FFF 3Dプリントの主要材料の1つ——ABS

この投稿は warrior bear によって 2023-3-27 21:12 に最後に編集されました。

ABS 素材は、アクリロニトリルブタジエンスチレンとも呼ばれ、工業用途で非常に一般的に使用される熱可塑性ポリマーです。低温でも高い耐衝撃性があり、軽量部品の製造に適していることで知られています。さらに、ABS プラスチックは 3D プリント市場でも非常に人気があり、PLA とともにこの分野で最も広く使用されている材料の 1 つです。これは FFF 3D 印刷で最もよく見られますが、樹脂原料の形でバット光重合法でも使用できます。
この記事では、主に一般的に使用されているABSフィラメントを例に、ABS材料の製造プロセス、特徴、3Dプリントプロセス、用途、主なメーカー、価格などを紹介します。具体的な内容は次のとおりです。

ABSの製造と特性
ABS は、1990 年頃に開発された、産業用 3D プリンターで使用された最初のプラスチックの 1 つです。このような熱可塑性ポリマーは「ターポリマー」と呼ばれ、3 つの異なるモノマーから合成されたポリマーとして定義されます。この場合、通常はアクリロニトリル、スチレン、ポリブタジエンの重合によって作られ、20% のアクリロニトリル、25% のブタジエン、55% のスチレンが含まれるため、ABS という名前が付けられています。さらに、これらの比率を操作することで、ABS の特性を変えることができます。たとえば、スチレンは ABS に剛性と明るさを与える成分であり、ブタジエンは ABS に耐衝撃性と低温特性を与えます。

△ABSはその特性により産業界で人気のプラスチックとなっている（画像提供：Adreco Plastics）
覚えておくべき重要な点は、ABS は石油から作られているのに対し、PLA はコーンスターチなどのより環境に優しい材料から作られているため、業界の持続可能性の問題の対象となることが多いということです。しかし、PLA は技術的には生分解性であるものの、その分解条件は実際には非常に厳しく、本当に環境に優しいのかどうかという疑問が生じるため、PLA 素材の持続可能性についてはまだ議論の余地があります。
性能面では、ABS 素材は剛性が高く、耐衝撃性が高く、軽量で手頃な価格です。実際、これらの優れた特性により、ABS と PLA は長年にわたって FDM 3D 印刷市場で人気のある材料となっています。さらに、ABS は耐衝撃性だけでなく、耐薬品性や耐熱性も備えているため、より多くの工業用途での使用が促進されます。
3DプリントとABS
しかし、具体的にどのように ABS で印刷できるのでしょうか?フィラメントと樹脂の両方の形式で入手可能ですが、FFF 3D 印刷市場で最も一般的に使用されている ABS にここでは焦点を当てます。直径 1.75 mm または 2.85 mm のフィラメントがあり、さまざまな色があります。 ABS は PLA よりも印刷が難しいですが、耐衝撃性と耐高温性 (-20°C ～ 80°C) があるため、3D 印刷の専門家の間では依然として非常に人気のある素材です。 ABS 素材は不透明で、表面は滑らかでマットな質感ですが、アセトンで処理すると光沢を出すことができます。
ABS の融点はおよそ 200°C なので、推奨される押し出し温度は 230 ～ 260°C です。さらに、加熱されたプリントベッド (80 ～ 130°C) を使用する必要があります。これは、空気に触れると収縮するプラスチックであるため、加熱されたプリントベッド上にない場合、簡単に収縮（または反り）してプレートから落ちる可能性があるからです。大きな部品の場合は、カプトンや接着ラッカーなどの特殊な接着剤を使用することをお勧めします。最後に、密閉された筐体を備えた 3D プリンターを使用することをお勧めします。その理由は 2 つあります。1 つは、ABS プラスチックはユーザーにとって危険な粒子を放出する可能性があるため、ユーザーの安全のためであり、もう 1 つは、ABS を扱う際には温度制御が重要であるためです。 2 つ目は、印刷を成功させるために、特に反り、ひび割れ、剥離 (層の分離) の問題を回避するために、この加熱チャンバーを使用すると温度を一定に保つことができるということです。
△反りを防ぐために加熱されたビルドプレートが必要です。また、PLA（および別の一般的なフィラメントである PETG）などの材料よりも印刷が難しいですが、ABS は他のテクノロジーや安価な熱可塑性プラスチックよりも印刷が簡単です。ただし、前述したように、印刷の失敗を避けるためには、チャンバー、ベッド、さらには部屋全体の温度制御が重要です。また、ABS は空気中の水分を吸収し、印刷が困難になる可能性があるため、乾燥した状態に保つ必要がある素材であることにも留意してください。
印刷サポートに関しては、ABS はトレイと押し出し温度が同じ材料である HIPS で簡単に印刷できます。この物質は、レモンに含まれる化合物から作られた溶剤であるD-リモネンにすぐに溶解しました。ただし、不溶性のサポート材を使用して印刷した場合は、それを除去する必要があり、これは他のフィラメントと同様に切断などの方法で行うことができます。
実際、この熱可塑性ポリマーを使用して印刷する場合、全体的な後処理はほとんど必要ありません。これは、複雑な部品の製造時間を節約できる重要な利点です。ただし、ABS に興味のある方には、さまざまな後処理オプションが用意されています。すでに述べたようにサポートの除去に加えて、よりマットな仕上がりのため塗装も可能です。また、他の素材に比べて加工が非常に容易で、耐久性があるため研磨も可能で、機械加工も可能です。最後に、ABS の一般的な後処理は、アセトン蒸気で平滑化して光沢のある仕上がりを実現することです。
ABS の 3D 印刷アプリケーション<br /> 前述したように、ABS の主な魅力の 1 つは、より技術的な素材であることです。したがって、その用途もより工業的になる傾向があります。例えば、ポリマー射出成形では人気があります。さらに、一般的な用途について言えば、家電製品の分野だけでなく、船体、装飾部品、玩具、有名なレゴブロックにも使用されています。
付加製造におけるその他の一般的な用途としては、プロトタイピング、ギア、さらにはツール作成などがあります。これは、他の一般的な 3D 印刷ポリマーフィラメントよりも物理的ストレスに対する耐性が高いためです。さらに、耐薬品性や耐熱性に加えて電気絶縁性も備えているため、ダッシュボードやバンパーなどの電気部品や自動車部品のハウジングを製造しようとしている人にとっても魅力的です。日光や時間の経過によって変形しないため、屋外での使用にも最適です。
△レゴブロックはABSを使用して作られた多くの製品の一つです
主なメーカーと価格<br /> 最も人気のある 3D プリントフィラメントの 1 つとして、現在多くの大手 3D プリント材料メーカーが ABS フィラメントを提供していると言っても過言ではありません。その中には、有名サプライヤーの Stratasys、中国の Esun、UltiMaker、FormFutura、Innofil3D などが含まれます。さらに、ABS はさまざまな色で提供されており、ブランドやフィラメント自体の特性に応じて、15 ドルから 50 ドルの費用がかかります。
一部の複合糸には ABS に添加剤が加えられていることに注意してください。たとえば、炭素繊維またはアラミド繊維をベースにした ABS 材料は、ケブラーとも呼ばれます。これらの複合繊維は ABS の反り現象を軽減し、より高い精度を実現します。一方、炭素繊維は材料の初期の機械的特性を強化します。これらのハイテク素材は通常、より高価であり、異なる印刷パラメータを必要とします。

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