磁性鉄 3D プリンティング フィラメントを理解する:材料、特性、および用途

磁鉄 3D プリントとは何ですか?

磁性鉄 3D プリントは、鉄を充填したプラスチック フィラメントを使用して、金属のように見える部品を 3D プリントします。このフィラメントを使用した印刷は、バルクの金属粉末を溶かして融合させて金属部品を構築する、DMLS や SLM などの粉末金属印刷に使用される技術とはまったく異なるプロセスによって行われます。対照的に、磁性鉄フィラメントを使用して印刷された完成部品は、金属フィラーを含むプラスチックマトリックスのままです。磁性鉄フィラメントで印刷された部品は金属的な外観を持ちますが、その強度と耐久性は親の PLA ポリマーとほぼ同じです。これらの特殊なフィラメントで印刷された部品は、標準の PLA よりも脆くなる可能性があります。これらのフィラメントを使用してパーツを印刷すると、完成したパーツが強磁性になり、磁性材料がパーツにくっつきます。 詳細については、3D プリントのガイドをご覧ください。

磁性鉄フィラメントの組成は何ですか?

磁性鉄 3D プリンティング フィラメントの組成はフィラメント メーカーによって異なります。しかしながら、一般に、フィラメント中の磁性鉄の割合は、フィラメントの総体積または総重量の約５〜１５％である。残りの体積または重量パーセントは、ベースの熱可塑性材料を構成します。鉄の割合が高くなると、より金属的な仕上がりになり、強磁性が強くなりますが、印刷作業がより難しくなり、部品が脆くなります。 PLA、ABS、ナイロンの他に、鉄粉を充填して磁性フィラメントを作成することもできます。

磁性鉄フィラメントの特性は何ですか?

金属的な外観にもかかわらず、磁性鉄フィラメントで印刷された部品は、実際の金属と多くの特性を共有しません。以下のリストは、磁性鉄フィラメントのいくつかの特性を説明しています。

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金属光沢のあるパーツを生成します。

これらは強磁性の特性を持っています（鉄やその他の磁性材料は、磁性鉄の 3D プリント フィラメントでプリントされた部品に引き寄せられます）

これらの強度と特性（機械的、熱的、電気的、化学的、生分解性の程度、リサイクル可能性）は、追加された金属よりも主な熱可塑性マトリックス材料に似ています。

ベースのポリマー フィラメント素材よりも約 1.5 倍高い密度を持っています。

金属粉末粒子には研磨作用があるため、プラスチックのみのフィラメントと比較して、プリンターの押し出しノズルの摩耗率が増加します。

鉄粉によりフィラメントの密度が増加するため、ブリッジおよびサポート能力が低下します。

磁性鉄フィラメントの特性の比較

以下の表 1 は、さまざまな 3D プリンティング フィラメントのいくつかの属性の比較を示しています。

表 1:磁性鉄充填 PLA 対 PLA 対 ABS の特性

プロパティ 磁性鉄充填 PLA 標準 PLA ABS

プロパティ

靭性

磁性鉄入り PLA

低

標準 PLA

ベース

ABS

高

プロパティ

柔軟性

磁性鉄入り PLA

最小限

標準 PLA

一部

ABS

詳細

プロパティ

密度

磁性鉄入り PLA

最大 1.5 x ベース フィラメント

標準 PLA

ベース

ABS

低

プロパティ

外観

磁性鉄入り PLA

メタリック

標準 PLA

光沢

ABS

光沢

プロパティ

印刷中のノズルの摩耗

磁性鉄入り PLA

より高い

標準 PLA

標準

ABS

標準

プロパティ

ブリッジングおよびサポート機能

磁性鉄入り PLA

悪い

標準 PLA

良い

ABS

良い

プロパティ

生分解性?

磁性鉄入り PLA

はい

標準 PLA

はい

ABS

いいえ

磁鉄を使用した 3D プリントの制限は何ですか?

