最適な 3D プリンターフィラメントを選択するには?

この投稿は Coco Bear によって 2022-9-23 12:15 に最後に編集されました。

はじめに: 純金属で作られた物体の精密な 3D プリントは非常に魅力的なコンセプトです。これは、適切な金属 3D プリンターを使用した場合にのみ実際に可能ですが、高価で、多くの場合、実現不可能です。調査によると、純金属 3D プリントの最低投資額は 50,000 ドルで、通常は 100,000 ドル以上になります。通常、印刷には特殊な材料と、印刷を実行するための非常に高価なプリンターが必要になります。金属に似ているが、金属そのものではない場合は、「ワイヤー」が最適です。これは、金属物体を印刷するために使用できる比較的「経済的な」方法です。

ワイヤーとは何ですか?

△ライオン像はFormfuturaのMetalFil Classic Copperを使用して印刷されました（出典：Formfutura）

金属 3D プリントフィラメントは、基本的には通常のフィラメントに金属が加えられたものです。つまり、通常のデスクトップ FDM プリンター (ただし、特殊なノズルが必要になる可能性あり) で使用できます。金属線には、銅や青銅から鉄やステンレス鋼まで、さまざまな材質のものがあります。ワイヤープリントは強度が高く、鋳造金属に似た外観をしています。印刷物には、研磨などの通常の後処理を施すこともできます。

実際に金属が入ったフィラメントが必要な場合は、「複合」または「金属充填」という用語を検索する必要があることに注意してください。フィラメントの名前に「メタリック」とだけ含まれている場合は、単にメタリックな色や光沢のあるフィラメントを意味しているだけなので、探しているフィラメントではない可能性があることに注意してください。

また、メーカーがフィラメント内の金属の割合を記載している場合でも、その割合が体積によるものか重量によるものかがわかるようにする必要があります。Formfutura の Classic Copper フィラメントには「80% の銅が充填されています」。ただし、指定された密度が 3 g/cm 3 (PLA の 1.25 g/cm 3 と銅の 8.96 g/cm 3 の間) であることを考えると、これは明らかに重量パーセンテージであり、体積パーセンテージは 30% に近くなります。

すべてを考慮すると、埋め込まれた金属の種類や量が異なるさまざまな 3D プリンターフィラメントを提供する企業が数多くあります。 Antarctic Bear は金属フィラメントを金属の体積率順に分類し、調査中に他の 3 つの特性も考慮しました。最高のフィラメントを紹介する前に、金属フィラメントの価格といくつかのヒントを簡単に見てみましょう。

価格

△金属が増えると、通常はお金も増える（出典：Killer Robotics）

前述したように、フィラメントを使用する場合と産業用金属プリンターを使用する場合のコスト差は天文学的です。ただし、金属フィラメントは、金属充填量と種類に応じて、標準フィラメントに比べて少なくとも 2 倍のコストがかかる場合があります。

まず、標準的な PLA または ABS フィラメントは通常 1 kg のスプールで販売されています。金属ワイヤーは、価格を考えるとお買い得に思えることもありますが、通常は 500 グラム以下しかかかりません。さまざまな素材を試したい場合は、低価格の「サンプラー」（100 グラムのコイルなど）を探してみてください。

同様に、どの金属でもフィラメントの密度が増加します。つまり、同じ重さのワイヤーのスプールは、PLA や ABS に比べて予想よりも短くなる可能性があります。南極クマに優しいリマインダー、購入時に長さの仕様を確認してください。

印刷のヒント

△ 金属ワイヤーには特別な設定が必要な場合があります（出典：Formfutura）

フィラメントを使用して印刷を開始する前に、次の点に注意してください。

●真鍮ノズルは金属摩耗により早く消耗するため、ノズルをステンレス鋼、ニッケルメッキ真鍮（熱伝導性向上）、またはその他の硬化合金にアップグレードする必要があります。

●フィラメントは湿気にさらされないように乾燥した涼しい場所に保管してください。金属充填の場合、特にその割合が高いと、フィラメントが脆くなる可能性があるため、慎重に取り扱う必要があります。

●印刷の設定が難しい場合があります。フィラメントに含まれる金属が多くなるほど、良好な印刷を得るための適切な設定を見つけるのが難しくなります。温度、収縮、最初の層の厚さの調整を考慮する必要があります。

話を戻して、以下は Antarctic Bear が調査した金属フィラメントです。ぜひ見に来てください!

