3Dプリンティング材料の卓越性は、製造プロジェクトを実現するために不可欠です。3Dプリンティング技術の向上は、基本的なプラスチックから複雑な金属合金や複合材料まで、より幅広い材料の利用可能性を伴っており、これらはすべて、航空宇宙、自動車、医療、日常消費財などの分野における業界のニーズを満たすことを目的としています。

適切な材料を選択することは、機械的挙動、精度、長期強度に直接影響するため、趣味で3Dプリンターを使用する場合でも、プロ仕様の3Dプリンターを使用する場合でも違いが生じます。このガイドでは、主な材料、その長所、欠点、実用的な用途について触れます。

3Dプリンティング素材とその仕組みとは？

我々は皆、次のことを知っている。 3Dプリンティング材料 は、3Dプリンターが物体を層状に重ねるために使用する物質である。材料の選択は、使用するプリンターの特定のモデルと印刷方法によって大きく異なります。

また、性能の高い素材への関心も高まっている。Statistaの予測によると、3Dプリンティング材料の世界市場は以下の通りである。 は、2027年の10年間で、$6.5億の大台を突破する勢いである。

3Dオブジェクトの製造に最も適しているのは、プラスチック3Dプリントだ。プラスチック素材は安価で、柔軟性があり、加工しやすいため、プロトタイプや玩具、機能的要素の構築に理想的だ。

一般的なプラスチック素材

• PLA（ポリ乳酸）： 完全に生分解性で、使いやすく、反りが少なく、初心者に最適。

• ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）： 靭性が高く、高温に耐えることで知られ、自動車部品に多く使用されている。
• PETG（ポリエチレンテレフタレートグリコール）： 強度と耐薬品性に優れ、機械部品に最適。
• ナイロンだ： 柔軟で耐摩耗性に優れ、ヒンジやインターロッキングに最適。
• TPU（熱可塑性ポリウレタン）： 曲げにくく、履物や携帯電話の保護ケースを作るのに便利。

このような材料は、FDM（Fused Deposition Modeling）プリンターでよく使用される。3Dプリンティング材料は、その実用性とコスト・フレンドリーさにより、依然として人気があります。

金属3Dプリンティング材料

金属3dプリンタは、レーザーまたは電子ビームを使用して溶融粉末金属を溶接することにより、工業および医療産業で使用される強靭な部品を製造します。一般的な金属材料：

• ステンレス鋼: 医療機器や食品取り扱い用途に最適。
• チタン： 強度と低重量の両方を併せ持つこれらの材料は、航空宇宙やインプラントの用途に適している。
• アルミニウム: 優れた導電性と耐食性を示し、エレクトロニクスや自動車分野で一般的に使用されている。

• インコネル 過酷な環境で高い性能を発揮するために製造された合金。
• 金属3Dプリンターに適用されている従来の技術は以下の通りである。 DMLS (直接金属レーザー焼結) そして EBM（電子ビーム溶解）。 これらの生産技術は非常に複雑な機械を必要とし、高品質の生産物を必要とする産業でのみ適用される。

ウォーラーズ・アソシエイツの報告書によると、金属印刷の印刷率は、1.5％である。 27% の年間成長率 2023これは、産業部門への統合が進んでいることを表している。

複合3次元印刷材料

この複合材料は、炭素繊維、ガラス、金属粒子などの強化要素とプラスチック複合材料で構成されている。このような材料は、耐熱性や剛性の向上など、機械的特性が改善されている。

• 炭素繊維強化PLA： 軽さと耐久性を兼ね備え、自動車部品やドローン部品に適している。
• ガラス繊維入りナイロン： 摩耗がなく、正確な寸法を持つ - 機械部品に最適。
• 木質充填PLA： ソフトな色合いと清掃性の良さから、装飾用に最適。

