3Dプリンターの魅力 

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いまや3Dプリンターの魅力を語るには遅すぎる程に認知されてきている。

金型が不要、複雑・精緻なデザイン形状対応できる、なにより製品中に中空部を設けられるなど従来の成形法では出来ないことが可能となったことに驚く。対象が金属、セラミック、樹脂と広範囲であるのも特徴である。原料は粉末、フィラメント、液体、インクとこれまた各形態がある。

フィギュア製作でよく用いられている押出フィラメントの先端を加熱溶融させて積層していく方法(熱溶解積層法)では、前の層が固化しないうちに次の層を積層しないと融合しない。前の層がまだ溶融状態では積層しても崩れるか変形する。さりとて形が固定してからでは融合しない。溶けている状態から固体になる間の専門用語で固体粘弾性におけるゴム量域(決してゴムではありませんが)が広い材料が適している。ABS樹脂、ポリアミド12などがこの分野で先行材料として利用されてきた理由である。

自動車などで多く利用されている結晶性樹脂であるポリプロピレンは金型の中に溶融樹脂を射出して、速く固化して金型から取り出すことができるよう結晶核剤や無機フィラーを配合することが行われてきたが、フィラメント積層法では真逆の材料設計をする必要がある。すなわち本質的に結晶性樹脂であるポリプロピレンをなるべく積層中には結晶ができないように結晶化抑制技術開発をする必要がある。材料設計者の腕の見せ所である

歯科分野で利用される3Dプリンターは光が照射されると分子が安定なエネルギー基準から励起されて、また元のエネルギー基準に戻る際にエネルギーの一部がモノマーに作用して重合(高分子量化)するメカニズムを利用した液槽光重合法である。

歯科維持装置は複雑でかつ薄肉製品である。実際に適用されていることはコスモサイン合同会社のWEBで紹介されているが、ある用途にレンガサイズの超厚肉製品を作成する必要があり、コスモサインの提携会社に依頼したところ、ボイドがなく、反りがない試作品を手交されて正直驚いた。従来の射出成形法や押出成形法では絶対に無理である。金型の表面から固化が始まり内部のこれから固化しようとする樹脂は、表面に引っ張られ、その結果、内部が空洞になりやすい。精々肉厚が20mmまでが限界である。これを3Dプリンターはいとも簡単にクリヤーしてしまった。射出成形の場合は溶融樹脂の塊を金型に流し込むのに対して、光重合3Dプリンターはミクロン単位での積層毎に光を照射して重合させるのでボイドができない。原理を知って納得した。今後、3Dプリンターがもっている機能を益々ブラッシュアップすることで精緻な品質を要求される歯科用途に大きく貢献するものと期待される。

今回は3Dプリンターのさわりだけ書いた。しかしながら有する機能・ポテンシャルは遙かに多い。今後も気がついた時に3Dプリンターを書くことになろう。

 (補注;ABS アクリロニトリルブタジエンスチレンの三元系共重合体、寸法精度、衝撃、メッキ性に優れ、特に多くの家電製品に適用されている。耐熱性は100℃前後

  ポリアミド12(通称ナイロン12 ナイロンのガソリンバリヤー性とポリエチレン並の低温衝撃強度を有する。融点176℃。多層ガソリン給油パイプのバリヤー層などに利用されている)

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