日本3Dプリンター株式会社

コラム

3Dプリンターで使用できる素材にはどんなものがある?

2021.02.28

さまざまな素材で立体物を造形できる3Dプリンターですが、使用できる素材にはどのようなものがあるのでしょうか。

この記事では、3Dプリンターの導入を検討している方へ向けて、主な3Dプリンター用素材をご紹介していきます。

3Dプリンターの素材とは?

3Dプリンターの素材とは、2Dのプリンターのインクのようなもの。素材を積層し固めることによって、立体物を造形していきます。

3Dプリンターでは、さまざまな素材を使用できますが、造形方式によって、使用できる素材のタイプがそれぞれ異なります。

熱溶解積層方式(FDM方式)の場合は、熱で溶ける樹脂を細長い紐状にした、フィラメントと呼ばれる素材を使用します。ほとんどの熱可塑性樹脂がフィラメントとして登場していて、樹脂と異素材を混ぜた合成フィラメントも存在します。

光造形方式(SLA方式/DLP方式)やインクジェット方式(材料噴射方式)の場合は、紫外線で硬化する液体のアクリレート系樹脂を使用します。

粉末焼結方式(SLS方式)やバインダージェッティング方式の場合は、粉末素材を使用します。樹脂はもちろん、金属粉末や石膏など、粉末状のさまざまな素材が使用可能です。

主な3Dプリンター用素材

3Dプリンターの素材と言えば、ABS樹脂とPLA樹脂が最も一般的でしたが、耐候性の強いASA樹脂、耐熱・耐薬品性の強いPP樹脂、エンジニアリングプラスチックのPC樹脂やナイロン樹脂、そのほか、アクリル樹脂、PETG、熱可塑性ポリウレタン、金属なども3Dプリンターで造形できるようになっています。

ここからは、主な3Dプリンター用素材をご紹介していきましょう。

(1)パウダーベッド方式

ABS樹脂とは、アクリロニトリル(A)、ブタジエン(B)、スチレン(S)の三つの有機化合物を結合した熱可塑性樹脂です。最も汎用性の高いプラスチックで、さまざまな製品に使用されています。

ABS樹脂のメリットは、耐衝撃性や耐熱性、耐薬品性に優れていること。また塗装や研磨といった、造形後の加工がしやすいです。

デメリットは、耐候性に弱く、太陽光が当たるところで長時間使用すると強度が低下したり、湿気で反り返ってしまったりすること。安定性が低く冷やすと収縮して反り返りやすいため、特に大きい造形物は造形不良が起こりやすくなります。

PLA樹脂

PLA樹脂は、トウモロコシやジャガイモなどのデンプンを使用した植物由来の熱可塑性樹脂。石油由来のABS樹脂の代替素材として開発された、エコなプラスチックです。

PLA樹脂のメリットは、ABS樹脂よりも安定性が高く、冷やしても収縮や反り返りが起こりにくいこと。大きい造形物の製作にも向いています。

また樹脂が溶けた嫌な臭いがしないのも、嬉しいポイントです。

デメリットは、表面は硬くて丈夫なのですが、耐衝撃性や耐熱性が弱いこと。塗装や研磨などの、造形後の加工が難しいです。

ASA樹脂

ASA樹脂は、ABS樹脂のブタジエンを、アクリレートに置き換えた熱可塑性樹脂です。基本的に、ABS樹脂と特性は同じなのですが、耐候性が高く、屋外で使用しても劣化しにくいというメリットがあります。

PP(ポリプロピレン)樹脂

PP樹脂は、熱可塑性樹脂で、よく耐熱容器などに使用されているプラスチックです。

PP樹脂のメリットは、耐熱性や耐衝撃性、耐薬品性に優れていて、さらに軽いこと。

冷やした時の収縮率が高いため、熱溶解積層方式(FDM方式)での造形は難しいと言われており、主に粉末焼結方式(SLS方式)で使用されてきましたが、最近は、熱溶解積層方式(FDM方式)向けのPP樹脂フィラメントも登場しています。

PET(ポリエチレン・テレフタレート)/PETG

PETは、ペットボトルの素材として使用されている熱可塑性樹脂です。

PETのメリットは、強度や耐久性、耐熱性に優れていること。透明性のある素材ですが、3Dプリンターで造形するとペットボトルほど透明なものは出来上がりませんので注意してください。

PETGは、PETの強化素材で、PET以上の透明性と、ABS樹脂と同じレベルの強度や耐久性、耐熱性、さらにPLA樹脂レベルの安定性を持つ優れた素材です。

エポキシ系樹脂

エポキシ系樹脂は、熱を加えると硬化する、熱硬化性の液体樹脂です。

エポキシ系樹脂のメリットは、安定性と耐薬品性に優れていること。

エポキシ系樹脂で一般的な素材は、ABSライクとPPライク。どちらも紫外線で硬化する液体樹脂で、光造形方式(SLA方式/DLP方式)で使用されます。

それぞれ、ABS樹脂とPP樹脂に似た性質を持っていますが、ABSライクは、ABS樹脂よりもやや強度が劣るため、ABS樹脂の代替としての使用にはあまり向きません。

アクリル樹脂

アクリル樹脂は、透明度の高い熱可塑性樹脂です。

アクリル樹脂のメリットは、耐衝撃性と耐候性に優れていること。そのため建材や車両によく使用されています。

デメリットは、PET/PETGと同じように、3Dプリンターでは高い透明性を再現できないこと。また、表面に傷がつきやすいです。

PC(ポリカーボネート)樹脂

PC樹脂は、熱可塑性樹脂で、特に強度や耐熱性などに優れ、主に工業製品に使用される「エンジニアリングプラスチック」です。

PC樹脂のメリットは、プラスチック素材の中でも最高レベルの強度。また耐熱性や耐衝撃性、耐候性も高く、さらに軽いことです。

屋外での使用もでき、また研磨すると美しい光沢を放って高級に見えます。

デメリットは、高温多湿の環境に弱いこと。対応機種があまり多くないことも挙げられます。

ナイロン樹脂(ポリアミド樹脂)

