3Dプリンタ材料の基礎知識3Dプリンタで使える材料

3Dプリンタで使える材料は、金属やカーボンなどの硬くて強度があるものからゴムなどの柔らかいものまで、選択の幅が増えています。
材料の増加により、3Dプリンタを使えるシーンもさらに拡大しています。
材料にはそれぞれにメリット・デメリットがあり、用途に合わせて使い分ける必要があります。

ABS樹脂

機能性が高いこともあり、電気機器の筐体、建材などの広い分野で使用されています。
粘着性があり、強度が高いのが特長で、サンドペーパーなどで磨くことができ、塗装もしやすい性質を持っています。
3Dプリンタでは熱溶解方式で使われており、200℃以上の高温で溶かしてノズルから一筆書きで造形します。
造形物は冷える過程で収縮し変形してしまうため、3Dプリンタ内部を加熱し形状を保たせるなどの対応が必要なケースがあります。
また、ノズル径を⼩さくしにくいため、積層ピッチが0.2mm程度あり微細な造形には不向きです。

ポイント

  • 粘着性がある
  • 強度が高い
  • 塗装が容易
  • 冷える過程で収縮
  • 微細な造形は不向き

PLA樹脂

PLA樹脂は植物性由来の成分(トウモロコシ、ビート、イモ類、サトウキビなど)でできているため、熱溶解方式の3Dプリンタで溶かす際にも樹脂の臭いが気になりません。
ABS樹脂とは違い、低い温度で溶けるために冷える過程でゆがみが生じにくいのも特長の1つです。
そのため、大型の造形物を作る際にも変形を気にせず作ることができます。ただし、やすりなどで処理をするのが困難で、塗装もなじみにくい性質があります。

ポイント

  • 臭いが気にならい
  • 低い温度で溶ける
  • ゆがみが生じにくい
  • やすり処理が困難
  • 塗装がなじみにくい

アクリル樹脂

合成樹脂の一種で高い透明性が特長です。また着色が容易であることから無機ガラスの代用品として建築や乗り物の窓材、照明器具のカバー、標識などに利用されることが多くあります。
3Dプリンタでは、UV光による硬化速度が比較的早いためにインクジェット方式で使われます。
少量の液体樹脂の状態で吐出できるので微細な造形ができるのが特長です。透明性がある樹脂で造形できるので内部の検証などに利用できます。
一方で吸水率や耐熱性の問題もあるため、造形後の変形が生じる可能性があります。

ポイント

  • 透明性が高い
  • 着色が容易
  • 微細な造形が可能
  • 耐熱性に難あり
  • 吸水による変形

エポキシ樹脂

熱硬化性樹脂で、接着材や塗料として利用されています。電子機器の基板やI Cのパッケージとして使われるのは、寸法安定性や耐薬品性、電気絶縁性が高いためです。
アクリル樹脂と比較してUV光での硬化速度が遅く、光造形機の材料として使わるのが一般的です。
また、UV照射を停止しても硬化反応が継続するなど扱いが難しいところがあります。
一方で耐熱性や耐薬品性などの機能性が高い傾向があり、樹脂のバリエーションは多角化しやすい性質があります。

ポイント

  • 電気絶縁性が高い
  • 耐熱性・耐薬品性がある
  • 硬化速度が遅い
  • UV照射を停止しても
    硬化反応が継続する

ナイロン(PA・ポリアミド)

細かい粒子で、きめ細やかな粉末で形成されているポリアミド合成繊維の一種です。
表面は少しざらつきのある多孔質の素材になります。強度がありながらも、柔軟性を兼ね備えているので、曲げなどにも強い性質があります。
ウィンドブレーカーなどの防寒具に使用されている他、水着や釣り糸などにも用いられます。
粉末焼結方式の3Dプリンタで利用できる材料で、粉末をレーザで焼き固めて造形されます。強度があるためスナップフィットの検証に使用できます。

