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3Dプリンタ フィラメント徹底解説ガイド【種類や特徴・選び方】

3Dプリンタ フィラメント徹底解説ガイド【種類や特徴・選び方】

今回は3Dプリンタに欠かすことのできない「フィラメント」について解説します。3Dプリンタに使う樹脂材料は様々な種類があり、それぞれ一長一短な特性を持ちます。コストや用途から最適な材料を選定するのが樹脂造形の第一歩となります。

本記事で紹介する以外にも様々なフィラメントが販売されていますが、造形難易度や入手性の観点から、エンプラ系材料・ナイロン等の材料は省いています。
フィラー配合とエンプラのフィラメントについては「PLAやABS以外の特殊フィラメントで3Dプリンタをもっと楽しく!特殊フィラメント8選!」で解説しています。

PLA(ポリ乳酸)

PLAは植物由来のプラスチックで、二酸化炭素を排出しない原料で作られるカーボンニュートラルな素材です。通販サイトでは1,500円~3,000円と比較的低価格な樹脂材料であり、色やフィラー配合品など種類も豊富な材料です。

3Dプリンタの樹脂材料として非常に扱いやすい材料で、造形難度が低い特徴を持っています。造形温度は180度からと比較的低く、造形後の収縮率が少なくて変形も小さいため市販されてるほとんどの3DプリンタがPLAでの造形に対応しています。

材料の用途としては、3Dプリンタ造形時の安定した成形特性から、製品のデザイン確認などのプロトタイプやワンユースの造形などへの使用が一般的です。造形難度が低く価格も安いフィラメントなので、幅広い用途に活用できる材料です。

PLAの溶融時には有害物質や臭気が発生せず、造形中の周囲環境にも大きな影響がありません。フィラメントによっては造形時に特有の甘い匂いがします。

一方で、ガラス転移点が55~60℃と低く、温度に対する耐性が低い欠点があります。高温下では容易に変形してしまうため、実使用では注意が必要となります。造形後の加工性は非常に悪く、研磨や切断などは積層面から剥がれてしまい、塗料も乗りにくい材料なので後加工には向きません。

3Dプリンタで最も普及しているPLAですが、通常の射出成型ではあまり使われていなかった材料であり、製造メーカーは限られています。特に、2019年後半頃からPLA供給の逼迫が始まっており、今後の安定供給が懸念される材料です。1

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ABS

ABSは樹脂成型品に広くに使われている樹脂材料で、耐衝撃性と硬さを有した機械的強度に優れる樹脂材料です。

3Dプリンタでも非常に優秀な樹脂材料ですが、ノズル温度の高さ(240℃以上)や収縮率の高さによる造形後の変形などが発生しやすく、PLAより造形難度の高い樹脂材料です。造形時にはガラス転移点に近い環境下で造形を行い、変形を抑えるなどの工夫が必要になります。

材料の用途はPLAと同じく、プロトタイプやデザインの確認など様々な場面で使用できます。ABSは量産品にも使われる材料なので、量産品と近い状態で製品評価が可能です。衝撃性も高く、落としたり乱暴に使われるもの、高温環境下で使用するものなどにも使用できるため、PLAより上回る面が多い汎用的な樹脂材料です。

ABSは加工性が非常に高く、3Dプリンタで成形した製品でも切削や接着、溶接、メッキ、塗装など様々な後加工に対応します。

造形時の欠点としては特有の異臭が発生するので、常に周辺への臭気の配慮を必要を必要とします。また、ABSは樹脂の熱分解で有害なアクリロニトリルやスチレンなどが蒸散する可能性もあるため、造形中は換気が必要となります。

ABSは耐薬品性が高く、酸やアルカリにも耐性があります。しかし有機溶剤には溶けるので注意が必要です。耐候性は悪く、屋外に置くと紫外線の影響を受けて黄変や劣化が進行しやすくなる点にも注意が必要です。

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写真: Alan Chia – Lego Color Bricks

PETG(ポリエチレンテレフタラート)

PETGとは名前の通り、ペットボトルに代表されるされる樹脂材料の1つです。比較的新しい材料であり、フィラメントの色など種類はあまり多くありません。

3Dプリンタの材料としては、PLAの造形のしやすさとABSの加工容易性を併せ持った材料で、比較的造形しやすい特徴を持ちます。耐衝撃性も高く、ガラス転移点も高いため、造形品の安定性も高い材料です。

ABSに近い特性を持ちますが、ABSよりも収縮率が低く、大きい造形物を作成しても変形が少ないためABSよりも使いやすい材料です。

PETGは非晶性樹脂のため、透明なフィラメントを使用した場合、他の材料よりも透明度の高い成形が可能です。

耐候性の面では特性が悪く、紫外線により劣化が進行しやすい欠点を持ちます。色の変化や機械特性の劣化を招くため屋外での用途には向きません。

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TPU(熱可塑性ポリウレタン)

3Dプリンタで使用できるフィラメントの中で、弾力性を持つ唯一の実用的な樹脂材料が「TPU」です。

TPUは他の樹脂材料と違い、ゴム的な弾力性を持つ「エラストマ」と呼ばれる樹脂材料です。高い衝撃耐性を持ち、耐候性、耐オゾン性も強く一般薬品への耐性にも高い特性を持ちます。

用途としては、スマホケースや靴底、グリップなど、弾力が必要な製品に幅広く使用できます。2種のフィラメントを使用できるデュアルエクストルーダー対応3Dプリンタを使用すれば、プラスチックとエラストマの二層成形品も造形可能となります。

実際の造形では、造形難度の非常に高い樹脂材料になります。フィラメント自体が柔らかいためノズル詰まりや逆流が起こりやすく、振動によって造形品が揺れてしまうため最適な温度設定やプリントスピードの調整が必要になります。造形速度を一定にし、造形スピードを概ね20mm/s前後に調整することで安定するようです。

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脚注

  1. Sustainable Future: Why is there a global shortage of PLA and how will it affect the catering and hospitality industry? | Bunzl Catering Supplies
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