プロダクション3Dプリンター 通常、重量やコストを増やすことなく構造的な要求を満たすために複合材料が使用される。

素材選びの完全ガイド 

適切な3Dプリンティング材料を選ぶには、プロジェクト独自のニーズに合わせてカスタマイズする必要があります。以下は、材料を選ぶ際に検討すべき要素です：

機械的特性

引っ張りやたわみに対する耐性、衝撃に耐える能力は、実生活における素材の性能の重要な特徴のひとつである。

熱抵抗

特に、高温または機械的に厳しい条件下で使用される部品に適しています。PEEKと金属は優れた耐熱性を提供します。

表面仕上げ

見栄えが必要なもの（例えば消費財）には、滑らかな仕上げが可能な素材や、後加工が容易な素材を選ぶ。

コストと入手可能性

PLAとABSは、比較的高価で、従来から工業用途に使用されている金属や複合材とは異なり、普及していて低価格である。

アプリケーション固有のニーズ

PLAまたはABSは、プロトタイプとなる部品の製造に適している。

金型や生産部品を製造する場合、金属3Dプリンターや複合材料の使用が強く求められる。

3Dプリンティング技術と互換性

どの3Dプリント方式も、特定の材料をサポートするように調整されています。お使いのプリンターと互換性のある材料を知っておくことが重要です。

• FDM（溶融堆積モデリング）: PLA、ABS、PETG、ナイロンに対応。最も入手しやすく、予算に優しい
• SLA（ステレオリソグラフィー）: レジン素材を使った素晴らしいディテールを必要とするパーツの製作に適している。
• SLS（選択的レーザー焼結法）: 粉末プラスチックと複合材料の消費をサポート。支持構造を必要とせずに使用できる、強靭な物体を設計する。
• DMLS（直接金属レーザー焼結）： 金属3Dプリンターに最適。高精度で丈夫な部品を提供。
• マルチ・ジェット・フュージョン（MJF）: SLSの優れた速度と解像度を、同じ材料手順で提供します。

大量生産に移行する場合は、MJFまたはSLSプリンターが適している。

3Dプリンティング材料の実世界での応用

航空宇宙

チタンと炭素繊維の複合材料は、強度を維持しながらコスト削減を可能にする。

ヘルスケア

ステンレス鋼は手術器具の製造に使用され、生体適合性樹脂は移植器具に使用される。

自動車

ナイロンとABSは機能的な部品を作るのに適しており、アルミニウムの使用はエンジンの部品として一般的である。

消費者製品

PLAはプロトタイプのデザインに最適で、TPUは次のような用途に適している。 ウェアラブル・アプリケーション電子機器製造用のPETGがある。

3Dプリンティング材料の未来

持続可能性、性能、適応性を強調した3Dプリント材料が登場する。

新たなトレンド

• リサイクル・フィラメント： 使用済みプラスチック廃棄物から作られる

• バイオベース材料： 藻類、とうもろこし、その他の自然で持続可能な素材から作られる。
• 導電性材料： 3Dプリンティングの工程に回路の作成を持ち込む能力
• スマート素材： 熱と水分のレベルの変化に対する反応を加える。

が登場した。 3Dプリンティング技術また、印刷の素材や条件を改善するためのAIの活用も期待されている。

結論

3Dプリント材料の選択は、設計の精度やパーツの耐久性に直接影響するため、プリントの性能にとって極めて重要です。プラスチック3Dプリント技術をプロトタイプに使用する場合でも、金属3Dプリントを使用してパフォーマンスが重要なコンポーネントを製造する場合でも、材料の選択肢に関する知識が重要です。

3Dプリンティング技術の向上は、提供される素材の種類が増えるにつれて、デザイナー、エンジニア、メーカーに可能性の世界を解き放った。この記事はいかがでしたか？ご意見をお聞かせください。

よくある質問

1.3Dプリンターには何種類の材料が使われていますか？

これには、金属とプラスチックの2つの一般的なタイプが使用される：プラスチックにはPLA、ABS、PETGがあり、ステンレスやチタンなどの金属部品の印刷に使われる。

2.庶民は金属3Dプリンターにアクセスできますか？

いや、金属3Dプリンターはほとんどの場合、プロ用に作られたもので、特別な道具や注意事項が必要だ。

3.機能的なプロトタイプを作るには、どの素材が最適でしょうか？

ABSとPETGは、強度と耐久性を求める場合に優先される素材です。ナイロンも動く部品を作るのに適した素材だ。

4.プラスチック3Dプリントは、完成品に信頼できる結果をもたらすことが保証されていますか？

これは特に、生産グレードの3Dプリンターと複合材料を使用する場合に当てはまります。プリントされた部品の耐性は、プラスチックの種類とその目的によって異なります。

5.3Dプリントの材料は環境に優しいですか？

PLAのように生分解性のものもある。業界では、リサイクル素材や生分解性素材の使用が増加している。