3D印刷材料 設計者は、デジタルモデルを機能的な部品へと柔軟に変換できる。医療用インプラントから自動車部品まで、幅広い用途で使用されており、特定の性能要件を満たすために様々な材料が選択される。
になると カスタム3Dプリント, ワークフローにおける創造性、正確性、精密さは非常に重要です。この方法で作成されたプラスチックデザインは、プロセスにさらなる魅力とコスト効率をもたらします。3Dプリント材料の選択は悩ましいかもしれませんが、ご安心ください。この記事では、お客様のニーズに最適な材料選びをサポートします。 プラスチックはその独特な特性で知られており、その用途は自動車から航空宇宙まで多岐にわたります。持続可能なものを含むさまざまな選択肢があります PLA、ABS, PETG プラスチック。
3D プリンターでは、低規格のプラスチック素材を使用しているため、壊れやすく破損しやすい部品が生成されることがよくあります。ただし、プラスチックを適切に選択することで、3D プリンターはさまざまな用途向けに、より耐久性があり、高品質で、弾力性のある 3D プリントを生成できます。
この記事は、次の用途に適したプラスチックの種類について重要な詳細を提供することを目的としています。 3D印刷、および互換性のあるテクノロジー。さらに、それに関連する課題を検討します。 3D プリントプラスチック材料 それぞれのソリューションを使用します。
3D プリント用プラスチックの種類
まず、3D プリンティングに適切なプラスチック原材料を選択する前に、ペレットとフィラメントの違いを理解することが重要です。
3D プリンティングで使用されるプラスチック原料の一般的な形式は次の XNUMX つです。 ペレット (NAIST) と フィラメント.
1- 3D プリンティングペレット
ペレットはプラスチック樹脂のような小さな粒状の破片です。これらは通常大量に生産され、圧縮、圧縮、圧縮などのさまざまなプロセスを経てプラスチック製品の製造に使用される原材料です。 射出成形、および押し出し。
3D プリント用ペレット
- 3D プリンティング (積層造形) の文脈では、ペレットは、ペレット押出プリンタまたは顆粒押出プリンタとして知られる特定のタイプの 3D プリンタで使用されます。これらのプリンターは、ペレットを溶融状態に溶かし、ノズルから押し出し、目的のオブジェクトを層ごとに作成します。
- ペレットベースの 3D プリンティングはフィラメントベースのプリンティングほど一般的ではありませんが、より広範囲の材料を使用できることや、材料コストが削減される可能性があるなどの利点があります。
2- 3D プリンティング フィラメント
フィラメントは、取り扱いが容易であり、FDM (溶融堆積モデリング) プリンターとの互換性があるため、デスクトップ 3D プリンターでより一般的に使用されています。
3D プリント プラスチック フィラメント
- フィラメントは、スプールに巻かれたプラスチック材料の長くて薄いストランドです。これらは、フィラメントベースの 3D プリンターで使用するために特別に製造されています。
- フィラメントには PLA、ABS、PETG、TPU などのさまざまなタイプの熱可塑性材料があり、それぞれ独自の特性を備えています。これらは加熱されたノズルを介して 3D プリンターに供給され、そこで溶解してビルド プラットフォーム内で押し出され、印刷されたオブジェクトが層ごとに作成されます。
- フィラメントベースの 3D プリンティングは、使いやすさ、材料の広範な入手可能性、およびさまざまなデスクトップ 3D プリンタとの互換性により人気があります。
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人気の 3D プリント プラスチック材料
数多くの種類のポリマーが、幅広い有用な望ましい特性を備えています。そのため、自分のニーズに最も適したタイプを選択するのは少し難しくなります。したがって、3D プリントに利用できるさまざまな種類のプラスチックを検討し、特定の用途に対するそれぞれの適合性について説明します。
1. 3D プリンティングにおけるポリ乳酸 (PLA)
PLA は人工熱可塑性ポリマーであり、手頃な価格と珍しい機能性により、3D プリントの製品設計者の間で最も好ましい選択肢です。 PLAプラスチック 他のプラスチックに比べて比較的低い温度を必要とします。 PLA は次の温度範囲内で印刷します。 180 ℃〜220 ℃.
