射出成形 ABS またはポリプロピレンを Formlabs に置き換える:最適な 3D プリント材料の選択

伝統的な製造の世界では、ABS、ポリプロピレン、ナイロンの「ビッグ 3」が長い間ゴールド スタンダードでした。これらは射出成形の主力製品であり、予測可能な機械的特性と信頼性が高く評価されています。

しかし、製品開発サイクルが短縮され、機能的な最終用途の 3D プリント部品の需要が高まるにつれ、エンジニアは、これらのプラスチックに「似ている」だけでなく、同様に動作する 3D プリント材料をますます求めています。

Formlabs では、プロトタイピングと生産の間のギャップを埋めるために特別に設計された機能性樹脂のライブラリを開発しました。それでは、ABS パーツを交換する場合、どの Formlabs 樹脂を使用すべきでしょうか?それとも、最終的にナイロンから射出成形または機械加工されるものの機能的なプロトタイプを作成しますか? 

このガイドでは、最も一般的な熱可塑性プラスチックと、アプリケーションにとって最も重要な機械的特性に基づいて、どの Formlabs 材料を選択するのが最も合理的であるかを説明します。

インタラクティブ

どの 3D プリント材料を選択すればよいかを判断するのに助けが必要ですか?当社の新しいインタラクティブな材料ウィザードは、増え続ける樹脂のライブラリから、用途や最も重視する特性に基づいて材料を適切に決定するのに役立ちます。

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レゴ® のような ABS の耐久性、剛性、剛性 (脆性なし) を模倣できる Formlabs 樹脂をお探しの場合 レンガの場合はタフ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 1 つで、通常は射出成形によって大量生産されます。これは、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だけでなく、子供用のおもちゃ (レゴ® ブロック) やスピーカーやキッチン家電の筐体など、私たちが毎日使用する多くの消費者製品でも非常に人気があります。 ABS は、溶融堆積モデリング (FDM) 3D プリンターで使用される最も一般的なフィラメントの 1 つでもあります。 

SLA 3D プリンタの場合、ユーザーは剛性を備えた耐久性と剛性のある素材を求めていますが、脆くなるほどの剛性ではありません。これらの用途では、Tough 2000 樹脂が最も近い比較対象となります。タフ2000樹脂パーツは曲がりにくく、衝撃強度に優れ、長期間の使用にも耐えます。 Tough 2000 樹脂のノッチ付きアイゾット耐衝撃性は射出成形 ABS よりもはるかに低いですが、設計の複雑さとカスタマイズ性の点で 3D プリンティングがもたらす利点により、このような制約を考慮した設計が可能になります。 

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Tough 2000 樹脂 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備えた頑丈な素材で、靭性と高温耐性および耐クリープ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、ミルクジャグ、掃除用品の容器などに大量生産されるプラスチックであることが簡単にわかります (プラスチック リサイクル コードで 2 番目に指定されています - ♴)。 HDPE 製品はブロー成形されることが多く、耐摩耗性と摩擦性に優れています。 HDPE はその耐摩耗性により、ひび割れすることなく頻繁に曲げたり押し下げたりする必要があるリビング ヒンジや部品に最適です。 

Formlabs の HDPE の材料比較で最も優れているのは Tough 1000 樹脂です。 Tough 1000 レジンは、優れた破断点伸び、表面平滑性、および衝撃強度が必要な部品に最適な材料として、以前は非常に人気があった耐久性レジンに代わって採用されました。 

Tough 1000 レジンは、高温が存在する場合を除く、ほぼすべてのシナリオで機械的特性の点で HDPE を置き換えることができます。Tough 1000 レジンの HDT はやや低いため、熱でわずかに変形しやすくなります。

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Tough 2000 樹脂 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備えた頑丈な素材で、靭性と高温耐性および耐クリープ性を兼ね備えています。

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Tough 1000 樹脂は、耐摩擦性と滑らかな柔軟性が再現したい主な特性である場合に、射出成形ポリプロピレンの代わりに使用できます。 

ポリプロピレン (PP) は、低摩擦、絶縁性、耐薬品性、耐衝撃性の特性により広く使用されています。その人気の理由の 1 つは、さまざまな製造技術に適応し、それらの技術で幅広い厚さおよび剛性の PP 部品を作成できることです。 PP パーツは、注射器、使い捨てカトラリー、自動車用カップホルダーなど、さまざまな用途に使用できます。 PP は、5 番のリサイクル シンボル (♷) で識別できます。

Tough 1500 レジンと Tough 1000 レジンは両方とも、ポリプロピレンの最高の品質をいくつか備えています。一部の PP パーツの耐摩擦性と滑らかな柔軟性を求める場合は、Tough 1000 レジンを選択する必要があります。ただし、より厚いポリプロピレン部品の強度と耐久性のある剛性を求める場合は、タフ 1500 樹脂を選択する必要があります。 

Tough 1500 樹脂は、準拠機構やセルフタッピングねじやスナップフィットを備えた頑丈なエンクロージャなど、剛性と延性のバランスが必要な部品に最適です。 Tough 1500 樹脂の極限引張強度と曲げ強度は実際に従来の射出成形ポリプロピレン材料よりも優れていますが、破断点伸びは大幅に低くなります。 

SLS 3D プリントされたナイロン素材は、Formlabs ナイロン 11 パウダーでプリントされたこれらの部品と同様、射出成形されたポリアミドと化学的には同じです。 SLA 3D プリンタ用の直接の「ナイロン」樹脂はありませんが、Tough 1000 樹脂はナイロン 6 を置き換えることができ、Tough 1500 樹脂はナイロン 12 を置き換えることができ、Rigid 10K 樹脂はガラス繊維入りナイロンを置き換えることができます。

