Flex 3D プリンティング フィラメントの説明:材料、特性、エキスパート ガイド

Flex 3D プリントとは何ですか?

フレックス 3D プリンティングは、TPE から作られた柔軟なフィラメントを使用してパーツをレイヤーごとに作成する 3D プリンティング プロセスを表すために使用される用語です。 3D プリントではいくつかの異なるタイプの柔軟なフィラメントを使用できますが、それぞれのタイプには独自の長所と短所があります。最も一般的な柔軟な 3D プリンティング フィラメントは熱可塑性ポリウレタン (TPU) です。ただし、熱可塑性コポリエステル (TPC)、熱可塑性ポリアミド (TPA)、および「軟質ポリ乳酸 (PLA)」も一般的です。 

SVOA Materials Science and Technology が発表した研究論文によると、TPE 加工に必要なエネルギーは熱硬化性加硫ゴムよりも 25 ～ 40% 少ないです。さらに、一部のフレキシブル 3D プリンティング フィラメントは何度も処理してリサイクルできるため、廃棄物や汚染を削減し、石油資源の保護に役立ちます。顧客がより専門的でオーダーメイドの製品を求める中、Flex 3D プリンティングはエラストマー部品の確実な代替製造方法として浮上しています。詳細については、3D プリントに関するガイドを参照してください。

フレックス フィラメントの構成は何ですか?

Flex 3D プリンティング フィラメントは TPE から作られているため、熱可塑性プラスチックの加工特性を保持しながら、架橋ゴムと同様の弾性特性を備えています。石油が精製されるときに出てくるさまざまなプラスチック材料によって、さまざまな柔軟なフィラメントが可能になります。精製プロセス中、ナフサは重合反応器内で触媒および他の化学物質と結合され、目的のプラスチックが生成されます。このプロセスにより、TPU、TPC、TPA、ソフト PLA などの TPE で構成されるプラスチック ペレットが生成されます (重合中に使用される化学物質によって異なります)。次に、これらの TPE ペレットを溶かして押し出し、FDM 3D プリントで使用する柔軟なフィラメントを形成します。

フレックス フィラメントの特性とは何ですか?

フレックス フィラメントの特性は、特定の素材によって異なります。 TPU などの一部のフィラメントは、TPC などの他のフィラメントよりも弾性が優れています。 TPU、TPC、TPA、ソフト PLA などのフレックス フィラメントの一般的な特性を以下のリストに示します。

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熱可塑性フィラメントと比較して柔らかく、柔軟性があります。

PLA や ABS などの熱可塑性フィラメントと比較して優れた弾性

優れた耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性、電気耐性

優れた熱安定性と環境安定性

フレックス フィラメントの特性の比較

フレックス フィラメントと従来の ABS フィラメントの特性の直接比較を以下の表 1 に示します。

表 1:TPU、TPA、ABS の比較

プロパティ TPU (フレックス フィラメント) TPA (フレックス フィラメント) ABS (従来のフィラメント)

プロパティ

強さ

TPU (フレックスフィラメント)

良い

TPA (フレックス フィラメント)

良い

ABS (従来のフィラメント)

最高

プロパティ

耐久性

TPU (フレックスフィラメント)

高

TPA (フレックス フィラメント)

高

ABS (従来のフィラメント)

高

プロパティ

柔軟性

TPU (フレックスフィラメント)

高

TPA (フレックス フィラメント)

高

ABS (従来のフィラメント)

最小限

プロパティ

生分解性

TPU (フレックスフィラメント)

はい

TPA (フレックス フィラメント)

はい

ABS (従来のフィラメント)

いいえ

プロパティ

リサイクル可能

TPU (フレックスフィラメント)

はい

TPA (フレックス フィラメント)

いいえ

ABS (従来のフィラメント)

はい

プロパティ

吸湿性

TPU (フレックスフィラメント)

はい

TPA (フレックス フィラメント)

はい

ABS (従来のフィラメント)

はい

Flex を使用した 3D プリントの制限は何ですか?

