挙動を示すということです。そのため、適切な溶媒を見つけるのは困難です。 一方、これらの有機溶剤の多く 非常に有毒であるか、ほとんどのユーザーがアクセスできず、特別な廃棄物処理が必要です。

画像 3:D-リモネノ。出典:Filament2print

このタイプで最も一般的に使用されるフィラメントは HIPS で、その特性によりほとんどの ABS および ASA ベースの材料と互換性があります。同様の熱特性を有することに加えて、ABS および ASA への接着性が良好です。現在、最も広く使用されているサポート マテリアルの 1 つです。 ABS との互換性だけでなく、低コストであるためです。 また、入手しやすく、安価で毒性の低い有機溶媒である D-リモネンに溶解するためです。

活性化剤を使用した水溶性フィラメント

これらは ATP ベースのポリマー (アクリレート ターポリマー) です。 これらの材料には、アルカリ溶液に溶けるという特徴があります。 ABS および ASA ベースの材料との優れた互換性があり、ポリカーボネートにも使用できます (ただし、互換性はやや低くなります)。

水に直接溶けることはありません。アルカリ性 pH の水を必要とするため、緩衝活性化剤の使用 3DWash など、必要です。

画像 4:3D ウォッシュ。出典：トラクサー

HIPS の完全な代替品です 、有機溶剤の使用を必要としないだけでなく、サポート材料として使用するために特別に開発および添加されたフィラメントであるため、一般に、より迅速に溶解し、パーツに残留物が少なくなります。

ビデオ 1:PolyDissolve S2 のビデオ プレゼンテーション。出典:Polymaker

代表的なフィラメントには、PolyDissolve S2 と Z-SUPPORT ATP があります。

水溶性フィラメント

メーカーの主な目的の 1 つは、水に直接溶けるサポート フィラメントを得ることでした。これは、有機溶剤やアルカリ溶液を必要としないため、ほとんどのユーザーにとって最も安全で最もアクセスしやすい代替手段となっています。

これが、さまざまな素材の種類が最も多く、幅広いフィラメントと互換性のあるオプションを備えたカテゴリである理由です。

水溶性フィラメント内では、次の 2 つのタイプに区別できます。

低温材料と互換性のある水溶性フィラメント: PVA (ポリビニル アルコール) または BVOH (ブテンジオール ビニル アルコール) をベースにしたフィラメント .どちらの素材もPLAとの優れた適合性を備えています PA と併用できます (ただし、互換性はあまり良くありません)。 BVOH は PVA の進化形と見なすことができ、PETG や一部の柔軟なフィラメントとの適合性が高く、冷水での溶解速度が高いなど、PVA よりも多くの利点があります。一部の PVA フィラメントは LAY-PVA または PVA Raise ですが、Mowiflex または Z-SUPPORT Premium です。 BVOH に基づいています。

ビデオ 2:PVA と BVOH の比較。出典：BCN3D

高温材料と互換性のある水溶性フィラメント:これらは、現在利用可能な最先端のサポート フィラメントです。 水溶性ポリマーのブレンドで構成された素材で構成されています (前のものと同様) 砂糖、通常はトレハロース 水に素早く溶け、熱安定性が高い多糖類。ポリマーと糖の比率と、各メーカーに固有の特定の添加剤の使用により、ABS から PEEK までの幅広い温度で材料と互換性のある水溶性材料のさまざまな配合を得ることができます。またはULTEM。

画像 5:Aquatek X1 製のサポートを備えた PA-CF パーツ。出典:3DXTech

Aquasys 120 や Aquatek X1 などの一部のフィラメント PLA、ABS、ASA、PA、PETG、または特定の柔軟なフィラメントと互換性があります . Aquasys 120 PC または PP でも使用できます。 さらに、どちらの素材も最大 120°C のチャンバー温度に耐えることができるため、産業用プリンターでの使用にも適しています。

1 つ上のステップは Aquasys 180 で、おそらく現在入手可能な最も高度で互換性のあるサポート マテリアルです。 Aquasys 120 と同じ材料と互換性があるだけでなく、PEKK、PEEK、ULTEM、PPSU で使用できます 180°C までのチャンバー温度に耐えることができるためです。

画像 6:Aqusys 180 で製造されたサポート付きのパーツ。出典:Infinite Material Solutions

ただし、このタイプのフィラメントの主な利点 (水への溶解度が高い) は、主な欠点でもあります。 環境湿度に非常に敏感であるため .このため、保管中も使用中も、これらのフィラメントを特別な容器に保管する必要があります .さらに、これらのフィラメントは水分を吸収するため、接着力が低下し、目詰まりのリスクが高まります。

最適な可溶性フィラメントの選び方

最適な可溶性フィラメントを選択する際には、補完する素材を分析する必要があります。

• ABS/ASA :一般に、HIPS の使用は有機溶剤の取り扱いを伴い、直接廃棄できない廃棄物を生成するため、使用を避けることをお勧めします。この場合、アクティベーターを使用した水溶性 ATP フィラメントが最も推奨されるオプションです。それらはこれらの材料との優れた適合性を持ち、湿気に対する感受性が低いため、保管と使用が容易になるだけでなく、印刷失敗のリスクも最小限に抑えられます。

• PLA :PLAと最も相性の良い素材は、PVAとBVOHをベースとした素材です。これらの中で、BVOH ベースの材料は湿気にあまり敏感ではありませんが、一般的に PVA ベースの材料はわずかに安価です.

• PETG/PA: PVA や BVOH は PETG や PA のサポート材として使用できますが、相性は特に良くありません。この場合、最良の選択肢は、Aquasys 120 などの高温材料と互換性のある水溶性フィラメントです。

• フレキシブル ：サポート性と柔軟な素材の相性は決して良くありません。 BVOH または Aquasys 120 などの材料をいくつかのフレキシブル フィラメントで使用することは可能ですが、互換性を確認するために各フレキシブル フィラメントをテストする必要があります。

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU: この場合、最適なオプションは Aquasys 180 を使用することです。これは、このタイプの材料との最適な適合性を保証し、高温での熱安定性が最も優れている材料であるためです。

• 通常、異なる材料で可溶性支持体を使用する場合、理想的なオプションは、互換性のある単一の材料を使用することです素材ごとに異なるものを用意するのではなく、Aquasys 120 や Aquatek X1 などのすべての素材を使用します。

可溶性フィラメントは単一のグループと呼ばれることがよくありますが、実際には、独自の非常に特殊な特性を持つさまざまな材料で構成されています。 現在では、PLA から PEEK まで、市場に出回っているほぼすべての素材と互換性のある高品質の可溶性フィラメントを見つけることができます。