最高性能の産業用 FDM プラスチックの 5 つ

溶融堆積モデリング (FDM) は、溶融した熱可塑性材料を使用して完成部品を作成する、シンプルで用途の広い 3D プリント技術です。このプロセスでは、熱可塑性 FDM 材料が FDM マシンの加熱された印刷ノズル内で溶融され、パーツが形成されるまで、設定されたツールパスに層ごとに押し出されます。 FDM は、現在利用できる最も広く使用されている付加製造プロセスの 1 つです。

よくある誤解は、FDM は 3D プロトタイピングとモデリングにのみ使用できるというものです。実際、FDM は、航空宇宙、自動車、ロボット工学、および電子産業で工業用強度の高性能部品を作成するためによく使用されます。一般的な例としては、航空機の内装部品、自動車の交換部品、工業グレードの治具や治具などがあります。これらの高性能部品の製造は、高性能プラスチックを使用しなければ不可能です。 FDM プロセスで使用される最も高性能な 5 つの材料について、知っておくべきことはすべてここにあります。

1. ULTEM® PEI

ポリエーテルイミド (PEI) のブランド名である ULTEM® は、30 年以上にわたり製造業界の定番であり、極端な条件に耐えるように特別に設計された数少ない市販のアモルファス熱可塑性樹脂の 1 つです。安定性と軽量性に優れたこの FDM プラスチック素材は、217°C を超える温度に長時間耐えることができ、温度が変動しても安定した状態を保ちます。さらに、本質的に難燃性であり、煙の発生を最小限に抑えます。

ULTEM の機械的仕様には以下が含まれます:

• 破断時の引張強度 (73°F):15,200 psi
• 曲げ強度 (73°F):22,000 psi
• 破断時の伸び (73°F):60%
• 融点:426°F

その強度と耐久性により、ULTEM® は、回路基板や食品の準備および殺菌装置などの高性能産業用途によく使用されます。また、油脂、アルコール、酸などの水溶液と接触しても割れにくいため、ULTEM® は自動車用途や航空機部品に最適です。

ULTEM® は、トランスミッション コンポーネント、防火ブロッカー、飛行機のシート カバーなどに使用されています。製品チームは、この FDM 材料が非常に高価であり、極性塩素化溶媒の存在下で割れやすいことを知っておく必要があります。

2.ナイロン6

ナイロンは、衝撃性能を損なうことなく優れた強度と剛性を提供することで知られる高性能エンジニアリング熱可塑性樹脂のファミリーです。この FDM 材料は、さまざまな添加剤と組み合わせて特定の化学的および機械的特性を実現できるため、非常に用途が広く、さまざまなユースケースに適用できます。加工可能で伸縮性の高いフィラメントであるナイロン 6 は、産業用 FDM 用途に特に適しています。

ナイロン 6 は、高温での強度が高く、低温での衝撃強度が高く、耐疲労性に優れています。さらに、その滑らかなガラスのような表面繊維は、優れた耐摩耗性を提供します。一般的な用途には、産業用コード、電気成形品、燃料システム コンポーネント、および金属製のベアリングまたはブッシングの交換が含まれます。強化されていないナイロン 6 の機械的仕様は次のとおりです。

• 引張強度:76 MPa
• 曲げ強度:110 MPa
• 硬度:116、ロックウェル R
• 融解温度:428°F (220°C)

3.アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS)

ABS は、強く、剛性があり、耐衝撃性に優れた高性能エンジニアリング熱可塑性樹脂です。エンジニアや製品チームは、作業性を損なうことなく機械的に強く安定しているため、この材料を好んで使用しています。 ABS は非常に溶接性が高く、標準的な機械を使用して簡単に処理できます。さらに、その低い溶融温度により、FDM マシンでの処理に特に適しています。設計者は、ABS の高い表面輝度と優れた表面外観を気に入っています。

ABS の機械的仕様は次のとおりです。

• 破断伸び:10 – 50%
• 破断時の引張強度:29.8 – 43 MPa
• 降伏時の引張強度:29.6 – 48 MPa
• 曲げ弾性率:1.6 – 2.4 GPa

