TPE と TPU:主な違いと 3D プリントに適した素材の選択

TPE（熱可塑性エラストマー）は、熱可塑性とエラストマーの両方の特性を備えたゴムです。一方、TPU (熱可塑性ポリウレタン) は TPE の一種です。 TPU および TPE は、伸縮性や曲げ性が必要なデザインの 3D プリント材料として使用される柔軟なフィラメントです。また、印刷物に「柔らかな手触り」を与えます。

一般に、TPE は TPU に比べて柔らかく、柔軟性が高い傾向があります。 TPU は柔軟性はありますが、剛性が高いため、印刷が容易な素材でもあります。ただし、TPE はより長い間市場に出回っているため、より一般的です。また、TPE は一般に TPU に比べて安価です。 TPU は、より重くて丈夫で耐久性のあるプロトタイプで優れたパフォーマンスを発揮しますが、TPE フィラメントは、より軽量で柔らかく、より柔軟なモデルに適しています。

この記事では、TPE と TPU の違い、用途、積層造形業界での TPE の独特な特性について見ていきます。

TPE の定義と TPU との比較

TPE は堅牢性と柔軟性で知られています。 FDM プリンタではフィラメントとして、また SLS マシンでは粉末として入手できます。 TPE は積層造形業界ではまだ比較的新しいものですが、1950 年代から工業用材料として使用されてきました。 EOS は、2013 年に SLS 印刷用の素材として TPE を発売した最初の企業です。TPE は、PrimePart ST (PEBA 2301) という名前で呼ばれています。この導入に続いて、Windform® RL と呼ばれる CRP Technology の TPE 素材が発売されました。

ポリマー材料としての TPE は、熱可塑性加硫ゴムと熱硬化性加硫ゴムの特性を組み合わせています。 TPE のバリエーションには、熱可塑性ポリウレタン (TPU)、熱可塑性ポリアミド (TPA)、熱可塑性コポリエステル (TPC) などのさまざまな柔軟な材料が含まれます。 TPE プリントのモデルやプロトタイプは、自動車や医療などの業界で使用されています。 TPE はスポーツ シューズの製造に使用されており、電子機器にも使用されています。たとえば、一部のヘッドフォン ケーブルの周りのプラスチック ケースや、ゴムのような品質が必要とされるその他の用途にも使用されています。

TPU と比較した TPE の利点

TPE には、TPU と比較して次の利点があります。

• TPE は以前から市場に出回っているため、より一般的です。
• TPE は TPU に比べて柔らかく、柔軟性に優れています。
• TPE は柔軟なスタビライザーとして使用できます。モデル全体の印刷に使用するだけでなく、中間層の印刷にも使用できます。 
• TPE は一般に TPU に比べて安価です。
• 一部の TPE は TPU よりも簡単にリサイクルできます。

TPU と比較した TPE の欠点

TPE には、TPU と比較して次のような欠点があります。

• TPE は初心者向けではありません。望ましい結果を得るには、プリンターの設定を非常に正確にする必要があります。 
• TPE で印刷されたほぼすべてのモデルは、印刷後に再加工する必要があります。
• TPE は、TPU などの他のエラストマーと比べて温度に敏感です。 

TPU の定義と TPE との比較

TPU と TPE は同じファミリーの一部を形成します。 BF Goodrich (現在は Lubrizol Advanced Materials として知られています) は 1959 年に TPU を発明しました。最近発見された物質ではありません。ただし、3D プリンティングへの応用はまだ比較的新しいです。 TPU はそのユニークな特性により、積層造形業界での関心を集めています。その印刷物は様々な産業に応用されています。 

TPU は、溶融堆積モデリング (FDM) プリンターと選択的レーザー焼結 (SLS) プリンターという 2 種類の 3D プリンターの印刷材料として使用できます。 FDM プリンタでは、フィラメント状の材料を使用して目的のモデルを印刷します。 SLSでは粉末状が使用されます。長期的には、FDM プリンタで印刷する方がコスト効率が高くなります。 

TPU には、透明だけでなく幅広い不透明色があります。表面仕上げは滑らかなものから（グリップ力を与えるため）粗いものまであります。 TPUのユニークな特徴の1つは、硬さをカスタマイズできることです。硬度を制御するこの機能により、柔らかい (ゴム) から硬い (硬質プラスチック) までの材料を作成できます。 

TPU の用途は非常に多彩です。 TPU プリント製品を使用する業界には、航空宇宙、自動車、履物、スポーツ、医療などがあります。 TPU は、電気産業のワイヤーのケーシングや、携帯電話やタブレットなどの電子機器の保護ケースとしても使用されています。 

表 1. TPE と TPU の比較

属性 TPE TPU

属性

押出機の温度

TPE

210 ～ 260 °C (さまざま)

TPU

220 ～ 250 °C (さまざま)

属性

ベッド温度

TPE

最大 110 °C (変動あり)

TPU

最大 60 °C (変動あり)

