3Dプリンターで使用できる材料とは？
3Dプリンターで使用される材料は、プロジェクトの目的や必要な特性によって多岐にわたります。代表的な材料として、熱可塑性樹脂、レジン、金属材料などがあります。熱可塑性樹脂は主にフィラメントとして使われ、PLAやABSなどの種類があります。レジンは液体状態で使われることが多く、エポキシやアクリルをベースにした紫外線硬化樹脂等が含まれます。また、金属材料も多岐に亘る用途に利用されています。
熱可塑性樹脂（フィラメント）
熱可塑性樹脂は、3Dプリンターのフィラメントとして最も一般的に使用されている材料です。加熱すると柔らかくなり、冷やすと固まる特性をもつため、何度でも成形できるのが特徴です。FDM（FFF）方式の3Dプリンティングで使用されることが多く、その中でも特にPLAやABSは広く利用されています。強度、耐熱性、柔軟性などの特性で選ばれることが多く、用途に合わせてさまざまな材料が選択可能です。
PLA（ポリ乳酸）樹脂
PLA（ポリ乳酸）樹脂は、主にデスクトップ3Dプリンターで使用される材料です。植物性の資源から作られるため、環境に優しい特徴があります。さらに、ABS樹脂と比較して低温でのプリントが可能で、収縮が少ないため初心者にも扱いやすいです。プロトタイピングや教育現場での活用に最適な材料です。
ABS樹脂
ABS樹脂は、3Dプリンター材料の中で広く使用されている熱可塑性樹脂です。耐衝撃性と耐熱性に優れており、機械部品や耐久性が求められる製品に最適です。ABSは熱溶融積層方式（FDMまたはFFF方式）による造形に適しており、具体的な用途としては、自動車部品、家電、玩具などが挙げられます。プロトタイピングのみならず、治具や最終製品としても適用可能な材料です。
ASA樹脂
ASA樹脂は、屋外で使用をする際の耐久性に優れています。この材料はABS樹脂と同様の特性を持ちながら、紫外線や湿度に対する耐性が強化されています。そのため、屋外での使用など、耐候性が求められる製品に広く利用されています。また、長期間の使用でも劣化しにくく、耐久性も高いです。
PP樹脂
PP樹脂（ポリプロピレン）は、強度に優れている材料です。耐薬品性や耐熱性にも優れているため、工業製品や医療分野での部品に適しています。また、軽量のため自動車部品にも広く使用されています。特に耐衝撃性が求められる用途において、その強靭性が活かされています。ABS樹脂と比べて低融点且つ熱収縮率が高いため3Dプリンターで造形すること自体が難しいといわれています。
TPU樹脂
TPU（熱可塑性ポリウレタン）樹脂は、その耐久性と柔軟性で知られ、特に柔軟性が求められる用途で広く利用されています。たとえば、スマートフォンのケースや、靴のソールなどに適しています。また、TPU樹脂は耐摩耗性や耐油性も優れており、機械部品や産業用途にも最適です。
PC樹脂
PC樹脂（ポリカーボネート）は、高い耐衝撃性を有する材料です。耐熱性にも優れていて、一定の高温環境での使用も可能です。ただし、高温多湿環境下では長時間の使用には適しません。強度が必要なプロトタイプや、ABS樹脂では耐熱要件が足りない場面に適しています。特に、医療機器や光学部品に頻繁に使用されています。
ナイロン（PA）樹脂
ナイロン（PA）樹脂は高い強度と耐摩耗性が特徴の材料です。優れた耐化学性と耐油性ももつため、工業用途で特に評価されています。自動車部品や機械部品の製造に適しており、スナップフィット等勘合性が求められるプロトタイプにも応用が可能です。
レジン（液体樹脂）
レジン（液体樹脂）は、主に光造形方式（SLA/DLP）で使用される3Dプリント材料です。光硬化性樹脂とも呼ばれ、紫外線やレーザーによって液体から固体に変化します。高い精度と滑らかで細かい仕上がりが得られるのが特徴です。
医療や歯科の分野では、精密なパーツの製造に多く利用されています。また、カスタムジュエリーやプロトタイピングにも適していて、特に複雑な形状や微細なデザインが求められる場面で活躍しています。
金属材料
金属材料は、強度や耐久性が求められるパーツの製造に最適です。ステンレスや銅、チタンといった材料があり、機械部品や航空宇宙分野で広く使用されています。金属3Dプリンターを使用することで、複雑な形状の金属パーツを高度な精度で作成することができます。しかしながら、造形するだけでは精度を出しにくく、一般的に公差内の寸法を得るためには追加工が必要です。
特性別3Dプリンター材料の選び方
3Dプリンター用の材料を選択する際は、その特性を理解することが重要です。ここでは、材料の特性別に、適した使用目的や使用環境について解説します。
高強度・高靭性材料
高強度・高靭性材料は、特に高い耐久性が求められる部品や構造物に適しています。強度と靭性を兼ね備えた材料の例として、ナイロン（PA）やポリカーボネート（PC）樹脂があります。これらの材料のうち、ポリカーボネート（PC）は耐衝撃性が高く、変形しにくいため、機械部品の製造、高温環境における治具等に広く使用されています。