それでも、この FDM プラスチック材料には欠点があります。 ABSは摩耗や衝撃に強い反面、耐候性が悪く、傷がつきやすいです。また、ケトンおよびエステルに対する耐溶剤性も​​低いです。特定のグリースは、ABS に応力亀裂を引き起こします。ただし、これらの問題点を回避できれば、産業用途向けの強力な FDM 材料を手に入れることができます。一般的な用途には、パイプ継手、自動車部品、電子機器の筐体などがあります。

4.ポリカーボネート (PC)

ポリカーボネートは、高性能のエンジニアリング グレードのアモルファス熱可塑性樹脂です。ポリメチル メタクリレート (PMMA) よりも強度が高く、ナイロンよりも剛性が高いこの FDM プラスチックは、耐久性があり、ストレスの多い条件下でも色と強度を長期間維持することで知られています。

PC は軽量で、耐摩耗性があり、本質的に難燃性があり、135°C まで熱的に安定しています。また、希酸、脂肪族炭化水素、アルコールにも耐性があります。ただし、PC は研磨性のアルカリ洗浄剤や芳香族およびハロゲン化炭化水素に敏感であることに注意してください。

デザインの観点からも、PC はデザイナーに多くの柔軟性を提供します。この素材は透明度が高く、ガラスと同様に 90% の光を透過し、透明なポリカーボネートの屈折率は 1.584 です。 PC シートは、どんな美学にも合うさまざまな色合いで利用できます。 FDM 透明材料の透明性を維持するために、設計者は紫外線に長時間さらされた後の黄変に注意する必要があります。この FDM 材料の一般的な用途には、安全ヘルメット、防弾ガラス、車のヘッドランプ レンズ、医療機器、電気部品などがあります。

ポリカーボネートの機械的仕様は次のとおりです。

• 引張強度:9,500 psi
• 曲げ弾性率:345,000 psi
• 264 psi での熱たわみ温度:270°F
• 線熱膨張係数:3.8 in/in/°Fx10-5

5.ポリフェニルスルホン (PPSF)

ポリカーボネートと同様に、PPSF は丈夫で透明な、本質的に難燃性の FDM 材料です。 274°C の熱変形温度と 260°C の連続使用温度を持つ PPSF は、サーキット ブレーカーや航空機の内装などの高温環境で使用される高性能プラスチック部品に最適です。

PPSF は、優れた電気絶縁性と誘電特性、ガンマ線に対する高い耐性、および非常に低い吸水率も備えています。この素材は生理学的に不活性であるため、食品との接触にも適しています。

機械仕様は次のとおりです。

• 破断時の引張強度:75.8 – 76 MPa
• 破断伸び:30 – 90%
• 曲げ弾性率:2.38 – 2.41 GPa
• 絶縁耐力:14.2 – 20 kV/mm

ULTEM® のような PPSF は、一部の製品チームが使用するには法外な費用がかかる可能性があることに注意してください。また、透明度が低いため、特定の設計パラメーターが制限される可能性があります。

次のプロジェクトに適した FDM プラスチックの選択

溶融堆積モデリングは、プロトタイピング、モデリング、および工業用グレードの高性能部品に適した汎用性の高い付加製造プロセスです。 ULTEM® (PEI)、ナイロン、ABS、ポリカーボネート、および PPSF はすべて FDM 3D 印刷材料であり、多くの分野にわたるさまざまな高性能アプリケーションに耐える強度と耐熱性を備えています。

それでも、これら 5 つの FDM 印刷材料は氷山の一角にすぎません。選択できる高性能プラスチックは他にもたくさんあり、製品チームは選択肢の海に圧倒されがちです。経験豊富な製造パートナーと協力することで、FDM 材料の選択がはるかに容易になります。

Fast Radius チームは、FDM 3D 印刷を含む 3D 印刷技術で長年の経験を持っています。ベテランのデザイナー、エンジニア、技術者からなる当社のチームが、次のプロジェクトに最適な FDM プラスチック材料の選択を支援し、製品開発ライフサイクル全体を最適化するのに役立ちます。今すぐお問い合わせください。

FDM やその他のアディティブ マニュファクチャリング テクノロジーを使用する場合の詳細については、Fast Radius リソース センターにアクセスしてください。

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