金属入りフィラメントは印刷が難しいことで有名ですが、それは磁性鉄フィラメントと何ら変わりません。磁鉄を使用した 3D プリントの制限は、プリント設定と最終パーツの品質への影響に関係します。課題の 1 つは、フィラメント内の磁性鉄粉の微粒子がノズル先端を摩耗させ、摩耗が促進されることです。 

もう 1 つの制限は、磁性鉄フィラメントのブリッジおよびオーバーハングのサポート能力が低いことです。この制限は、金属粉末の添加によってフィラメントの密度が増加するためです。 

最後に、金属粉の部分が印刷中に詰まりや詰まりを引き起こす可能性があります。これは、特定のプリントに最適な設定を見つけるには、印刷速度と送り、層の厚さ、後退距離などの印刷設定を微調整して最適化する必要があることを意味します。 PLA などの標準的なフィラメントと比較して、磁性鉄フィラメントで印刷されたパーツは、望ましい品質のパーツを実現するためにプロセスの詳細に細心の注意を払う必要があります。

3D プリントに磁性鉄が使用されるのはなぜですか?

磁性鉄 3D プリンティング フィラメントは、高価な金属 3D プリンタや従来の金属製造プロセスを必要とせずに、金属の外観を持つ部品を作成するために 3D プリンティングで使用されます。彫刻、宝飾品、装飾品、小道具、レプリカなどのリアルな金属光沢のある部品は、3D プリントにおける磁性鉄フィラメントの最も一般的な用途の一部です。装飾部品や装飾部品を超えて、これらのフィラメントで印刷された部品は、さまざまなセンサーやアクチュエーター、小型モーター、コンピューター記憶装置などでの使用が増加しています。磁性鉄の 3D プリント フィラメントを使用すると、鉄のように見えるパーツを作成できますが、これらのパーツは鉄の物理的または化学的特性を持ちません。非耐荷重性または美的目的のみを目的とする場合を除き、磁性鉄フィラメントで印刷された部品を金属部品の代わりに使用してはなりません。 

3D プリントで磁性アイロンを使用するにはどうすればよいですか?

磁性鉄フィラメントを使用した印刷は、標準フィラメントを使用した印刷よりも困難になる可能性がありますが、不可能ではありません。以下に、3D プリントで磁性鉄を使用する方法のベスト プラクティスをいくつか示します。

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フィラメント内に存在する小さな鉄粉は真鍮のノズルを摩耗させ、すぐに摩耗させる可能性があります。金属充填フィラメントには、硬化鋼またはステンレス鋼で作られた耐摩耗性のノズルを使用してください。ノズルの摩耗状態を定期的に確認してください。

標準ノズルのオリフィス直径は 0.4 mm です。金属粒子はオリフィスの周りに固まり、フィラメントの供給を妨げる傾向があります。オリフィスの周囲での固まりを防ぐには、より大きなオリフィス（0.5～0.6 mm）のノズルを使用してください。

金属充填フィラメントは標準のポリマー フィラメントよりも密度が高いため、特定のサイズのフィラメントではより重くなります。この重量の増加により、印刷指示でギャップの橋渡しやオーバーハングの印刷が必要な場合、フィラメントの垂れ下がりや破損が発生する可能性があります。磁鉄製 3D プリント フィラメントを使用する場合は、できればブリッジやオーバーハングのあるパーツのプリントを避けてください。

金属充填フィラメントは脆いため、簡単に切れたり亀裂が入ったりする可能性があります。この問題は、フィラメント印刷パスにスプールと押出機の間に鋭利な角が多すぎる場合に発生する可能性があります。この問題を解決するには、スプールと押出機の間の距離を最小限に抑えます。この 2 つの距離が近ければ近いほど良いのです。 

フィラメント内の金属粉末により、印刷中に押出機が溶融した材料をノズルに戻すことが困難になります。この後退により、特定の印刷セグメントの開始と終了に材料の塊が発生します。撤回を回避するには、撤回設定を最適化します。

磁鉄による 3D プリントに最適な構成設定は何ですか?