属性

耐衝撃性

TPE

はい

TPU

はい

属性

防水

TPE

はい

TPU

はい

属性

紫外線耐性

TPE

はい

TPU

はい

属性

耐薬品性

TPE

中

TPU

中～高

属性

耐摩耗性

TPE

中低

TPU

高

属性

耐熱性

TPE

高

TPU

高

属性

強さ

TPE

低

TPU

中～高

属性

柔軟性

TPE

高

TPU

中～高

属性

推奨印刷速度

TPE

5 ～ 50+ mm/s (さまざま)

TPU

5 ～ 50+ mm/s (さまざま)

属性

コスト (kg あたり)

TPE

$40+

TPU

$45+

TPE と TPU は確かに異なりますが、重複する性質もいくつか持っています。 TPE と TPU はどちらも防水性、耐紫外線性があり、優れた耐熱性と耐衝撃性を備えています。 

TPE と TPU:アプリケーションの比較

TPE は、柔軟なモデルが必要なアプリケーションに最適です。これらは、スポーツ用品のグリップ (ホッケースティックのハンドルなど)、玩具、医療業界のマウスピース、防水シール、エアバッグ カバー、バンパーなど、より軽くて柔らかい製品であることが多いです。   

一方、TPU は耐傷性と耐摩耗性を兼ね備えています。この材料は、コンソール部品、インストルメントパネル、運動靴、シールとガスケットの製造に使用されます。 

TPE と TPU:部品の精度の比較

TPE は TPU に比べて収縮しやすいため、TPE で寸法的に正確なモデルを印刷することも難しくなります。 TPU はより剛性が高く、印刷が容易であり、一般的により正確な印刷結果が得られます。 

TPE と TPU:速度の比較

両方の印刷材料の速度設定は、最終製品の柔軟性など、必要な特性によって異なります。適切な印刷設定は、使用する TPE と TPU の種類、プリンターのメーカーとモデル、設定された層の厚さによって異なります。 TPE と TPU の必要な印刷速度は、同様の範囲の 5 ～ 50 mm/s です。まれに、TPE と TPU の両方が高速で印刷できることがあります。ただし、正確な結果を得るには、35 mm/秒未満の印刷速度を使用することをお勧めします。

TPE と TPU:表面の比較

TPU は、通常ゴムのような仕上げが施される TPE に比べて、より滑らかな表面仕上げになる傾向があります。 

TPE と TPU:耐熱性の比較

TPE フィラメントと TPU フィラメントはどちらも優れた耐熱性を備えています。 

TPE と TPU:生分解性の比較

TPU と TPE はどちらも 3 ～ 5 年で生分解するため、環境に優しい 3D プリント材料とみなされます。

TPE と TPU:毒性の比較

TPU は本質的に毒性はありませんが、火やその他の化学物質にさらされると有害なガスを放出します。 TPU は燃焼すると特有の臭気を発し、頭痛を引き起こす可能性がありますが、TPE は無毒で、燃焼するとほのかな香りが漂います。 

TPE と TPU:コストの比較

TPE と TPU の kg あたりの相対コストはブランドによって異なります。 eSun TPE、Matterhackers、3dXFlex TPE などの人気ブランドの TPE フィラメントの価格は、1 kg あたり 40 ドルから最大 140 ドルまでです。 TPU フィラメントの人気ブランドとしては、Kodak Flex TPU (~65 ドル/kg)、Ultimaker TPU (~90 ドル/kg)、MatterHackers TPU (~45 ～ 55 ドル/kg)、Polymaker PolyFlex (~50 ドル～90 ドル/kg)、NinjaTek (~110 ドル～180 ドル/kg) などがあります。 

TPE と TPU の相互代替手段は何ですか?

次の素材は、TPE と TPU の相互代替品とみなされます:

• TPC (熱可塑性コポリエステル): TPC は、TPE や TPU と同様、3D プリンティング業界で使用されるゴム状のフィラメントです。また、高温耐性、優れた耐薬品性、高強度、優れた耐紫外線性も備えています。

TPE と TPU の類似点

TPE と TPU には次の類似点があります。

• TPU と TPE は両方とも熱可塑性エラストマーであり、プリントに伸縮性と曲げ性を提供します。
• TPE と TPU はどちらも優れた着色性と透明性を備えています。
• TPE と TPU の印刷速度は同等です。

概要

この記事では、どちらも一般的に 3D プリント材料として使用される TPE と TPU を比較しました。どのプラスチックが優れているか、および Xometry が材料選択をどのように支援するかについて詳しくは、Xometry の担当者にお問い合わせください。

Xometry は、プロトタイピングや生産のあらゆるニーズに対応する 3D プリンティングや付加価値サービスを含む幅広い製造機能を提供します。詳細を確認するか、義務のない無料の見積もりをリクエストするには、当社の Web サイトにアクセスしてください。

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Windform® RL は、CRP Technology (イタリア、モデルナ) の登録商標です。

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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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