射出成形ABS・ポリプロピレンからFormlabsへ：最適な3Dプリント材料の選び方

従来の製造現場では、「ビッグスリー」であるABS、ポリプロピレン、ナイロンが長らくゴールドスタンダードとされてきました。これらは射出成形の主力材料として、予測可能な機械的特性と信頼性で評価されています。

しかし、製品開発サイクルが短縮し、機能的なエンドユース3Dプリントパーツへの需要が高まる中、エンジニアはこれらのプラスチックを単に「見た目が似ている」だけでなく、「振る舞いが似ている」3Dプリント材料を求めるようになっています。

Formlabsでは、プロトタイピングと量産のギャップを埋めるために特別に設計された機能性レジンライブラリを開発してきました。では、ABSパーツを置き換える際、あるいは最終的に射出成形やナイロン切削で作られる部品の機能プロトタイプを作る際、どのFormlabsレジンを選ぶべきでしょうか？

このガイドでは、最も一般的な熱可塑性プラスチックと、あなたのアプリケーションで最も重要な機械的特性に基づいて、最も適したFormlabs材料を選ぶ方法を解説します。

インタラクティブ

どの3Dプリント材料を選ぶべきか迷っていますか？ 新しいインタラクティブなマテリアルウィザードが、あなたの用途と、拡大し続けるレジンライブラリの中で最も重視する特性に基づいて、適切な材料選定をサポートします。

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レゴ®ブロックのような耐久性、剛性、脆くない剛さを持つABSの代替をお探しなら、Tough 2000レジンが最適です。

ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）は最も一般的に使用される熱可塑性プラスチックの一つで、通常は射出成形で大量生産されます。ダッシュボードやコンソールなどの大型自動車内装部品、レゴ®ブロックのような子供用おもちゃ、スピーカーやキッチン家電の筐体など、日常的に使われる多くの製品に採用されています。ABSはFDM 3Dプリンターで最も人気のあるフィラメントの一つでもあります。

SLA 3Dプリンターでは、耐久性があり、剛性があり、脆くない剛さを持つ材料が求められます。こうした用途には、Tough 2000レジンが最も近い比較対象となります。Tough 2000レジンパーツは容易には曲がらず、優れた衝撃強度を持ち、長期間の使用に耐えます。射出成形ABSに比べてノッチ付きアイゾット衝撃強度は大幅に低いものの、3Dプリントがもたらす設計の複雑さとカスタマイズ性のメリットにより、こうした制約を設計でカバーすることが可能です。

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Tough 2000レジンV2は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）に匹敵する強度と剛性を持つ堅牢な材料で、靭性と高温・クリープ耐性を兼ね備えています。

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HDPE（高密度ポリエチレン）は、シャンプーボトル、牛乳パック、洗剤容器などの大量生産プラスチックとして容易に識別できます（プラスチックリサイクルコードでは「2」♴）。HDPE製品はブロー成形されることが多く、摩耗と摩擦に強く耐えます。この耐摩耗性により、リビングヒンジや頻繁に曲げたり押したりするパーツで割れずに使えるのに最適です。

HDPEに対する最適なFormlabs材料はTough 1000レジンです。Tough 1000レジンは、以前人気だったDurableレジンに代わって、破断伸び、表面平滑性、衝撃強度に優れたパーツに選ばれる材料となりました。

Tough 1000レジンは、高温環境下を除き、ほぼすべてのシナリオでHDPEの機械的特性を置き換えられます。Tough 1000レジンのやや低いHDTにより、高温下ではわずかに変形しやすくなります。

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Tough 2000レジンV2は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）に匹敵する強度と剛性を持つ堅牢な材料で、靭性と高温・クリープ耐性を兼ね備えています。

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Tough 1000レジンは、摩擦抵抗と滑らかな柔軟性が主な特性である射出成形ポリプロピレンの置き換えに適しています。

ポリプロピレン（PP）は、低摩擦、絶縁性、耐薬品性、耐衝撃性で広く使用されています。その人気は、多様な加工技術に適応でき、それらが幅広い厚みと剛性のPPパーツを生み出せることにあります。PPパーツはシリンジ、使い捨てカトラリー、自動車用カップホルダーなど多様な用途に使われます。PPはリサイクルシンボル番号5（♷）で識別できます。

Tough 1500レジンとTough 1000レジンの両方に、ポリプロピレンの優れた特性の一部が備わっています。摩擦抵抗と滑らかな柔軟性を求めるならTough 1000レジンを、厚肉ポリプロピレンの強度と耐久性のある剛性を求めるならTough 1500レジンを選択すべきです。

Tough 1500レジンは、剛性と延性のバランスが必要なパーツ（コンプライアントメカニズムや、タッピングネジとスナップフィットを備えた堅牢な筐体など）に最適です。Tough 1500レジンの引張強度と曲げ強度は、従来の射出成形ポリプロピレン材料を実際に上回りますが、破断伸びは大幅に低くなります。

SLS 3Dプリントナイロン材料（Formlabsナイロン11パウダーでプリントされたこれらのパーツなど）は、射出成形ポリアミドと化学的に同一です。SLA 3Dプリンター向けの直接的な「ナイロン」レジンはありませんが、Tough 1000レジンでナイロン6を、Tough 1500レジンでナイロン12を、Rigid 10Kレジンでガラス充填ナイロンを置き換えられます。