さらに、優れた強度を備え、焼鈍処理によりさらに強化できる靭性を示します。専門家は、その共通性、使いやすさ、手頃な価格の点で PLA を好みます。しかし、多くの専門家は、より汎用性があり、堅牢で耐久性のある素材を求めています。
2. 3D プリントにおけるアクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS)
次にABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）が登場します。ABS素材は、その柔軟性と優れた耐衝撃性により、3Dプリンティングにおいて最も機能的なポリマーです。レゴから自動車部品まで、日用品の製造に幅広く使用されています。さらに、靭性と剛性のバランスが良く、 これは、高い応力を受ける部品に適した選択肢です。
ABS の動作温度は通常 210°C ～ 250°C の範囲内にあり、加熱床は 80°C ～ 110°C の範囲にあります。 ABS は急速な溶融と流動特性を備えているため、より迅速な印刷が可能になります。そのため、射出成形で使用される普遍的な材料となっています。
ただし、ABSは反りやすい場合があります。また、印刷時に有害なガスが発生します。したがって、ABS には密閉型プリンタの方が適しています。したがって、ABS を選択する場合は、密閉された環境へのアクセスが良好であることを確認してください。
3. 3D プリンティングにおける PETG (ポリエチレン テレフタレート グリコール)
PETGはPET（ポリエチレンテレフタレート）に似ていますが、グリコールが添加されている点が異なります。半透明のプラスチックボトルによく使われています。PETGは、PET（ポリエチレンテレフタレート）と同様の強度と柔軟性を兼ね備えています。 ABSとPLA動作温度はより高く、通常は225℃から260℃の範囲であり、加熱ベッドの温度は60℃から70℃の間で変化する。
PETGは反りや付着に対する耐性を示します。また、この 3D プリンターのプラスチックは空気中の湿気を吸収します。したがって、長期間の保存寿命を維持するには、PETG は吸湿性があるため、乾燥した環境で保管してください。
PETG は PLA よりも高い強度と耐久性を備えています。さらに、より高い外部温度にも耐性があり、ベッドの接着や反りの心配が最小限に抑えられます。
4. 3D プリントにおけるナイロンまたはポリアミド
ナイロン またはポリアミドは、優れた強度、柔軟性、耐久性を提供します。ただし、湿気に弱いため、劣化を防ぐために乾燥した環境で保管する必要があります。これ 3Dプリンタープラスチック 240℃～260℃の範囲の非常に高い温度と、70℃～100℃の床温度が必要です。
3D プリントされたナイロン部品は縮んだり反ったりしやすいです。したがって、ナイロン 3D プリントで最高の結果を得るには、密閉型プリンターが必要です。さらに、ナイロンは高い引張強度と耐久性を備えているため、工具や機能機械部品の用途に最適です。
5. 3D プリントにおける PC (ポリカーボネート)
PC、またはポリカーボネートは、その透明性と耐久性で知られており、ディスプレイ画面や防弾ガラスの製造に最適です。
ポリカーボネート(PC)は270℃から310℃の範囲の特に高い温度を必要とします。したがって、最小熱要件により、標準プリンターと互換性がない可能性があります。説明した他の材料と同様に、ポリカーボネートは吸湿性があり、吸湿を防ぐために乾燥した環境で保管する必要があります。
6. 3D プリントにおける PE (ポリエチレン)
プラスチックの中でもポリエチレンは、高い耐薬品性を備えた多用途性と優れた耐久性を備えています。 PE は最も扱いやすいポリマーと考えられています。さらに、3 つのグレードを提供します。高密度ポリエチレン (HDPE)、低密度ポリエチレン (LDPE)、および直鎖状低密度ポリエチレン (LLDPE)。
PE は、耐湿性、耐薬品性、耐衝撃性などの顕著な特徴を備えています。その種類の中で、HDPE はその剛性の性質により 3D プリンティング アプリケーションで最もよく使用されますが、LDPE はより柔軟で弾力性があります。丈夫で信頼性の高い印刷部品を製造します。
