FDM 3D プリンタはフィラメントのようなゴムで印刷できますか?
FDM 3D プリンティング業界のサプライヤーとして、私はよく、FDM 3D プリンターがゴムのようなフィラメントで印刷できるかどうかという質問を受けます。これは愛好家の好奇心を反映しているだけでなく、柔軟で弾性のある印刷部品を求めるさまざまな業界の実際的なニーズも反映している質問です。このブログでは、このトピックを掘り下げて、FDM 3D プリンティングでフィラメントのようなゴムを使用する実現可能性、課題、および用途を探っていきます。
FDM 3D プリンティングとゴム状フィラメントの基礎
熱溶解積層法 (FDM) は、最も人気のある 3D プリント技術の 1 つです。熱可塑性フィラメントを溶かし、それを層ごとに堆積させて三次元オブジェクトを作成することで機能します。従来の FDM フィラメントには、PLA (ポリ乳酸) や ABS (アクリロニトリル ブタジエン スチレン) などの材料が含まれており、これらは硬く、よく理解されている印刷パラメーターを備えています。
一方、熱可塑性ポリウレタン (TPU)、熱可塑性エラストマー (TPE)、シリコーンベースのフィラメントなどのゴム状フィラメントは、独特の特性を備えています。柔軟性と弾性があり、繰り返しの伸縮や曲げに永久変形することなく耐えることができます。これらの特性により、ガスケット、シール、ウェアラブル デバイスなど、柔軟性が重要な用途に最適です。
FDM プリンタでのゴム状フィラメントによる印刷の実現可能性
簡単に言うと、「はい」です。FDM 3D プリンタは、フィラメントのようなゴムで印刷できます。ただし、従来の硬質フィラメントを使用した印刷ほど単純ではありません。ゴムのようなフィラメントにはさまざまな物理的および化学的特性があるため、印刷プロセスに多少の調整が必要です。
主な課題の 1 つは、これらのフィラメントの高い柔軟性です。硬いフィラメントとは異なり、ゴムのようなフィラメントは、供給プロセス中に簡単に曲がったりねじれたりする可能性があります。これにより、押し出しが不均一になり、印刷品質が低下する可能性があります。これを克服するには、多くの場合、ダイレクトドライブ押出機が推奨されます。ダイレクトドライブ押出機は、押出機モーターをホットエンドの近くに配置するため、フィラメントの移動距離が短縮され、フィラメント詰まりの可能性が最小限に抑えられます。
もう 1 つの課題は印刷温度です。ゴム状フィラメントは一般に、硬質フィラメントと比較して融点が低くなります。たとえば、TPU は通常 210°C ～ 230°C の温度で印刷しますが、PLA は約 190°C ～ 220°C で印刷します。間違った温度で印刷すると、押し出し不足または押し出し過剰が発生する可能性があります。層間の適切な接着と滑らかな表面仕上げを確保するには、印刷温度を慎重に調整することが不可欠です。
印刷パラメータの調整
ゴムのようなフィラメントを使用して印刷する場合は、ダイレクト ドライブ押出機の使用と正しい印刷温度の設定に加えて、他の印刷パラメータも調整する必要があります。
印刷速度は重要な要素です。印刷が速すぎるとフィラメントが伸びて破損する可能性があり、印刷が遅すぎると過剰な溶融や層の接着不良が発生する可能性があります。ゴムのようなフィラメントの場合は、通常 10 ～ 30 mm/s の遅い印刷速度をお勧めします。
レイヤーの高さも印刷品質に影響します。層の高さを薄くすると、表面仕上げがより滑らかになり、機械的特性が向上します。ただし、印刷時間も長くなります。ゴムのようなフィラメントの場合、多くの場合、層の高さ 0.1 ～ 0.2 mm が適切な開始点となります。
FDM 3D プリンティングにおけるゴム状フィラメントの応用
ゴムのようなフィラメントのユニークな特性により、FDM 3D プリンティングの幅広い用途が広がります。