多くの利点があるにもかかわらず、フレックス フィラメントを使用した 3D プリントの最大の制限の 1 つは、部品のプリントが難しい場合があることです。柔軟なフィラメントは、印刷ノズルに詰まりや詰まりを引き起こす傾向があります。さらに、印刷中のリトラクションが不十分な場合があり、糸引きが発生したり、場合によっては部品の寸法が正しくなくなることがあります。さらに、これらのフィラメントの弾性特性により、ボーデン押出機の使用時に座屈や滑りが発生する可能性があります。 ABS や PLA などの従来のフィラメントと比較して、フレックス 3D プリンティング フィラメントを使用するプリントでは、設計段階でのさらなる微調整と最適化が必要です。

3D プリントで Flex が使用されるのはなぜですか?

3D プリンターは他の TPE 製造方法よりもはるかに迅速に部品を作成できるため、柔軟なフィラメントが一般的です。従来、TPE ベースの部品は射出成形と押出成形によって製造されてきました。これらのプロセスでは、大量の部品を立て続けに生産することができますが、工具に費用がかかり、多くの場合、数か月のリードタイムを必要とします。 3D プリンターを使用すると、わずかな工具コストで柔軟なプロトタイプを迅速に作成できます。この機能により、完全なオーダーメイド部品を従来の製造方法よりも大幅に迅速に作成できるようになります。

3D プリントで Flex を使用する方法

フレックス 3D プリンティング フィラメントの使用は、弾性パーツを迅速に構築するための優れた方法です。ただし、これらのフィラメントの柔軟性の性質により、ユーザーはプリンターの構成設定に細心の注意を払う必要があります。柔軟なフィラメントを使用した特定の印刷ジョブの最適な設定は、TPE 材質と部品の用途によって異なります。 TPE フィラメントを印刷するための一般的な前提条件を以下に示します。

<オル>

材料メーカーの推奨に基づいてベッド温度を設定します。

ベッドの接着にはスティックのり、ペインターテープ、またはヘアスプレーを使用します。

ボーデン押出機ではなく、ダイレクト ドライブ押出機を使用します。

印刷中に冷却ファンを使用します。

上記の項目はフレックス フィラメントを使用した印刷の一般的な原則ですが、各素材は若干異なります。プロジェクトによっては、標準の推奨事項から逸脱することが要求される場合があります。 

Flex 3D プリントに最適な構成設定は何ですか?

一般に、ユーザーは、成形品が適切な寸法で確実に得られるように、印刷速度とリトラクト設定を押出機およびベッド温度とバランスさせる必要があります。以下の表 2 に、さまざまな TPE 素材に対する推奨プリンター設定を示します。

表 2:フレックス フィラメント 3D プリンタの設定

プリンタ設定 TPU TPC TPA ソフト PLA

プリンターの設定

押出機の温度

TPU

210～230℃

TPC

220～260℃

TPA

220～230℃

ソフト PLA

220～235℃

プリンターの設定

ベッド温度

TPU

周囲温度 -60 ℃

TPC

60～110℃

TPA

30～60℃

ソフト PLA

100℃

プリンターの設定

印刷速度

TPU

5-30 mm/秒

TPC

5-30 mm/秒

TPA

5-30 mm/秒

ソフト PLA

10-30 mm/秒

ジョブの最初のレイヤーの印刷は、多くの場合、印刷の最も重要なポイントです。柔軟なフィラメントで印刷する場合は、カプトンテープ、ペインターテープ、Magigoo、DimaFix、またはその他の接着剤を使用して、印刷開始時からベッドに良好に接着するようにしてください。最初の層が完了したら、ユーザーは収縮設定を微調整して、押出機のホットエンドからのよだれを防ぐことができます。最適な後退設定を見つけるには、まず後退を無効にして理想的な速度を見つけ、次に後退距離を徐々に増やして理想的な設定を見つける必要があります。ただし、印刷速度が速すぎると、素材がノズルに詰まりやすくなるので注意してください。

Flex 3D プリントの最適速度はどれくらいですか?