PEは融点が低く、反りやすいです。反りは、加熱ベッドを備えた密閉型プリンターを使用することで回避できます。種類に応じて、PE の通常の印刷温度範囲は 115 °C ～ 260 °C で、ベッド温度は 50 °C ～ 100 °C です。この 3D プリンター用プラスチックは、ペットボトルなどの包装材料から、医療用インプラントや補綴物まで、幅広い用途に使用されています。
7. 3D プリントにおける PP (ポリプロピレン)
PP は、PE と同様に多用途の熱可塑性プラスチックです。ポリプロピレンの柔軟性、靭性、耐薬品性は理想的な選択肢です。他の 3D プリンター用プラスチックと比較して、密度が比較的低いため、印刷されたパーツが軽量になります。
PP の印刷温度範囲は 220°C ～ 270°C と高く、ベッド温度は最大 100°C です。通常、機能的なプロトタイプ、保管コンテナ、自動車部品を製造しています。
プラスチック3Dプリンティングと互換性のある技術
3 つの魅力的なテクノロジーは、プラスチック XNUMXD プリンティング プロセスと最適に統合されています。
1. 溶融堆積モデリング (FDM)
溶融堆積モデリング (FDM) または溶融フィラメント製造 (FFF) は、プラスチック用の 3D プリンティング技術として最も広く使用されています。 FDM は、加熱されたノズルを通して熱可塑性フィラメントを溶融して押し出すことによって機能します。ノズルは所定の経路に沿って移動し、溶融した材料をビルドプラットフォーム上に層ごとに堆積させます。各層が堆積されると凝固し、前の層と結合して目的のオブジェクトが形成されます。
FDM3D印刷
FDM は、そのシンプルさ、多用途性、手頃な価格で知られています。機能的なプロトタイプ、カスタム部品、最終用途製品を迅速かつコスト効率よく製造できるため、航空宇宙、自動車からヘルスケア、消費財に至るまでの業界で広く使用されています。さらに、 FDM は、さまざまな業界に多用途のアプリケーションを提供します。 ラピッドプロトタイピング、工具、治具および固定具、および最終用途部品の製造。
さらに、航空宇宙 (軽量コンポーネント用)、自動車 (カスタム部品および工具用)、ヘルスケア (医療機器および人工装具用)、およびカスタマイズされた製品や消費者製品にも応用されています。 小ロット生産.
2.ステレオリソグラフィー（SLA）
光造形（SLA) は、UV 光で硬化した液体フォトポリマー樹脂のバット (タンク) を利用して、オブジェクトを層ごとに作成します。ビルドプラットフォームが樹脂タンク内に降下され、UV レーザーが設計に従って樹脂を選択的に固化させ、滑らかな高解像度パーツが得られます。 表面仕上げ.
SLA 3D ポリマー プリント
SLA は、高解像度、滑らかな表面仕上げ、精度で知られており、詳細なプロトタイプ、複雑な部品、インベストメント鋳造パターンの製造に最適です。これは、自動車、航空宇宙、医療、家庭用電化製品などの業界で、コンセプト モデリング、機能テスト、成形や鋳造のマスター パターンに一般的に使用されています。
続きを読む： SLA vs FDM: どちらの 3D 方式が最適なソリューションを提供しますか?
3.選択的レーザー焼結（SLS）
SLS は粉末を選択的に焼結することで機能します。 熱可塑性プラスチック 高出力レーザーを使用。粉末の薄い層がビルドプラットフォーム上に広がり、レーザーが粒子を融合させて、印刷されるオブジェクトの形状に対応する固体層を形成します。このプロセスが繰り返され、粉末の各層が広げられ、焼結されて物体が完成します。
SLS 3D プラスチック プリント
SLS は、支持構造を必要とせずに、高強度、耐久性、複雑な形状の部品を製造できることで知られています。さらに、SLS は優れた精度を提供するため、機能性ポリマーのラピッドプロトタイピングに最適なソリューションと考えられています。
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3D プリントのプラスチック材料に関連する課題は何ですか?
