ナイロン3Dプリンターとは
ナイロン3Dプリンターとは、ナイロンを3Dプリンターの使用材料であるフィラメント材に用い、3次元CADデータ (STLデータ) から立体的な造形品を製作する装置です。
ワークを製作する方法は、溶解積層法と粉末焼結積層造形の2種類に大別されます。溶解積層法はフィラメント材を高熱で溶解・溶出しながら2次元の薄い材料の層を積み重ね、設計データ通りに形状を作り出します。粉末焼結積層造形は粉末状のフィラメント材にレーザー光を照射し、加熱焼結して目的の形状を作り出す方法です。
ナイロン3Dプリンターの使用用途
ナイロンは機械的強度が高いため、精密機械や自動車部品を製作する場合に用いられます。主なナイロン3Dプリンターの用途は次の通りです。
1. 試作品 (プロトタイプ)
ナイロンは機能的な性能を追求する試作品に使用されます。例えば形状サンプルだけでなく製品の機械的強度、薬品耐久性、及び衝撃耐久などの性能テストに使われます。
2. 治工具関連
ナイロンには耐摩耗性があり、機械強度が高いため、生産工程に使用する治工具の製作に使用されます。
3. 最終製品 (主に部品)
自動車分野や航空宇宙分野で使用される部品に使われます。
ナイロン3Dプリンターの原理
3Dプリンターは3次元CADデータに基づき、3次元の立体造形物を出力する装置です。材料を積み上げていくことで高さがある造形物を作ります。様々な方式がありますが、基本的に層を重ねて造形する点に大きな違いはありません。
扱える材料も金属やカーボン以外にも、プラスチックなど様々です。ナイロン3Dプリンターはナイロンをフィラメント材に使用します。ナイロンはポリアミド合成樹脂です。3Dプリンターに使用するナイロンの種類には、ナイロン12・ナイロン11・ナイロン6などがあります。
1. ナイロン12
ラウリルラクタムの開環重縮合によって生成するポリアミドです。機械部品に良く用いられる結晶性の熱可塑性樹脂で、耐摩耗性、靭性、強度に優れています。柔軟性があるため、形状を工夫するとバネ機構にも応用可能です。融点は176°C、ガラス遷移点は50°C、比重は1.02です。
2. ナイロン11
ウンデカンラクタムの開環重縮合により得られるポリアミドです。ナイロン12と同じく結晶性のポリアミドです。ナイロン12よりも柔軟性が高く、大きな変形が必要な部品に適しています。融点は187°C、ガラス遷移点は37°C、比重は1.04です。
3. ナイロン6
カプロラクタムの開環重縮合によって生じるポリアミドです。結晶性のポリアミドで、ナイロン12よりも大幅に耐熱温度が高いです。エンジニアリング・プラスチックの一種で、自動車部品に使われます。融点は225°C、ガラス遷移点は48°C、比重は1.14です。
ナイロン3Dプリンターのその他情報
ナイロン3Dプリンターの特徴
ナイロン3Dプリンターで作られた造形品の特徴は以下の通りです。
耐熱性
ナイロンで製作されたパーツは耐熱性が高いです。材料の種類により最高80°Cの高温にも耐えられます。
耐衝撃性
一般的にナイロンは耐衝撃性が高く、熱可塑性樹脂の中でも特に衝撃に強いです。
引張強度 (靭性)
ナイロンの靭性は高いです。パーツに力を加えると初めは弾性変形しますが、形状が保たれて簡単には割れません。
吸湿性
ナイロン自体は吸湿性が高いため、パーツが不良品となる可能性もあります。パーツ不良発生防止のため、ナイロンを乾燥状態で保存しなければいけません。材料を乾燥容器に保管し、プリンター自体も乾燥した室内で使用します。
パーツ反り
材料自体が吸湿すると、造形中に変形する可能性があるため注意が必要です。
層間密着不良
溶解積層法では、吸湿した材料を使用すると完成したパーツ内の層間接着強度が低下します。
機械的強度
乾燥した材料によるパーツの耐摩耗性と耐衝撃性は高いです。しかし吸湿材料を使用すると特性が失われます。