自動車産業では、ゴムのようなフィラメントを使用してガスケット、シール、振動減衰器を印刷できます。これらの部品は柔軟性があり、高温や過酷な環境に耐えられる必要があります。たとえば、3D プリントされた TPU ガスケットは、コンポーネントの特定の形状に合わせてカスタマイズできるため、従来のゴム製ガスケットと比較して優れたシールを提供できます。
医療分野では、ゴムのようなフィラメントを使用して、柔軟で生体適合性のある部品を印刷します。3D プリント ドリル ガイドTPU で印刷できるため、外科手術中に患者に快適かつ確実にフィットします。
消費財業界もゴムのようなフィラメントから恩恵を受けています。スマートウォッチなどのウェアラブルデバイスは、TPU 3D プリント時計ベルトより快適でスタイリッシュな外観を実現します。これらのベルトは柔軟性があるだけでなく耐久性もあり、日常の磨耗に耐えることができます。
他の印刷技術との比較
FDM 3D プリンティングではフィラメントのようなゴムを印刷できますが、同様に柔軟な素材を印刷できる他の 3D プリンティング テクノロジーと比較する価値があります。
光造形 (SLA) とデジタル ライト プロセッシング (DLP) は、樹脂ベースの 2 つの一般的な 3D プリンティング テクノロジーです。ゴムのような樹脂を使用して、高解像度で詳細なプリントを作成できます。ただし、これらの技術は一般に高価であり、有毒で危険な樹脂の使用が必要です。一方、FDM 3D プリンティングはより手頃な価格で、比較的安全なフィラメントを使用します。
もう 1 つのテクノロジーは、柔軟な部品も印刷できる Multi Jet Fusion (MJF) です。 MJF は高速印刷と優れた機械的特性を備えています。ただし、特殊な装置が必要であり、主に産業環境で使用されます。 FDM 3D プリンティングは、愛好家や小規模製造業者にとってより利用しやすいものです。
印刷を成功させるためのヒント
FDM 3D プリンターでゴムのようなフィラメントを確実に印刷するために、追加のヒントをいくつか紹介します。
- フィラメントの保管: ゴムのようなフィラメントは吸湿性があり、空気中の湿気を吸収することができます。吸湿性フィラメントは印刷中に蒸気の泡を発生させ、印刷品質の低下につながる可能性があります。フィラメントは乾燥した環境、できれば乾燥剤パケットの入った密閉容器に保管してください。
- ベッドの接着力: ゴムのようなフィラメントにとって、適切なベッド接着力を確保することは非常に重要です。加熱ベッドを使用し、スティック接着剤またはヘアスプレーを薄く塗布すると、接着力が向上します。
- 印刷の向き: 印刷の向きも印刷品質に影響を与える可能性があります。柔軟な軸を層の方向に揃えてオブジェクトを印刷すると、フィラメントにかかるストレスが軽減され、印刷の全体的な強度が向上します。
結論
結論として、FDM 3D プリンタはゴムのようなフィラメントで印刷できますが、印刷プロセスにいくつかの調整が必要です。ダイレクトドライブ押出機を使用し、正しい印刷温度とパラメーターを設定し、いくつかのベストプラクティスに従うことにより、ゴムのようなフィラメントを使用した高品質の印刷を実現できます。
ゴムのようなフィラメントの独特の特性は、自動車から消費財に至るまで、さまざまな業界で幅広い用途を提供します。印刷を検討している愛好家であっても、FDM 3D プリントによる PLA ランプ シェード柔軟なコンポーネントやカスタムメイドのガスケットを必要とする産業メーカーでは、ゴムのようなフィラメントを使用した FDM 3D プリンティングが実行可能なソリューションとなり得ます。
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参考文献
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- Wohlers、T.、Gornet、P. (2017)。 Wohlers レポート 2017: 3D プリンティングと積層造形業界の現状。ウォーラーズアソシエイツ。
- ストラタシス。 （2021年）。 TPU を使用した 3D プリント: プリントを成功させるためのガイド。ストラタシス。