Protoplant, Inc. は、Protopasta というブランド名で人気のある磁性鉄充填フィラメントを製造しています。金属充填フィラメントのプリンター設定はメーカーによって異なりますが、Protopasta が磁性鉄充填 PLA フィラメントに対して推奨する設定は一般的なものと考えられ、以下の表 2 にリストされています。

表 2. 磁鉄 3D プリンターの設定

プリンタ設定 値

プリンター設定

ベッド温度

値

周囲温度～60 ℃

プリンター設定

ノズル温度

値

185～215℃

プリンター設定

印刷速度

値

10〜20 mm/秒（第1層）; 20 ～ 80 mm/s (残りの部分)

プリンター設定

エクストルーダーのファン速度

値

最大 RPM の 10 ～ 20%

プリンター設定

撤回

値

最小限

プリンター設定

レイヤーの高さ

値

0.15～0.20mm

プリンター設定

プリントベッド

値

消える接着剤、ペインターテープ、または PEI を塗布します

磁鉄による 3D プリントの最適速度はどれくらいですか?

磁性鉄充填フィラメントの最適な 3D プリント速度は、最初の層で 10 ～ 20 mm/s、後続のすべての層で 20 ～ 80 mm/s です。プリントベッドへの密着性を確保するために、プリントの開始時には遅いプリント速度を使用してください。最初の層が完了したら、ノズルの詰まりや詰まりを防ぐために印刷速度を上げる必要があります。

磁性鉄フィラメントの溶解温度とは何ですか?

磁性鉄 3D プリンティング フィラメントの溶融温度は、実際にプラスチックのみが溶融し、金属粉末は溶融しないため、プロトパスタ フィラメントの標準的な PLA (180 ～ 190 ℃) とほぼ同じです。ただし、金属充填フィラメントは充填されていないフィラメントよりも脆いため、脆さを軽減するにはわずかに高い温度を使用する必要がある場合があります。 

磁性アイロンを使用して印刷する場合、加熱された印刷ベッドは必要ですか?

いいえ、磁性鉄充填フィラメントを使用して印刷する場合、加熱ベッドは必要ありません。しかし、それらは非常に有益である可能性があります。ベッド温度を高くすると、ベッドの接着が促進され、印刷部品の残留応力が軽減され、反りの防止に役立ちます。ベッドの温度は周囲の温度と同じ温度にすることも、60℃までの高温にすることもできます。 

磁鉄の 3D プリントに適した壁の厚さはどれくらいですか?

磁性鉄フィラメントで印刷された部品の適切な肉厚は、主なベース プラスチックの肉厚と同様です。磁性鉄入り PLA の場合、肉厚は 1.5 mm が推奨され、絶対最小値は 0.8 mm です。

磁鉄の 3D プリントに適した壁密度はどれくらいですか?

磁性鉄を使用した 3D プリントの「良好な」充填密度は、最終的にプリントされる部品の望ましい特性に帰着します。壁または充填材の密度と、結果として得られる 3D プリント部品の強度との間には相関関係があります。高い印刷速度を維持することが懸念される場合は、より低い充填密度 (15 ～ 50%) の使用を検討してください。充填密度を下げると、金属充填フィラメントの脆さにより部品が簡単に曲がったり破損したりする可能性がありますが、高速印刷を使用すると、部品の形状と美観を迅速に検証できます。機能的で耐久性のあるパーツには、より高密度の充填材 (50 ～ 80%) を使用することを検討してください。

3D プリントにおける磁性鉄と PLA の違いは何ですか?

純粋な PLA 印刷用フィラメントと磁性鉄入り PLA フィラメントの最大の違いは、磁性鉄入り PLA が磁性であることです。これらの金属粉末により、部品がより脆くなり、標準的な PLA 部品よりも細かい調整と注意が必要な印刷ジョブが発生します。磁性鉄プリントされたパーツは金属的な外観を持ち、磁気特性を示す場合がありますが、標準的な PLA と同じ特徴や性質の多くを保持しています。

概要

この記事では、磁性鉄 3D プリンティング フィラメントを紹介し、それが何であるかを説明し、3D プリンティングで使用する際に考慮すべきさまざまな要素について説明しました。磁性鉄 3D プリンティング フィラメントの詳細については、Xometry の担当者にお問い合わせください。

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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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