TPE と TPU の違い：3D プリントに最適な材料選び

TPE と TPU の概要

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特性を持つゴムです。一方、TPU（熱可塑性ポリウレタン）は TPE の一種です。TPU と TPE は、伸縮や曲げ特性が必要な設計に使用される 3D プリント材料の柔軟なフィラメントです。また、プリント製品に「柔らかな手触り」を与えます。

一般的に TPE は TPU より柔らかく柔軟です。TPU は依然として柔軟ですがより剛性があるため、プリントしやすい材料です。しかし、TPE は市場に長く存在するためより一般的です。TPE は一般的に TPU より安価です。TPU はより重く、タフで耐久性のあるプロトタイプで良好な性能を発揮しますが、TPE フィラメントはより軽量、柔らかく、柔軟なモデル向けです。

この記事では、TPE と TPU の違い、アプリケーション、積層造形業界でそれらを独自たらしめる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ます。FDM プリンタ用フィラメントと SLS マシン用パウダーとして利用可能です。TPE は積層造形業界ではまだ比較的新しいですが、工業用材料として 1950 年代から存在しています。EOS が 2013 年に SLS プリント用材料として TPE を最初に発売しました（PrimePart ST、PEBA 2301 として知られる）。これに続き、CRP Technology が Windform® RL という TPE 材料を発売しました。

ポリマー材料として、TPE は熱可塑性と熱硬化性硫化ゴムの特性を兼ね備えています。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）などの柔軟な材料が含まれます。TPE でプリントされたモデルとプロトタイプは自動車や医療などの業界で使用されてきました。TPE はスポーツシューズの製造に使用され、ヘッドホンケーブルの周りのプラスチックケーシングなど、ゴムのような特性が求められる電子機器用途でも見られます。

TPU と比較した TPE の利点

• TPE は市場に長く存在し、より一般的です。
• TPE は TPU より柔らかく柔軟です。
• TPE は柔軟なスタビライザーとして使用できます。モデル全体のプリントだけでなく、中間層のプリントにも使用可能です。
• TPE は一般的に TPU より安価です。
• 一部の TPE は TPU より容易にリサイクル可能です。

TPU と比較した TPE の欠点

• TPE は初心者向けではありません。望む結果を得るにはプリンタ設定を非常に精密にする必要があります。
• プリント後、TPE でプリントされたほぼすべてのモデルを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より温度に敏感です。

TPU の定義と TPE との比較

TPU と TPE は同じファミリーに属します。BF Goodrich（現 Lubrizol Advanced Materials）が 1959 年に TPU を発明しました。最近発見された材料ではありません。しかし、3D プリントでの応用はまだ比較的新しいです。独自の特性により、TPU は積層造形業界で注目を集めています。プリント製品はさまざまな業界に応用されています。

TPU は 2 種類の 3D プリンタでプリント材料として使用できます：Fused Deposition Modeling（FDM）プリンタと Selective Laser Sintering（SLS）プリンタ。FDM プリンタではフィラメント形式の材料を使用し、SLS ではパウダー形式を使用します。長期的には FDM プリンタでのプリントがよりコスト効率に優れます。

TPU は幅広い不透明色と透明色で利用可能です。表面仕上げは滑らかなものから粗いもの（グリップ提供用）まで幅広いです。TPU のユニークな特徴の 1 つは硬度をカスタマイズできることです。この硬度制御能力により、柔らかい（ゴム状）から硬い（剛性プラスチック）までの材料が実現できます。

TPU の用途は非常に多岐にわたります。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、医療があります。TPU は電気業界でワイヤーのケーシングとして、携帯電話やタブレットなどの電子機器保護ケースとしても使用されます。

TPE と TPU の比較表

属性	TPE	TPU
押出温度	210–260 °C（変動あり）	220–250 °C（変動あり）
ベッド温度	最大 110 °C（変動あり）	最大 60 °C（変動あり）
耐衝撃性	○	○
防水性	○	○
耐 UV 性	○	○
耐薬品性	中	中〜高
耐摩耗性	中〜低	高
耐熱性	高	高
強度	低	中〜高
柔軟性	高	中〜高
推奨プリント速度	5–50+ mm/s（変動あり）	5–50+ mm/s（変動あり）
コスト（kg 単価）	$40+	$45+

