フレキシブル3DプリンティングにおけるFDMの可能性を探る

フレキシブル3Dプリントとは？

「フレキシブル3Dプリント」とは、弾性を持ち、圧縮・曲げ・伸縮が可能な材料で三次元物を造形する技術を指します。

FDM 3Dプリント

フレキシブルFDM 3Dプリントは、Fused Deposition Modelling（FDM）を用いて柔軟で弾性のある材料で三次次元物を造形します。TPE（熱可塑性エラストマー）やTPU（熱可塑性ポリウレタン）などのフレキシブルフィラメントをFDMプリンターで扱えるよう調整することで、異なる柔軟性と耐久性を持つ製品を作れます。ソフトロボティクス部品、ウェアラブル機器、機能プロトタイプ、その他の変形に耐える用途に適しています。

FDM 3Dプリント向け人気フレキシブルフィラメント比較

FDM 3Dプリント向けの人気フレキシブルフィラメントを比較すると、特筆すべき選択肢がいくつかあります。

· TPU（熱可塑性ポリウレタン）

TPUはFDM 3Dプリント分野で非常に人気があり、耐久性と優れた弾性で知られています。層間接着力が高く、頑丈で信頼性の高い造形物を実現します。

TPUフィラメントはプリント時の収縮が少なく、歪みやワープのリスクを低減。衝撃耐性も高く、応力や衝撃を受ける機能部品に適しています。さらに、硬度のバリエーションが豊富で、用途や好みに応じて選択できます。

· TPE（熱可塑性エラストマー）

TPEはゴムとプラスチックの特性を併せ持つフレキシブルフィラメントで、適度な弾性・柔らかさ・柔軟性を提供します。層間結合が強く、比較的プリントしやすいのが特徴です。

· TPC（熱可塑性コポリエステル）

TPCフィラメントは独自の特性によりフレキシブル3Dプリントで人気があります。ポリエステルとポリエーテルを組み合わせた材料で、優れた耐薬品性と高温性能を持ち、化学物質に曝されても長期にわたり柔軟性を維持します。

TPCは柔軟性だけでなく非常に耐久性も高く、頻繁な使用にも耐えて長持ちします。自動車・電子機器・消費財など幅広い用途に活用できます。

· FLEX（フレキシブルPLA）

FLEXはPLAに柔軟性付加剤を加えた特殊フィラメントで、TPUやTPEほどの高弾性はありませんが、剛性と柔軟性のバランスが取れており、プリントしやすいのが特徴です。

TPUやTPEほどの伸びはありませんが、ある程度の柔軟性を持ち、剛性と柔軟性のバランスが必要な場合に選ばれます。プリント性が良く、造形後も適度な弾性を維持します。

· NinjaFlex

NinjaFlexは広く知られるフレキシブルフィラメントブランドで、優れた伸縮性と弾性を誇ります。層間接着力が高く、複雑なディテールを持つ柔軟な造形物を作れます。

豊富な鮮やかなカラーバリエーションがあり、カスタマイズや創造性を広げます。硬度のバリエーションも複数用意されており、用途に応じた柔軟性を選べます。高品質なフレキシブルフィラメントを求めるユーザーに人気です。

FDM技術によるフレキシブルプリントの利点と限界

FDMフレキシブルプリントのメリット

· 多用途性

FDMフレキシブルプリントでは、異なる柔軟性と強度を持つ物品を作れます。ウェアラブル機器、医療機器、ソフトロボティクス部品、機能プロトタイプなど多岐にわたる用途に対応できます。

· カスタマイズ性

設計段階でカスタマイズとイテレーションが容易です。プリント温度、インフィル密度、層厚などのパラメータを調整するだけで、造形物の柔軟性を簡単に変更できます。

このレベルの制御により、プロジェクト仕様に正確に合わせた物品を作れます。高い弾性を得るにも、構造強度のための剛性を加えるにも対応可能です。FDMフレキシブルプリントの適応性と汎用性が向上します。

· 強い層間接着

FDM技術は層間の強固な接着が特徴で、フレキシブル造形物にとって重要です。柔軟性と整合性を保ちながら、層同士がしっかり結合します。頻繁な曲げ・伸縮・変形にも耐えられます。

ウェアラブル機器やソフトロボティクス部品など、想定される応用に耐えられる信頼性と耐久性を実現。FDM技術の強い層間接着がフレキシブルプリントの性能を高めます。

· 扱いやすさ

· コスト効率

· 材料の入手性

FDMフレキシブルプリントのデメリット

· 複雑な形状が困難

フィラメントが柔らかいため、微細なディテールを持つ精巧な形状を正確に再現するのが難しい場合があります。正確なジオメトリを維持できず、複雑な構造が歪んだり均一でなくなったりする可能性があります。

リジッドフィラメントと比べて精度が低く、ディテールが不明瞭になることがあります。高度に複雑・精巧な設計の場合は、期待を調整したり、別の造形手法を検討したりする必要があります。

· ストリングング・オージングの可能性

フレキシブルフィラメントでは、リジッド材料よりもこれらの問題が起こりやすくなります。ストリングングは造形部品間に不要な細いフィラメントが張られる現象、オージングは不要な場所に材料の塊や滴ができることです。

これらの問題は造形品質を低下させ、後処理で余分な糸や塊を取り除く作業が必要になります。リトラクション温度やフィラメント固有の設定を調整することで軽減できますが、完全には防げません。後処理を見込んだ計画が必要です。

· 柔軟性の範囲に限界

· プリント速度の制限

応用例

FDMフレキシブル3Dプリントは、さまざまな産業で数多くの応用があります。機能プロトタイプでは、フレキシブル部品を持つワークングモデルを作り、量産前に設計をテスト・改良できます。

医療分野では、個別の装具・義肢・ウェアラブル医療機器を作り、快適性と柔軟性を実現。自動車ではフレキシブルガスケット・シール・振動緩和部品に使われます。

ロボティクスでは自然な動きを模したソフトロボット部品を生成。ファッション業界ではカスタムアクセサリーや靴、ウェアラブルを作ります。航空宇宙、教育、アート・デザイン分野でも応用があり、耐久性・弾性・カスタマイズ可能な柔軟性が求められるソリューションを提供します。

まとめ

FDMフレキシブル3Dプリントは、プロトタイプ、医療機器、自動車部品、ロボティクス、ファッションなど幅広い用途に対応する柔軟な技術です。カスタマイズと設計の自由度を提供しながら、複雑な形状やストリングング・オージングの課題があります。今後のソフトウェア・ハードウェア・材料の発展により、能力はさらに拡大することが期待されます。