柔軟なフィラメントは、押出機に供給されるときに曲がったり、詰まったり、座屈したりする傾向があるため、印刷速度が遅くても問題ありません。これらの問題は、印刷ジョブに不必要な遅延を引き起こす可能性があり、部品の寸法精度と品質に悪影響を与える可能性があります。速度と品質の間の最良の妥協点は、通常 30 ～ 40 mm/s の間です。ただし、最適な印刷速度は使用するフィラメントによって異なります。初期速度をどこに設定するかについての一般的な考え方については、フィラメント メーカーのガイドラインを参照してください。

フレックス フィラメントの融解温度は何度ですか?

溶解温度は材質によって異なります。ただし、一般に、フレックス フィラメントの融解温度は 210 ～ 260 °C です。フレックス フィラメントを加熱しすぎると、印刷中にフィラメントが糸を引き、ノズルからにじみ出る可能性があります。この糸引きにより、部品が規格外で品質が低下します。 

Flex で印刷する場合、加熱プリント ベッドは必要ですか?

はい、通常は加熱ベッドが必要ですが、温度は材料と特定の部品によって異なります。 TPC、TPA、ソフト PLA などの一部のフレックス 3D プリンティング フィラメントには加熱ベッドが必要ですが、TPU は加熱ベッドの有無にかかわらず印刷できます。 

3D プリント フレックスに適した壁の厚さはどれくらいですか?

柔軟なフィラメントには通常、通常のプラスチックよりも厚い部品壁が必要です。たとえば、TPU で作られた部品壁の厚さは通常、少なくとも 2.0 mm でなければなりません。柔軟な 3D プリント フィラメントを使用する場合は、パーツに厚い壁を設計してください。

3D プリント Flex に適した壁密度はどれくらいですか?

3D プリントされたパーツの壁には、シェルと充填材という 2 つの主要なパーツがあります。シェルは部品の固体の外壁であり、充填材は外面の間にあるもので構成されます。充填材は、重量や材料の使用に対する構造強度のバランスをとるために、格子として構築されることがよくあります。充填密度は、最低 0% (中空) または最高 100% (中実) にすることができます。フレックス フィラメントはそのような密度でも機能しますが、充填密度が高くなるとパーツ全体の柔軟性が低下します。

Flex 3D プリントに関するよくある質問

フレックス フィラメントは生分解性ですか?

はい、いいえ。 TPU やソフト PLA などの一部のフレックス フィラメントは生分解性があり、数年で分解します。 TPC や TPA などの他の物質は分解されず、分解するまでに何世紀もかかる可能性があります。

フレックス フィラメントはリサイクル可能ですか?

はい、いいえ。 TPU やソフト PLA などの一部の柔軟なフィラメントはリサイクル可能で、何度も再利用できます。 TPC や TPA など、他のものは 3D プリンターで 1 回しか処理できません。 

フレックス フィラメントは吸湿性がありますか?

はい、フレックス フィラメントは吸湿性があります。すべての TPE は吸湿性が高く、水分を吸収しすぎると加熱するとパチパチとはじいたり、ジュージュー焼けたりします。したがって、柔軟なフィラメントは正しく保管するか、使用前に乾燥させる必要があります。

3D プリントにおける Flex と PLA の違いは何ですか?

柔軟なフィラメントは、高度な弾性と優れた機械的、熱的、電気的、環境的特性を備えた TPE で構成されています。 PLA は、サトウキビやトウモロコシなどの天然資源から得られる硬質で高強度のプラスチックです。 PLAは、PLAポリマーとTPE成分を組み合わせることで、柔軟な「ソフトPLA」にすることができます。 

3D プリントにおける Flex と ABS の違いは何ですか?

Flex 3D プリンティング フィラメントは、非常に柔軟で、驚くべき機械的、熱的、電気的、環境的特性を備えた TPE で作られています。 ABS は石油ベースのプラスチックで、優れた機械的特性を持ち、PLA よりもわずかに柔軟性と延性があり、市場で最も安価なフィラメントの 1 つです。 

ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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