TPE と TPU には違いがありますが、共通する特性もあります。両方とも防水性、耐 UV 性があり、優れた耐熱性と耐衝撃性を持ちます。

TPE と TPU の用途比較

TPE は柔軟なモデルが必要な用途に最適です。これらはしばしば軽量で柔らかい製品です：スポーツギアのグリップ（ホッケースティックハンドルなど）、おもちゃ、医療用マウスピース、防水シール、エアバッグカバー、バンパーなど。

一方、TPU は傷と耐摩耗性の組み合わせを提供します。この材料はコンソールパーツ、計器パネル、運動靴、シール＆ガスケットの製造に使用されます。

TPE と TPU の部品精度比較

TPE は TPU より収縮しやしいため、TPE で寸法精度の高いモデルをプリントするのはより困難です。TPU はより剛性がありプリントしやすく、一般的により精度の高いプリント結果をもたらします。

TPE と TPU の速度比較

両プリント材料の速度設定は、最終製品の柔軟性などの望ましい特性に依存します。適切なプリント設定は、使用する TPE と TPU のタイプ、プリンタのメーカーとモデル、設定層厚に依存します。TPE と TPU の必要プリント速度は同様の範囲（5–50 mm/s）です。稀に両方ともより高速でプリントできます。しかし、精度の高い結果を得るには 35 mm/s 以下のプリント速度を推奨します。

TPE と TPU の表面比較

TPU は TPE より滑らかな表面仕上げ傾向があり、TPE は通常ゴムのような仕上げになります。

TPE と TPU の耐熱性比較

TPE と TPU の両フィラメントは優れた耐熱性を提供します。

TPE と TPU の生分解性比較

TPU と TPE はともに 3～5 年で生分解するため、環境に優しい 3D プリント材料と見なされます。

TPE と TPU の毒性比較

TPU 自体は無毒ですが、火や他の化学物質にさらされると有害な煙を放出します。燃焼時、TPU は頭痛を引き起こす特有の臭いを放ちますが、TPE は無毒で燃焼時に微かな香りしかしません。

TPE と TPU のコスト比較

TPE と TPU の kg 単価はブランドによって異なります。人気の TPE フィラメント ブランド（eSun TPE、Matterhackers、3dXFlex TPE など）は $40/kg から約 $140/kg です。人気の TPU フィラメント ブランドには、Kodak Flex TPU（約 $65/kg）、Ultimaker TPU（約 $90/kg）、MatterHackers TPU（約 $45–55/kg）、Polymaker PolyFlex（約 $50–90/kg）、NinjaTek（約 $110–180/kg）などがあります。

TPE と TPU の共通代替材料

以下の材料は TPE と TPU の共通代替材料と見なされます：

• TPC（熱可塑性コポリエステル）： TPC は TPE と TPU と同様に、3D プリント業界で使用されるゴムのようなフィラメントです。高温耐性、優れた耐薬品性、高強度、優れた耐 UV 性も備えています。

TPE と TPU の共通点

• TPU と TPE はともに熱可塑性エラストマーで、プリントに伸縮と曲げ特性を提供します。
• TPE と TPU はともに優れた着色性と透明性を提供します。
• TPE と TPU は類似のプリント速度を持ちます。

まとめ

この記事では、共に一般的な 3D プリント材料である TPE と TPU を対比しました。どちらのプラスチックが優れているか、Xometry が材料選定でどのように支援できるかについてさらに知りたい場合は、Xometry 担当者にお問い合わせください。

Xometry は 3D プリントを含む幅広い製造能力と、プロトタイピングおよび生産ニーズに対応する付加価値サービスを提供しています。詳細や無料・無義務の見積もりについては、Web サイトをご覧ください。

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

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Dean McClements
Dean McClements は機械工学の B.Eng Honors 卒業で、製造業界で 20 年以上の経験を持ちます。Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を務め、エンジニアリング プロセスとイノベーションへの深い理解を培いました。
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