1. プロトプラント（10-15%）

△ スチール充填フィラメントの処理前と処理後（出典：Protopasta）

米国を拠点とする Protoplant は、金属 3D プリンターフィラメント市場における初期のプレーヤーの 1 つです。同社のフィラメントブランド Protopasta には、銅、真鍮、青銅を充填した HTPLA (熱処理可能な PLA) と、鋼鉄と鉄を充填した複合 PLA の5 つの金属 3D プリントフィラメントが含まれています。

HTPLA フィラメントの場合、印刷されたオブジェクトを熱処理 (110°C で 10 分) すると、より強く硬くなります。ユーザーは、鉄を充填したフィラメントから印刷されたプリントを磨いて金属を露出させ、その後、水または酢ベースのクリーナーを使用してさまざまな経年変化効果を作り出すことができます。 5 つの材料はすべて主に PLA で構成されており、密度は 1.85 ～ 2.3 g/cm3 の範囲であるため、金属の体積率は 10% ～ 15% 近くになります。

Protopasta は多くの消費者のリストの上位に挙げられ、高品質の印刷を提供できるかもしれませんが、その金属ブレンドにはいくつかの欠点があります。まず、スプールはプラスチックではなく段ボール製です。環境に優しいですが、スムーズに転がらない可能性があります。第二に、フィラメントは脆いので、慎重に取り扱う必要があります。

●価格：1kgあたり70～100米ドル

●糸巻サイズ：100g、500g、2kg

●ノズル温度：185～230℃

ベッド温度: 最大60℃

2. ウズネスト（25-30%）

△出典：Ooznest

英国を拠点とする Ooznest は、RepRap プロジェクトを一般の人々が利用できるようにするための取り組みから誕生し、ホームエンジニアリングを専門としています。 3D プリントや CNC ミリング用の部品、材料、アップグレードを販売することで、ユーザーが必要とするものを何でも小規模生産できるようになります。

Ooznest は、「Penny Copper」と「Vikings Bronze」の 2 つのカラーオプションのフィラメントを提供しています。両方のフィラメント、特に研磨または酸化部分の後処理が推奨されます。これにより、光沢のある未来的な外観から錆びたスチームパンクな美学まで、さまざまな外観を実現できます。

これら 2 本のワイヤの密度はそれぞれ 3.39 および 3.41 g/cm3 であり、金属含有量は総体積の 25% から 30% になります。 Ooznest は、保存期間を延ばすためにスプールを紫外線から遠ざけることを推奨しています。

●価格：1キログラムあたり約72ドル

●スプールサイズ：500g

ノズル温度: 210°C

ベッド温度: 最大60℃

3. フォームフューチュラ（約30％）

△MetalFil 加工を施した花瓶 (出典: Formfutura)

オランダに拠点を置くFormfuturaは、PLAの約3倍の重さがあるという「クラシック・カッパー」と「エンシェント・ブロンズ」の2種類の金属3Dフィラメントを製造・販売している。どちらの材料も PLA をベースとしており、密度は 3.5 g/cm3 近くあります。したがって、各金属の体積割合は約30％です。

●価格：1キログラムあたり約72ドル

●糸巻量：250g、750g、1.5kg

ノズル温度: 215～235°C

ベッド温度: 最大60℃

4. カラーファブ（30-35%）

△出典: Adafruit Industries、YouTube経由

ColorFabb は 2012 年にオランダで設立され、金属 3D プリンターフィラメント製造の先駆者です。同社は2013年に初の商用3Dプリントフィラメントを発売し、 2014年には本物の青銅粉末を配合したBronzeFillを発表しました。これは当時の技術革新でした。

2020 年現在、ColorFabb は、BronzeFill、CopperFill、SteelFill など、金属粉末を混合した高く評価されている金属注入 PLA フィラメントのポートフォリオを持っています。企業が提供するベース材料と密度に応じて、これらのフィラメントには体積比で 30% ～ 35% の金属が含まれます。

これらのフィラメントはすべて、ほぼすべてのデスクトップ 3D プリンターで使用でき、印刷されたモデルは本物の金属物体のような外観と感触を持ちます。レーザー焼結テクスチャと肌の色合い、およびマット仕上げにより、プリントをさらに研磨、サンディング、ヤスリがけして、より洗練された最終外観にすることができます。