ポイント

  • 強度・柔軟性が高い
  • 曲げに強い
  • 粉の除去が手間

石膏パウダー

粉末接着方式で用いられる材料で、石膏に接着剤を塗布して造形をする際に色も着けられるため、模型やフィギアの造形に使われます。
石膏パウダーが安価なため材料費もリーズナブルです。しかし、石膏を接着剤で固めてあるだけなので、とても脆くデザインの確認以外の用途にはあまり向きません。

ポイント

  • リーズナブル
  • とても脆い
  • 粉の除去が手間

金属

3Dプリンタの材料として使える金属は現状は限られた種類で、一部のSUSやチタン、銅、アルミなどが該当します。
樹脂で造形する3Dプリンタは試作での利用が一般的ですが、金属造形は最終製品としての利用が見込まれます。
例えば航空機では金属造形による部品の採用が積極的におこなわれています。一方で量産品として使用するには、レーザで焼き固める際に熱ひずみが発生するため形状が限定されたり、造形時間がかかることが課題と言えそうです。

積層方法別の使用材料と特長

方式 使える材料 メリット/デメリット
熱溶解方式 ABS
PLA
PC
熱可塑性の樹脂をノズルから吐出して、一筆書きで造形します。
ノズル径をあまり細くできないので、0.2 mm程度の積層ピッチが一般的です。
また、樹脂を高温にして造形するために、造形中の反りが比較的大きくなります。
レーザ粉末溶融方式 金属
ナイロン
PP
専用の金属粉末にレーザを照射して、焼き固めます。
もともとが粉末状の材料なので表面がざらざらとした仕上がりになります。
強度の高い材料を使えることがメリットになります。
一方で、こちらも歪みが発生するために反りが出てしまいます。
光造形方式 エポキシ
アクリル
紫外線硬化する液体材料にレーザを照射して硬めながら造形します。
3Dプリンタとしては、比較的大きな造形物が作れることがメリットです。
固めの材料が多く、靱性が不足しており、割れやすい傾向にあります。
面露光方式 アクリル 光造形のレーザをプロジェクタに置き換えて造形します。
レーザのように走査させる必要がないために、スピードが早いことが特長です。
しかし、分解能が限られるために、拳サイズの造形エリアになってしまいます。
インクジェット方式 アクリル インクジェットから液体のUV硬化材料を吐出して、紫外線で固めながら造形します。
インクジェットの特長である少量のインクが出せることを活かして、積層ピッチが細かくできます。
ただし、液体でUV硬化できる材料に限定されてしまいます。
粉末接着方式 石膏 敷き詰められた粉末に、接着剤を塗布して固めながら造形します。
色を付けながら積層できて、スピードも3Dプリンタで比較すると1、2を争います。
接着力が弱く、脆いために扱いに注意が必要です。

このように材料を選ぶと必然的に造形方式を選ぶことになり、造形の精度に影響が出てきます。
一般的に強度のある材料を使える造形方式は、造形中の反りが出やすくなる傾向にあります。
逆に反りの少ないインクジェット方式は、使える材料がアクリルに限られてしまいます。
材料を選ぶと精度が出ない、精度を優先すると材料を選べない、3Dプリンタは強度と精度がトレードオフの関係にあります。

アジリスタで使える材料の特長

半透明樹脂で内部が見える

半透明の材料が使えるので、商品の内部まで可視化して状態を把握することができます。3D-CADの画面ではわからなかったハーネスの取り回しや、筐体と電子部品とのクリアランスも目視でしっかりと確認できます。

半透明樹脂で内部が見える

柔らかいシリコーンゴムが使える

ゴム製品の試作には、従来は簡易型を作って試作するしかありませんでした。アジリスタなら、シリコーンゴムの素材を使って簡単に造形。しかも水溶性サポート材なので、蛇腹形状のような複雑な形でも破損させずに除去できます。

柔らかいシリコーンゴムが使える

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