3Dプリンターフィラメントの説明

公開: 2022-01-29

適切なフィラメントの選び方

3Dプリンターを選んだ後、最初に決定しなければならないのは、使用するフィラメントのタイプです。数十種類の種類がありますが、さまざまな色は別としてもあります。それらをくぐり抜けると、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、炭素繊維、舌をねじる熱可塑性エラストマーなど、一連の化学的な名前が表面に現れます。それらは、目がくらむほど多様な頭字語、ABS、PLA、HIPS、CPE、PET、PETT、TPE、PVA、およびPCTPEを通ります。しかし、このアルファベットのスープにがっかりしないでください。一般的に使用されているタイプはごくわずかであり、メーカーは、柔軟性（NinjaTekのNinjaflexやPolymakerのPolyflexなど）や強度（Makerbot、XYZprintingなど）などのフィラメントの本質的な品質をほのめかす、よりわかりやすい名前を優先して、過度にオタクなモニカを避ける傾向があります。、およびUltimakerはすべて、ToughPLAと呼ばれるフィラメントを販売しています。

フィラメントの基本

3D印刷で使用されるフィラメントは熱可塑性プラスチックです。熱可塑性プラスチックは、加熱すると燃焼するのではなく溶融し、成形および成形でき、冷却すると固化します。フィラメントは、プリンターの押出機アセンブリの加熱チャンバーに供給され、そこで融点まで加熱され、押出機アセンブリが移動するときに金属ノズルから押し出され（噴出され）、3Dオブジェクトファイルにプログラムされたパスをトレースして、レイヤーごとに、印刷されたオブジェクト。ほとんどの3Dプリンターには単一の押出機がありますが、オブジェクトをさまざまな色またはさまざまなフィラメントタイプで印刷できるデュアル押出機モデルがいくつかあります。

プラスチックフィラメントを使用した印刷プロセスは、溶融フィラメント製造（FFF）または溶融堆積モデリング（FDM）と呼ばれます。それらは同じものです。 FDMの頭字語は、3D印刷のパイオニアであるStratasys Corp.によって商標登録されているため、他のメーカーは、プリンターの技術を説明するために独自の名前を作成しました。 FFFは流行したものです。今日でも、一部のメーカーのパンフレットを除いて、同じ意味で使用されている名前が表示されます。

3Dプリント画像

フィラメントは、0.5キログラムから2キログラムの範囲の重量でスプールで販売されています。フィラメントには、1.75ミリメートルと3ミリメートルの2つの太さがあります。（後者は実際には少し細く、約2.85ミリメートルです。）フィラメントの大部分は1.75ミリメートルタイプです。 UltimakerとLulzBotは、プリンターがより厚いサイズを使用している数少ないメーカーの1つです。ほとんどの場合、重量はメートル単位で表示されます。

それでは、より一般的で重要なフィラメントタイプのいくつかを見てみましょう。

ダイナミックデュオ：ABSとPLA

これまでのところ、最も一般的なフィラメントの種類は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）とポリ乳酸（PLA）です。ほとんどの基本的な3Dプリンターは、これらのフィラメントのみを使用するように設計されています。彼らの魅力の一部は、彼らが比較的安価で、キログラムあたりわずか20ドルの費用がかかることです。

ABSの扱いにくい化学名に躊躇しないでください。レゴで使われているのと同じプラスチックです。 ABSから印刷されたオブジェクトは、丈夫で耐久性があり、毒性がありません。融点が比較的高く、印刷温度は摂氏210度から250度の範囲です。 ABSで印刷されているオブジェクトの下隅は、特に非加熱の印刷ベッドを使用している場合、少し上向きにカールする傾向があります。印刷中、ABSは刺激的で不快な臭いを発する可能性があるため、換気の良い部屋でクローズドフレームプリンターを使用するのが最適です。

PLAの融点は比較的低く、使用可能な温度は摂氏180度から230度です。それは植物ベースで生分解性です。 ABSよりも硬く、反りのない印刷が可能で、一般的に操作が簡単ですが、まれに押出機の紙詰まりを引き起こす可能性があります。 PLAは、よりエキゾチックな複合材料のベース材料としてよく使用されます。これについては、後で説明します。

ナイロン

ナイロンは、1930年代に開発された非常に用途の広い合成材料であり、歯ブラシからパラシュート、タイヤ、ストッキング、そして現在は3Dプリンターフィラメントに至るまで、あらゆる用途に使用されています。その中心となるのは、ポリマー、またはプラスチック（より正確には、プラスチックのファミリー）です。丈夫で耐久性がありながら柔軟性があり、最も低価格の3Dプリントフィラメントの1つです。ほとんどのフィラメントよりも高い温度（摂氏約240度）で溶けます。すべての3Dプリンターがその熱を処理するように構築されているわけではありません。押出機で一般的に使用される物質の中には、その温度で煙を放出するものがあります。 ABSと同様に、ナイロンで印刷されたオブジェクトは反る傾向があります。これは、加熱されたプリントベッドを使用することで軽減できます。