高耐熱材料
高耐熱材料は、特に高温環境での使用が求められる場面に適しています。たとえば、工業用機械の部品やエンジン部品などが該当します。また、耐熱性が必要な電子部品や医療機器にも利用されます。このような材料には、PEI（ポリエーテルイミド）PPS（ポリフェニレンサルファイド）やPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）などがあり、これらは高温下でも形状と強度を維持する特性をもっています。多くの3Dプリンターは造形後に熱処理を施す事により本来の耐熱性を得る事が出来ます。
透明性のある材料
透明性のある材料は、デザインプロトタイプやライトガイドなど、視認性が求められる用途に適しています。代表的な材料には、アクリルベースの紫外線硬化樹脂が挙げられます。この材料は優れた透明性を持ち、内部構造を可視化するようなプロトタイピングで使用されます。研磨や塗装の二次加工によっては最終製品と遜色ないモデルを作製することが可能で、展示会等における展示モデルに使用されるケースがあります。
柔軟性のある材料
柔軟性のある材料は、弾力性や曲げ耐性が必要な製品に最適です。代表的なものにTPU（熱可塑性ポリウレタン）があります。TPUは、スマートフォンのケースやウェアラブルデバイス製品などの用途に使われます。また、TPUはゴムのような質感をもちながらも加工性が高いため、カスタムフィットが必要なプロトタイプに適しています。
耐薬品性材料
耐薬品性材料は、化学薬品や腐食性物質に対して高い耐性をもつ熱可塑性樹脂です。これには、特定のナイロン（PA）やポリプロピレン（PP）等があります。これらの材料は、配管システム、実験器具、薬品タンクなど、化学薬品に晒される環境での使用に適しています。耐薬品性の高さにより、厳しい環境でも長期間にわたり安定した性能を発揮します。
歯科用・生体適合材料
歯科用・生体適合材料は、患者の安心と治療効果を最大化するために非常に重要な役割を果たします。これらの材料は、体内に導入されても合成および生理的に安定しており、医療分野では特に高い基準で評価されています。たとえば、歯科用材料としてはエポキシ樹脂やアクリル樹脂、またポリアミド系の樹脂が利用されています。
3Dプリンターの造形方式と対応材料
3Dプリンターの造形方式にはさまざまな種類があり、それぞれに適した材料が異なります。主要な造形方式とその対応材料について解説します。
FDM方式（熱溶融積層方式）
FDM方式（熱溶融積層方式）は、最も一般的な3Dプリンターの造形方式の一つです。フィラメントと呼ばれる糸状のプラスチック材料を高温で溶融させ、ノズルから押し出し、層を積み重ねて立体物を形成します。主な材料には、PLAやABSがあり、模型の製作やプロトタイピングに広く使用されています。
FDM方式は仕組みがシンプル、操作も簡単でメンテナンス性も良いため、初心者からプロまで幅広く愛用されています。FDM方式（熱溶融積層方式）は、最も一般的な3Dプリンターの造形方式の一つです。フィラメントと呼ばれる糸状のプラスチック材料を高温で溶融させ、ノズルから押し出し、層を積み重ねて立体物を形成します。主な材料には、PLAやABSがあり、模型の製作やプロトタイピングに広く使用されています。
FDM方式は仕組みがシンプル、操作も簡単でメンテナンス性も良いため、初心者からプロまで幅広く愛用されています。
光造形方式（SLA/DLP）
光造形方式には、SLA（ステレオリソグラフィー）とDLP（デジタルライトプロジェクション）の二種類があります。SLAはレーザー光を使って樹脂を固める方式で、高精度な造形ができます。一方、DLPはデジタル・マイクロミラー・デバイス（DMD）を利用して光を反射させて映像を投写する方式であるため、一度に広い範囲を硬化できます。大型モデル製作から微細なジュエリーなど細部まで精密な仕上がりが求められる分野で利用されています。
バインダージェット方式
バインダージェット方式は、粉末材料にバインダー（接着剤や赤外線を吸収する液体）を噴射して層を形成する3Dプリント技術です。この方式の主な利点は、複雑な形状を実現できる点です。金属材料を含む多数の材料に対応し、高解像度の造形が可能です。また、造形過程においてサポート材が不要なため、造形時のサポート材の除去作業が不要な点も大きなメリットのひとつです。
パウダーベッド方式（SLS）
パウダーベッド方式（SLS）は、粉末状の材料をレーザーで焼結させる技術です。高い自由度と精度をもつため、複雑な構造や繊細なディテールを持つ物体の製作に適しています。対応する材料の範囲が広く、ナイロンやガラス、さらには各種金属粉末まで使用できるのが特徴で、製品の耐熱性や耐久性も優れています。SLS技術の応用範囲は幅広く、機械部品、プロトタイプ、医療機器など、さまざまな用途に利用されています。
