3Dプリンティング用途

3Dプリンティング技術選びのポイント

エラストマーを3Dプリンターで加工する場合、予算、機械的要件、材料の供給方法、部品の形状、および外観などの基準を考慮して適した方式を選択する必要があります。

3Dプリンティングは小ロットの生産に適しています。一方で、大規模な生産にはその他の手法が有用かもしれません。複雑で機能的な形状を持つ部品について言えば、3Dプリンティングが唯一の選択肢となることも多々あります。

適切な技術を選択するためには、製品の主な仕様に照らし合わせ、各種技術の利点と課題を考慮する必要があります。ここからはエラストマーを利用した最も一般的な3Dプリンティング技術の詳細をご紹介します。

フィラメント式

「熱溶解積層法（FDM）」は、樹脂部品の製造に広く使われる3Dプリンティング技術です。FDMにはデスクトップタイプの3Dプリンターが利用されます。フィラメント式では、エラストマーを押し出し、固定された台上に層を重ねることで造形を行います。FDMは、ラピッドプロトタイピングや安価な模型製造、高い精度や表面品質が必須ではない場合に適しています。

FDMは、顧客が要望する熱可塑性樹脂部品やプロトタイプを製造する際に、最も費用対効果の高い3Dプリンティングの手法です。この技術は必要な時にすぐに利用でき、リードタイムの短縮が期待できます。プロトタイプ作製や、その他の商品化前の機能確認のために、幅広い熱可塑性樹脂が利用できるのが利点です。しかし、FDMは他の積層造形技術に比べてきめ細かさや精度が低くなりがちであるため、複雑な部品の製造には適しません。さらに、この技術を用いて製造された物体では、表面の構造が目に見えるかたちで残ることがあり、そのような場合には後処理が必要になります。

一般的に、エラストマー樹脂が柔軟であればあるほど、フィラメントの送り速度が遅くなり、供給が困難なものになります。

熱溶解積層法（FDM）の仕組み

1. 3Dプリンティング用エラストマーのスプールをプリンターにセットします。エラストマーフィラメントが、押出機から押し出され、ヘッド内で適切な温度にまで加熱された上でノズルから吐出されます。
2. ヘッドは3軸駆動機構に取り付けられています。溶解した素材は、細いフィラメントストランドとして台上に層状に吐出され、冷えると固まります。ヘッドの送風機によって冷却を促進することもできます。
3. 1つの層が完成したら、次の層へと進みます。この工程を繰り返し、造形を行います。

選択的レーザー焼結（SLS）

光造形（SLA）に対し、エラストマーを用いた3Dプリンティングに伴う技術的な課題を克服するために、選択的レーザー焼結（SLS）の開発が進められています。SLSは業界では一般的な手法ですが、現在の技術では熱可塑性エラストマー（TPE）ベースの粉末が固まってしまう傾向にあります。しかし近い将来、メーカーの高い品質基準を満たす、エラストマーに適したSLS処理技術が実現することでしょう。

選択的レーザー焼結（SLS）の仕組み

この方式の材料には粉末状の3Dプリンティング用エラストマーを利用します。まず融点を超えない温度まで加熱します。レーザーが3Dモデルの断面をスキャンし、材料の融点で粉末を加熱することで、固体になります。その後、プラットフォームがビルドチャンバーの下方に1層分だけ移動し、新しい層が同様に焼結されます。この工程を最後の層まで繰り返します。未融解の粉末が造形モデルを支えるかたちになり、追加でのサポート材は必要ありません。最終的に、造形モデルはチャンバー内で冷却されます。