プラスチック3Dプリント
3D プリントには、多くの場合、製品設計者にとって一連の課題が伴います。 3D プリンティングのプロセス中にデザイナーが直面する複雑な問題を分析し、それらを克服するための実用的なソリューションを提供しましょう。
表: 3D プリンティング プラスチックに関連する課題とそれぞれのソリューション。
| 3D プリント プラスチック | 関連する問題 | それぞれのソリューション |
| PLA | 反り・収縮 | 加熱されたビルド プレートとエンクロージャを使用して温度を制御し、温度変動を最小限に抑えます。 |
| ABS | 層の接着と層間剥離 | プリントベッドの温度を上げ、適切な冷却を確保して層の接着を促進します。 |
| PETG | 糸引きとにじみ | リトラクト設定と印刷速度を最適化して糸引きを最小限に抑え、にじみを防ぐために適切な冷却を確保します。 |
| ナイロン | 吸湿 | ナイロン フィラメントは乾燥した環境に保管するか、印刷前にフィラメント ドライヤーを使用して水分を除去してください。 |
| PC | 反りや割れ | 安定した印刷環境を維持するためにプリンターを密閉し、適切な接着力を持つ加熱ビルド プレートを使用します。 |
| PE | 層の密着性が低い | 押出温度や層の高さなどの印刷パラメータを調整して、層の接着性を向上させます。 |
| PP | ゆがみ | 加熱されたビルド プレートとチャンバーを利用して反りを軽減し、パーツの向きを最適化して印刷中のストレスを最小限に抑えます。 |
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まとめ
プラスチック3D印刷 洗練された形状を設計するための、費用対効果が高く創造的なアプローチとなっています。エンドユーザー製品の機能プロトタイプを作成するための材料選択の多様性を提供します。
独自の特性を備えた幅広いプラスチックが用意されています。ただし、適切な素材を選択するのは困難になる場合があります。ただし、この記事を通じて、どのプロセスがニーズに適しているかについて貴重な洞察と知識を得ることができます。
さらに、溶融堆積モデリング (FDM)、光造形 (SLA)、または選択的レーザー焼結 (SLS) 3D プリンティングのいずれであっても、最適な結果を達成するには、これらのプロセスがさまざまなプラスチックとどのように相互作用するかを理解することが重要です。
詳しくはこちら：プラスチック加工とは？仕組み、種類、メリット
よくあるご質問
プラスチック3Dプリントとは何ですか?
積層造形としても知られるプラスチック 3D プリンティングは、プラスチック材料の連続層を堆積して目的の形状を構築することによって XNUMX 次元オブジェクトを作成するプロセスです。
どのようなプラスチックに使用できるか 添加剤の製造?
ポリ乳酸 (PLA)、アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS)、ポリエチレン テレフタレート グリコール (PETG)、ナイロン (ポリアミド)、ポリカーボネート (PC)、ポリプロピレン (PP) など、数種類のプラスチックを積層造形 (3D プリンティング) に使用できます。 、ポリエチレン（PE）。
3D プリンターのプラスチックから作られた余分なプリントや失敗したプリントを再利用できますか?
はい、余分なプラスチックまたは流産したプラスチックのプリントを使用できます。ただし、これを行うには追加の作業が必要です。まず、新しいプリントに再度使用するには、プラスチックを溶かす必要があります。この再生プラスチックは、元のプラスチックほど品質が良くない可能性があります。
3D プリント時の反りやベッドの接着の問題を防ぐにはどうすればよいですか?
加熱ベッドと密閉された印刷環境を使用すると、反りやベッドの接着の問題を防ぐことができます。
プラスチック 3D プリント部品の表面仕上げを改善するには、どのような後処理技術を使用できますか?
サンディング、研磨、塗装、アニーリングなどの後処理技術により、プラスチック 3D プリント部品の表面仕上げ、機械的特性、美観を向上させることができます。
資料
1- スウェサム、T.、レディ、KMM、ハギ、A.、クマール、ミネソタ (2017)。 3D プリント材料の批判的レビューと FDM で使用される材料の詳細。インド、ハイデラバードのヴィディヤ・ジョティ工科大学機械工学科。から取得 https://www.academia.edu/33109418/A_Critical_Review_on_of_3D_Printing_Materials_and_Details_of_Materials_used_in_FDM
2- Jandyal, A.、Chaturvedi, I.、Wazir, I.、Raina, A.、ミシガン州ウル ハク (2021)。 3D プリント – インダストリー 4.0 におけるプロセス、材料、アプリケーションのレビュー。 Shri Mata Vaishno Devi University、機械工学部、カトラ、ジャンムー カシミール州 182320、インド。 取得元 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666412721000441.