ポリアミド（一般にナイロンと呼ばれる）は、脆くない強さと剛性を持ち、「スナップバック」し、優れた耐熱性と耐疲労性を備えています。ポリアミド（ナイロン）はいくつかの異なる構造があり、通常、出発原料（モノマー）の炭素原子数を示す数字で識別されます。例えば、ナイロン6は6炭素の構成単位から、ナイロン12は12炭素の構成単位から作られます。

大量生産ナイロンの代替として最適なFormlabs材料は、もちろんSLS 3Dプリントナイロンです。汎用性の高いNylon 12パウダーのような強靭で耐久性のあるパーツ向け材料や、Nylon 11パウダーのようなより専門的で性能重視の材料があります。さらに、極めて剛性の高いパーツ向けのNylon 11 CFパウダーのような特定のナイロンコンポジットもあります。

しかし、SLS 3Dプリントナイロンが選択肢にない場合、Formlabs SLAレジン材料でポリアミドを置き換えるなら、あなたが最も重視する材料特性によります。ポリアミドは多様な卓越した機械的特性を持つため、ナイロンの剛性、耐久性、衝撃強度のどれを最も重視するか決めてください。剛性、または充填・コンポジットナイロンの置き換えなら、極めて剛性が高く密度の高いRigid 10Kレジンが最適かもしれません。ナイロン12の柔軟性と耐疲労性を重視するなら、比較可能なレジンとしてTough 1500レジンが最適です。より「滑りやすい」ナイロン6的な材料を求めるなら、Tough 1000レジンが最適です。

この製造治具（生産消耗品）は、Eatonがニューヨーク州オリーン工場でシングルピースフロー製造システムでパーツを移動するために設計・使用しています。元はデルリン（左）から切削されていましたが、現在はFuseシリーズSLS 3DプリンターでNylon 12パウダーで3Dプリントされています。

ポリオキシメチレン（POM）、別名アセタールや商品名デルリン®は、高剛性、低摩擦、優れた寸法安定性から、機械加工可能なプラスチックとして製造現場で非常に人気があります。曲がらず、伸びず、吸湿しないため、工場での生産消耗品や製造治具に特に適しています。

デルリンはPPの延性とABSの剛性を兼ね備えているため、用途に応じてTough 1000レジンまたはTough 2000レジンのどちらかが適します。Eatonのような大量製造治具生産では、デルリン製消耗品をSLS 3DプリントNylon 12パウダーに置き換えることで、材料コストと作業時間を削減しながら、元のデルリンパーツと同等の剛性と耐久性を実現できます。

射出成形TPUと化学的に完全に同一のレジンはありませんが、FDMフィラメントやSLSパウダーにはあります。これら2つのSLS 3DプリントTPU 90Aパウダーガスケットは、Print Settings Editorを使用してFuseシリーズで異なるデュロメーターでプリントされています。

熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、優れた耐久性、耐薬品性、耐摩耗性を持つ柔軟なエラストマーです。振動減衰用途、履物、曲がって跳ね返ったり衝撃を吸収したりする多くのパーツに使用されます。TPUは様々なショア硬度で製造可能で、最終製品をより柔らかく（50A）からより硬く（90A+）まで調整できます。

FormlabsにはSLS Fuseシリーズ用のTPU材料（TPU 90Aパウダー）がありますが、TPUのレジン処方はありません。しかし、大量生産TPUを、柔らかいデュロメーターにはElastic 50Aレジン、少し硬いデュロメーターにはFlexible 80Aレジンでプリントしたレジンパーツで置き換えることは可能です。

Rigid 10Kレジンは、極めて剛性が高く、強く、硬い材料を求める状況でPEEKの代替になります。多くのFormlabsユーザーは、産業用射出成形機で数千ショット使用できる射出成形金型を作るためにRigid 10Kレジンを活用しています。

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、航空宇宙、自動車、医療、ユーティリティ用途で金属を置き換えられる産業用高性能プラスチックです。単一の3Dプリント材料でPEEKを完全に置き換えることはできません。あまりに多くの特性で包括的に高性能だからです。構造的に異なるが関連する材料PEKKは加工が容易で、PEEKの多くの極限特性を共有しています。

しかし、PEEKの剛性を求め、その衝撃耐性の一部を犠牲にできるなら、Rigid 10Kレジンが適しています。PEEKの高耐熱性が必要なら、高耐熱レジンが最適です。PEEKの生体適合性が必要なら、BioMedクリアレジン、BioMedホワイトレジン、BioMedブラックレジンなどFormlabsの生体適合性レジンラインナップが最適です。

ABS、PEEK、ポリプロピレンのような工業用プラスチックが、近い将来3Dプリント材料によって完全に置き換わることはありません。射出成形、ブロー成形、熱成形などの大量生産プロセスで作る方が、コスト効率と効率の面で優れているからです。

しかし、3Dプリンターと材料がより高度かつ技術的に高性能になるにつれ、コンシューマー製品から製造治具、機能プロトタイプまで、多くのエンドユースシナリオで3Dプリントパーツが従来の工業用プラスチックを置き換えられるようになっています。

Formlabsレジンは、多くの状況でこれらの一般的な材料の優れた代替となります。これらは必要な性能を発揮できるよう、特別に処方され、厳格にテストされています。

実際に確かめたい場合は、無料3Dプリントサンプルを請求してください。または、私たちのチームに連絡して、あなたの特定のアプリケーションについて相談し、あなたのファイルのカスタムサンプルを入手してください。