ナイロン樹脂もエンジニアリングプラスチックです。アパレル製品や自動車のパーツなどに使用されています。

ナイロン樹脂のメリットは、耐衝撃性や耐熱性、耐薬品性に優れた柔軟性のある素材であること。

デメリットは、粉末焼結方式(SLS方式)では一般的に使用される素材ですが、熱溶解積層方式(FDM方式)での造形は難しく、対応機種が限られていること。

またデメリットではありませんが、素材の特徴として、表面が少しざらついています。

熱可塑性ポリウレタン

熱可塑性ポリウレタンとは、ゴムやエラストマーのことです。食品業界や医療業界でよく使われています。

熱可塑性ポリウレタンのメリットは、耐熱性、柔軟性に優れていること。また厚みを調整することによって、硬さを調整できるほか、着色もできます

デメリットは、安定性が低く、対応機種が限られていることです。

石膏

石膏は、バインダージェット方式でのみ使用できる粉末材料です。主に模型やフィギュアなどの、デザイン確認に使用されています。

石膏のメリットは、材料費が安く、造形にかかる時間が短いこと。また着色がしやすいです。

デメリットは、耐久性が低く、とても脆いこと。また粉末素材のため、造形後の粉末除去、健康被害や事故を防ぐための粉じん対策が必要で、意外と手間がかかることも挙げられます。

金属

金属3Dプリンターにはいくつかタイプがあり、機種によって、鉄、銅、ニッケル、チタン、シルバー、ステンレス、アルミニウムなど、さまざまな金属素材を使用することができます。

金属素材は、主に最終製品の製造に使用され、自動車や航空機、医療パーツなど、さまざまな用途で使用されています。

忘れてはいけないサポート材

サポート材とは、3DプリンターでT字やH字、◯のような、宙に浮く部分がある造形物を製作する際に、支えとなる素材です。サポート材を使用した場合は、造形後に除去作業が必要になります。

3Dプリンターのノズルの本数によって、使用するサポート材が異なり、シングルヘッドの機種では、押出ノズルが1本しかないため、造形する素材をそのままサポート材としても使用します。一方、デュアルヘッドの機種では、押出ノズルが2本あるため、専用のサポート材を使用することができます。

サポート材の取り外しやすさは、そのまま、造形物の仕上がりに直結するため、サポート材を使用することがあらかじめ分かっている場合は、デュアルヘッドの機種を導入することをおすすめします。造形する素材をそのままサポート材として使用していると、除去作業が難しくなるからです。

またサポート材にもさまざまな種類があり、除去作業のしやすさを重視するのであれば、水で簡単に溶ける水溶性のサポート材をおすすめします。

特に3Dプリンターで複雑な形の造形物を制作する場合は、サポート材が必須になりますので、造形素材選びと合わせて、サポート材のことも頭に入れておいてください。

純正品以外のフィラメント・素材も使えるの?

基本的に、フィラメントや素材は、メーカーの純正品を使用します。

3Dプリンターの温度設定やヘッドの移動速度は、純正品に最適化されており、最も品質の高い製品を造形できるからです。

とはいえ、絶対に純正品以外を使用してはいけないかというと、そういうわけでもありません。特に熱溶解積層方式(FDM方式)のフィラメントは種類が豊富で、さまざまなメーカーから発売されています。そういったフィラメントを使用することも可能です。

ただし、純正品以外のフィラメントを使用した際や、その後のトラブル・故障については、メーカーの保証外です。自己責任での使用になるため、他のメーカーの素材を使用する場合は、十分注意して素材選び、造形をするようにしましょう。

日本3Dプリンター株式会社は材料コンサルまで行います!

3Dプリンターの導入を検討する際、どんな素材を使用できるのかというのは、とても重要な要素の一つ。どんなものを造形したいのか、それに最適な素材はなにかを検討して、その素材を使用できる3Dプリンターを導入する必要があります。

とはいえ、さまざまなメーカーからたくさんの素材が発売されていて、それらを比較して検討するのはとても大変です。

もしも、3Dプリンターの選定や素材選びでお悩みなら、日本3Dプリンター株式会社へご相談ください。

日本3Dプリンター株式会社は、自社で世界トップメーカーの3Dプリンターを複数保有しており、実際に使用した経験から機械の特徴や、各造形方式の材料特徴(樹脂~金属)などを把握し、3Dプリンターの選択や材料選びのコンサルティングを行っています。

3Dプリンティングの専門知識を持つ専任スタッフが、貴社に最適な3Dプリンターや素材をご提案いたしますので、ぜひ、お気軽にお問い合わせください。

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