インクジェット方式
インクジェット方式では、液体状の材料を微細なノズルから吐出し、積層して形状を作ります。この方式は高解像度の造形が可能で、複雑な形状をした部品の製作を得意とします。特に医療や時計部品など、細部にこだわる必要のある分野で活用されています。素材としては主に光硬化性樹脂が使用され、造形後にUVライトを当て硬化させることが多いです。複数材料を同時に吐出可能なためマルチマテリアルを模したような造形をすることが可能です。部分的に硬度を変更可能な点もインクジェット方式ならではといえます。
3Dプリンターでの材料の選び方とコスト
3Dプリンターでの材料選びは、最適な仕上がりを得るために非常に重要です。ここでは、材料の選び方とコストについて解説します。
目的に応じた材料選びのポイント
3Dプリンター材料の選び方には、その目的を明確にすることが重要です。プロトタイピングにはPLAやABSが向いていますが、耐久性の必要な部品にはナイロンやカーボンファイバー等が含有されている材料等が適しています。医療用では生体適合性材料が求められ、食品分野では食品安全性を満たす材料が必要不可欠です。
材料の価格と性能のバランスを考える
3Dプリンター材料を選ぶ際には、性能と価格のバランスを考慮した選択が重要です。たとえば、PLAは比較的安価で扱いやすい素材ですが、耐熱性に欠けるため高温環境には向いていません。対照的に、ナイロンは高い耐熱性と柔軟性をもつ一方で、コストが高めです。このように、各材料の特性を理解し、プロジェクトの特定の要件に最も適したものを選びましょう。
3Dプリンター材料の最新動向
3Dプリンター材料の最新動向について、ここ数年で注目すべきいくつかの技術的進展とトレンドがあります。まず、エコフレンドリーな材料が増えている点が挙げられます。特に、リサイクル可能な材料やバイオベースのプラスチックが注目されています。これにより、環境負荷を軽減しつつ高性能なプリントができるようになります。
また、近年では非常に強度が高く、耐久性のある複合材料や合金も開発されています。これらの材料は、医療機器や航空宇宙産業などでの活用が期待されています。さらに、一部の新しい材料は、特定の用途に合わせてナノテクノロジーを活用して物性を改善しています。
最後に、カスタムメイドの材料が登場しています。これにより、ユーザーは各自のプロジェクトの要件に適合した独自の特性を持つ材料を考案し、生産することが可能となりました。全体として、3Dプリンター用の材料は、機能性、エコロジー面での適合性、個別化の可能性など、多角的な側面において著しい発展を遂げているといえます。
新しい材料技術の登場とその背景
3Dプリンター材料の技術は日々進化しており、新しい材料が次々と登場しています。この進化の背景には、技術革新だけでなく、市場の多様化するニーズが影響しています。たとえば、医療分野では生体適合性の高い材料が求められており、これに応じて新しいバイオレジンやポリマーが開発されています。また、航空宇宙分野では耐熱性や高強度が求められることから、特殊な合金や高分子材料が研究されています。このような進化により、さまざまな産業での3Dプリンター活用がさらに広がることが期待されます。
未来の3Dプリンター材料への期待
3Dプリンターの材料は、将来的に更なる革新が期待されます。特に、環境に優しいバイオマテリアルや、高機能なナノ素材の開発が進めば、より高度な部品や製品の製造が可能になると予測されています。また、医療分野においては、自己修復機能をもつ材料や、生体適合性の高い新素材の登場が注目されています。これらの進化により、製造業や医療現場での3Dプリンターの利用価値は一層高まることが予想されます。
丸紅情報システムズの取り扱いラインナップ
丸紅情報システムズでは、3Dプリンター分野において、多様な材料を取り揃えております。各種フィラメント（PLA、ABS、ナイロンなど）、レジン、金属材料に至るまで、多様な業界ニーズに対応可能な製品を提供しています。
同社は世界をリードするStratasys社製品の取り扱いを含め、30年以上にわたる販売・保守サポートの実績があり、その豊富な知見を活かし、顧客の個別プロジェクトに最適な材料選定をきめ細かくサポートしています。 さらに、Desktop Metal社の金属材料など、最新技術に対応した材料の取り扱いもあり、製品開発の効率化やコスト削減に貢献します。3Dプリンター材料の選定でお悩みの企業様に対しては、用途やニーズに合わせた最適な材料を提案します。
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