一般にナイロンと呼ばれるポリアミドは、脆くないのに強くて硬いため、「スナップバック」することができ、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) には、いくつかの異なる構造があります。これらは通常、出発構成要素 (モノマー) の炭素原子の数を示す数字によって識別されます。たとえば、ナイロン 6 は炭素 6 個の構成要素から作られ、ナイロン 12 は炭素 12 個の構成要素から作られます。

量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。これは、強力で耐久性のある部品に優れたナイロン 12 パウダーのような万能素材、またはナイロン 11 パウダーのような、より特殊でパフォーマンスを重視した素材です。さらに、非常に硬い部品用のナイロン 11 CF パウダーなど、非常に特殊なナイロン複合材料もあります。 

ただし、SLS 3D プリント ナイロンがオプションではなく、Formlabs SLA 樹脂材料が必要な場合、ポリアミドの最適な代替品は、最も重視する材料特性によって異なります。ポリアミドはさまざまな優れた機械的特性を備えているため、ナイロンの剛性、耐久性、または衝撃強度のどれを最も必要とするかを決定してください。剛性の点で、または充填ナイロンまたは複合ナイロンの代わりに最適な素材は、非常に硬くて密度の高い硬質 10K 樹脂です。ナイロン 12 の柔軟性と耐疲労性により興味がある場合、同等の樹脂の最良の選択肢は Tough 1500 樹脂です。より「滑りやすい」ナイロン 6 素材をお探しなら、Tough 1000 樹脂が最適です。

この製造補助具、または製造消耗品は、ニューヨーク州オレアンのイートン社の拠点で、一体型フロー製造システム内で部品を移動させるために設計および使用されています。元々は Delrin から機械加工されたもの (左) は、現在は Fuse シリーズ SLS 3D プリンターでナイロン 12 パウダーを使用して 3D プリントされています。 

アセタールまたは商品名デルリン® としても知られるポリオキシメチレン (POM) は、その高剛性、低摩擦、優れた寸法安定性により、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。曲がらない、伸びない、湿気を吸収しないため、生産用の消耗品や製造補助具として工場環境で特に人気があります。 

デルリンは PP の延性と ABS の剛性を備えているため、用途に応じて Tough 1000 レジンまたは Tough 2000 レジンのいずれかが機能します。イートン社のように、製造補助具の大量生産の場合、デルリンの製造消耗品を SLS 3D プリントされたナイロン 12 パウダーに置き換えることで、材料コストと労働時間を削減でき、同時にオリジナルのデルリン部品と同じ剛性と耐久性を実現できます。 

射出成形 TPU と化学的にまったく同じ樹脂はありませんが、これら 2 つの SLS 3D プリント TPU 90A パウダー ガスケットのように、FDM フィラメントと SLS パウダーがあり、プリント設定エディターを使用して Fuse シリーズで異なるデュロメーターでプリントされます。 

熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、耐久性、耐薬品性、耐摩耗性に優れた柔軟なエラストマーです。これは、振動減衰用途、履物、および曲げたり跳ね返したり、衝撃を吸収する必要がある多くの部品に使用されます。 TPU はさまざまなショア硬度で製造できるため、最終用途の製品は、柔らかい 50A から硬い 90A+ まで、多かれ少なかれ硬くなります。 

Formlabs は SLS Fuse シリーズ用の TPU 素材 (TPU 90A パウダー) を持っていますが、TPU の樹脂配合はありません。ただし、大量生産された TPU を、より柔らかいデュロメーターの場合は Elastic 50A 樹脂で印刷された樹脂部品、またはわずかに硬いデュロメーターの場合は Flexible 80A 樹脂で印刷された樹脂部品に置き換えることができます。 

硬質 10K 樹脂は、非常に硬く、強力で、剛性の高い素材を探している場合に PEEK の代わりに使用できます。 Formlabs の多くのユーザーは、工業用射出成形機で数千ショットに使用できる 3D プリント射出成形ツールの作成に Rigid 10K 樹脂を利用しています。 

ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) は、航空宇宙、自動車、医療、公共用途で金属の代替として使用できる工業用高性能プラスチックです。 PEEK を 1 つの 3D プリント材料だけで置き換えることはできません。PEEK は、さまざまな特性にわたって総合的な性能が高すぎるためです。 PEKK と呼ばれる、構造的には異なりますが関連する材料は、加工が容易であり、PEEK の優れた特性の多くを共有しています。

ただし、PEEK の剛性を求めていて、耐衝撃性の一部を犠牲にしてもよい場合は、硬質 10K 樹脂が適しています。 PEEK の高い耐熱性が必要な場合は、高温樹脂が最適です。 PEEK の生体適合性が必要な場合は、BioMed Clear レジン、BioMed White レジン、BioMed Black レジンなど、Formlabs の生体適合性樹脂シリーズが最適です。 

ABS、PEEK、ポリプロピレンなどの工業用プラスチックがすぐに 3D プリント材料に完全に置き換わることはありません。これらを射出成形、ブロー成形、熱成形、その他の大量生産プロセスで製造するにはコスト効率と効率が高すぎます。 

しかし、3D プリンターと材料がより高度で技術的能力が高まるにつれ、消費財から製造補助具や機能プロトタイプに至るまで、多くの最終用途シナリオで 3D プリント部品が従来の工業用プラスチックに取って代わることができるようになりました。 

Formlabs 樹脂は、多くの状況でこれらの一般的な材料の優れた代替品となります。これらは、必要に応じて機能することを確認するために、特別に配合され、厳密にテストされています。 

自分の目で確かめたい場合は、無料の 3D プリント サンプルをリクエストしてください。または、当社のチームに連絡して、特定のアプリケーションについて話し合い、ファイルの 1 つのカスタム サンプルを入手してください。