フレキシブルフィラメント

TPE（または熱可塑性エラストマー）は、弾性の高い熱可塑性プラスチックです（ただし、たとえば輪ゴムにはまだはるかに不足しています）。それらで印刷されたオブジェクトは比較的柔軟です。一般的なTPEタイプの1つは熱可塑性ポリウレタン（TPU）で、その代表的な例がNinjaFlexです。

可溶性フィラメント：HIPSおよびPVA

よりキャッチーな頭字語の1つであるHIPSは、耐衝撃性ポリスチレンの略です。 HIPSは手頃な価格で軽量で、アクリル絵の具で研磨、接着、着色することができます。 ABSと似ていますが、HIPSは柑橘系の溶剤であるリモネンに可溶であるため、2番目の材料（ABSやPLAなど）をデュアル押出機プリンターで印刷する場合に、サポート材料として適しています。印刷後に溶解する可能性があります。また、それ自体でうまく印刷され、LulzBotがエディターズチョイスを獲得したLulzBot Mini 3Dプリンター（Amazon Canada）に推奨するフィラメントです。 MakerBot DissolvableFilamentもHIPSで構成されています。

もう1つの可溶性フィラメントはPVA（ポリビニルアルコール）で、これは水に便利に溶解します。 PVAは無臭、無毒、生分解性です。融点が低く、過熱すると押出機のノズルが詰まる可能性があります。デュアル押出機プリンターのサポート材料としてよく使用されます。 Ultimaker 3（Amazon Canada）をテストするには、ボックス自体にPLAを使用し、サポートとしてPVAを使用して、テストオブジェクト（ボックス内のボックス）を印刷しました。印刷後、ぬるま湯に浸すと、PLAが徐々に溶けて、入れ子になった箱が残りました。

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複合フィラメント

複合フィラメントは、PLAまたは他の熱可塑性プラスチックのベースを持ち、その中に他の材料の粒子、粉末、またはフレークが混合されています。いくつかは木材のブレンドであり、他は砂岩または石灰岩を含み、さらに他は鉄、アルミニウム、真ちゅう、青銅、および銅を含むさまざまな種類の金属を持っています。これらのフィラメントは、それらが混合された材料の特性のいくつかを引き受けます。もう1つの人気のある複合材料は炭素繊維です。それから印刷されたオブジェクトは、繊維の強度の一部を取ります。これらの複合フィラメントの欠点は、非複合フィラメントよりもかなりコストがかかることです。

プラスチックフィラメントを超えて：樹脂ベースの印刷

今日のFFFプリンターの急増に伴い、フィラメントを使用しない他のテクノロジーに基づいたモデルが市場に出回っているという事実を見逃しがちです。その中で最も重要なのは、開発された最初の3D印刷技術であり、非常に詳細で高解像度の印刷が可能なステレオリソグラフィー（別名SLA）です。商用利用のSLAプリンターの値札は、5桁（さらには6桁）になる可能性がありますが、愛好家や職人に適した低価格のモデルもいくつか見られます。

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SLA印刷では、紫外線レーザーが、トレイまたはバットに収容されたUV感受性樹脂（別名フォトポリマー、またはフォトポリマー樹脂）上に、印刷されるオブジェクトの形状をレイヤーごとにトレースし、レーザーにさらされた樹脂が硬化します。印刷されたオブジェクトを形成します。樹脂は500ミリリットルと1リットルのボトルで提供され、プリンターメーカーからの価格は1リットルあたり約100ドルからです。一部のメーカーは、強度、柔軟性、剛性、およびその他の品質のために樹脂を配合しており、そのような樹脂はプレミアムで販売される傾向があります。樹脂は限られたカラーパレットに悩まされており、黒、灰色、白、透明に限定される傾向がありますが、最近では明るい色の金属樹脂が利用できるようになりました。

DLPは、紫外線の代わりに可視光を使用して、光源としてレーザーの代わりにプロジェクターを使用するステレオリソグラフィーの形式です。 Texas InstrumentsのDLP（デジタルライトプロセッシング）テクノロジーを採用したプロジェクターは、一連の画像をSLA印刷で使用される樹脂と同様のフォトポリマー樹脂のバットに投影し、オブジェクトをレイヤーごとに構築します。

最も人気のあるフィラメントについて必要なすべてを理解したので、最近テストした最高のモデルのレビューを含む3Dプリンター購入ガイドを読むことをお勧めします。また、アーリーアダプターが3Dでの印刷を学んだ時間について何と言っていたかを確認することもできます。