3D プリントで最も広く使用されているプラスチックの 1 つである PLA: 特性、適用シナリオ、製造元!

はじめに: PLA (ポリ乳酸) は、積層造形において最も広く使用されているプラスチックの 1 つです。1930 年に化学者 Wallace Carothers によって発明されました。この材料は、デスクトップ 3D プリンターやより工業グレードのソリューションで使用するために、フィラメントまたはペレットの形で入手できます。市場にある他の多くの材料オプションとは異なり、PLA は再生可能な資源から得られる、より持続可能な熱可塑性プラスチックです。そのため、この素材は登場以来3Dプリントの分野で広く普及し、現在ではさまざまな分野にその用途が広がっています。では、その特徴、印刷の難易度、および適用シナリオは何でしょうか?

PLAの製造と特性
PLA は、トウモロコシのデンプン、キャッサバの根、サトウキビなどの有機的で再生可能な資源から作られています。より具体的には、天然産物を粉砕し、トウモロコシからデンプンを分離し、酸または乳酸モノマーと混合します。この混合物を通して、デンプンはデキストロース（D-グルコース）またはコーンシュガーに分解されます。最後に、グルコースは発酵されて、PLA の基本成分である L-乳酸が生成されます。

△PLAはコーンスターチなどの再生可能な材料から作られています

しかし、実際に生分解性であるかどうかは近年議論の的となっており、この素材の分解性に関して疑問が提起されている。実際、PLA の生分解性に関する質問に答えるのは簡単ではありません。このプラスチックは再生可能な資源から得られますが、生物によって分解されるかどうかは、特定の好気性条件下での分解に依存します。したがって、PLA は工業的に堆肥化されると急速に分解します。そうでなければ、屋外で分解されて、単なるプラスチック汚染物質と化すまでには最長 80 年かかる可能性があります。

この材料のもう一つの特性は、非ニュートン流体であり、せん断速度によって粘度が変化する擬塑性流体であることです。そのため、粘度値は一定ではなく、使用条件によって粘度値が変化します。より具体的には、PLA はせん断減粘性材料であり、せん断速度が増加すると粘度が低下します。次のセクションでは、この材料の使いやすさと、3D プリント材料として使用した場合の主な動作について説明します。

3DプリントにおけるPLA形状
PLA は、FFF 3D 印刷で最も広く使用されている材料の 1 つです。3D 印刷を初めて使用する人は、始めるのが非常に簡単なため、FFF 印刷技術から始めることがよくあります。印刷材料は通常フィラメントの形で提供されますが、ペレットの形で提供されることもあります。材料供給源と溶融システムは PLA の状態（フィラメント押出機またはペレットホッパー経由）に応じて変化しますが、材料と最終部品の特性は同じです。この記事では、この熱可塑性プラスチックの最も一般的な形態であるフィラメント形態の PLA に焦点を当てます。

△PLAは3Dプリントで最も広く使用されている熱可塑性プラスチックの1つです（画像提供：BMI Laboratory）

PLA は、融点が 170 ～ 180°C の半結晶性ポリマーと考えられており、融点が 200 ～ 260°C の ABS フィラメントと比較すると比較的低いです。これにより、加熱トレイや密閉された印刷チャンバーを使用する必要がなくなります。

●材料が適切に冷却されていれば、フィラメントは高速などの印刷パラメータで良好なパフォーマンスを発揮します。

PLA パーツは変形能力が非常に低い傾向があります。

●PLA は他の標準的な熱可塑性プラスチックよりも粘度が高く、注意しないと詰まりの原因となる可能性があることに注意してください。 15 ～ 25°C で保管した場合、フィラメントの保存期間は少なくとも 1 年です。 ABS は、FDM 3D プリントで最も一般的に使用される熱可塑性プラスチックの 1 つです。非常に強度があり、柔軟性があり、反りにくいですが、機械的複雑さが低いパーツには、便利で高速に使用できるため、PLA が依然として推奨されます。

●後処理に関しては、PLA では一般的に複雑な手順は必要ありません。部品を取り外すときに、最初に印刷された層との接着の問題が発生します。したがって、コンポーネントの取り外しを容易にするために、プレート上に特殊な接着剤を使用することをお勧めします。部品の表面状態を改善するために、必要に応じて研磨し、アセトンで処理することができます。サポートを使用する場合は、ピンセットで簡単に取り外すことができ、溶解性のサポート構造を使用する場合は溶解することができます。

3DプリントにおけるPLAの応用
PLA は、3D プリントで使いやすい、入手しやすいプラスチックですが、メリットばかりがあるわけではありません。その特性により、印刷された部品は壊れやすく、弱く、日光や高温に敏感であるため、特に装飾要素、ガジェット、おもちゃの作成には初心者に適しています。

しかし、PLA はメーカーの世界に限定されるものではありません。多くの業界では、この熱可塑性プラスチックを試作などに使用しています。これにより、金型を作成する必要がなくなるため、会社は多額の費用を節約できます。さらに、PLA フィラメントは自動車などの業界でも使用されており、自動車のアクセサリやダッシュボードの特定の部品の作成にも使用できます。

△PLAはメーカーに人気があり、ラピッドプロトタイピングにも適しています（画像提供：Markforged）

PLA はガラス転移温度が低いため、より高い耐熱性が求められる用途には適さないことに注意することが重要です。食品業界などの業界では、この熱可塑性プラスチック製のカップを熱い液体を入れるために使用すべきではありませんが、食品との接触に安全であり、幅広い包装用途に使用できます。

主なメーカーと価格

PLA は FDM/FFF 印刷で最も広く使用されている熱可塑性プラスチックの 1 つであるため、ほぼすべての材料メーカーが自社の製品ラインに PLA フィラメントまたはペレットを提供しています。これらには、Polymaker、Recreus、Smart Materials、BASF が含まれます。 FDM 3D プリンターのメーカーは通常、独自のフィラメントを提供しており、UltiMaker 、Stratasys、Prusa、Zortraxなど、PLA メーカーも多数あります。

PLA フィラメントの価格は、求められる色や特性によって異なり、繊維強化フィラメントなどの混合フィラメントは価格が高くなります。
●標準フィラメントの価格は、一般的に1キログラムあたり20〜70ユーロの範囲です。
●フィラメントよりも加工されていない素材なので、安価に入手できるペレットで印刷できる3Dプリンターもあります。

3D プリントで最も広く使用されているプラスチックの 1 つである PLA: 特性、適用シナリオ、製造元!

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