●価格：1kgあたり約75ドル

●糸巻量：750g、1.5kg

●ノズル温度：190～220℃

ベッド温度: 55°C

5. ゼタミックス（99%）

△ジルコニアは強度を保ちながらスタイリッシュな美しさを実現（出典：ナノイー）

Nanoeのフランスの製造元であるZetamixは、金属複合材を専門としています。部品が 3D プリントされると、すべての Zetamix 金属材料は「魔法の」ステップを経て、ほぼ 100% の金属含有量に達します。まず、脱バインダーによって金属粒子がバインダーポリマーから分離されます。次に、焼結段階では、部品は炉内で金属の融点よりわずかに低い温度まで加熱されます。

同社の製品ラインには、アルミナ、H13 スチール、または 316L スチールを充填することができ、白と黒の酸化ジルコニウムのバリエーションが用意されています。すべてのオプションは、選択した素材に応じて異なるベースカラーを持つソリッドマットシェードという同様の美観を共有しています。焼結プロセス中に体積が減少するため、最終結果は金属鋳造品の重量と感触に非常に近くなります。酸化ジルコニウムの場合、ナノイーはさまざまなオプションで着色できる特許技術も開発しました。いつか、それらのいくつかがフィラメントの形で現れるのを見る日が来るかもしれません。スプールは直径 1.75 mm と 2.85 mm で提供され、生産ラインから直接真空パックされます。

●価格：1kgあたり約500ドル

●糸巻サイズ：500g、1kg

●ノズル温度：180～190℃

ベッド温度: 最高30℃

BASF ウルトラフューズ 316L (⁓100%)

△ Ultrafuse 316L で印刷された部品は、脱脂および焼結のために送ることができます (出典: MatterHackers)

BASF の Ultrafuse 316L フィラメントや次の製品は印象的ですが、コストや労力の面でも上記のフィラメントと完全に同等というわけではありません。 Ultrafuse 316L フィラメントは 316L ステンレス鋼の割合が高い金属ポリマー複合材ですが、最終製品はほぼ 100% 金属です。

これはどうやって行うのですか?高い強度が求められる工業用部品の場合は、通常の FDM 3D プリンターを使用して自宅で印刷し、追加処理を施すことができます。脱バインダーおよび焼結プロセスを通じて、部品からポリマーが除去され、金属が溶接されて、より高密度かつコンパクトになります。

このフィラメントはステンレス鋼のみで、幅は 1.75 および 2.85 mm です。初期の金属の割合が高い場合、ベッドの接着の問題が発生し、焼結プロセス中に完成した部品が収縮する可能性があります。 MatterHackers は、これらの問題に対処するために、Dimafix 接着剤を使用したガラスプリントベッドを使用し、部品を 120% 拡大することを推奨しています。

●価格：1kgあたり約155ドル

●スプールサイズ：3kg

●ノズル温度：230～250℃

ベッド温度: 100～120°C

7. バーチャルファウンドリ（約100％）

△メタルプリント（出典：The Virtual Foundry、Facebook経由）

Virtual Foundry のフィラメントは、BASF の Ultrafuse に似た製品です。つまり、部品を印刷した後、焼結してすべての非金属材料を除去する必要があります。同社は、いくつかの既製のワイヤーのほかに、業界の要件に基づいてこれまでに 30 種類のワイヤーを開発してきました。標準径のワイヤに加え、同じ材質のペレットも販売しています。金属 3D プリント材料には、アルミニウム 6061、青銅、銅、高炭素鉄、ステンレス鋼 316L などがあります。

●価格：1kgあたり140～500米ドル

●糸巻サイズ：500g、1kg

●ノズル温度：205～235℃

ベッド温度: 40～50°C

8. プリマセレクトメタル

△ これらの素材は研磨すると驚くほどの効果が得られます (出典: PrimaSelect)

スウェーデンの会社 PrimaSelect は、青銅、銅、真鍮の金属充填 PLA を提供しています。フィラメントは、使用されるベースポリマーと非常によく似た形で印刷されます。内径の摩耗を最小限に抑えるために、硬化ノズルの使用を強くお勧めします。結果として得られる表面は、本物の金属の雰囲気が漂う均一な外観を呈します。色は純粋な元素ほど光沢があり銅色ではないかもしれませんが、研磨すると完全に変わります。

Thomas Sanladerer 氏のレビューによると、このミックスはカーテンには非常によく機能しますが、橋には同様には機能しません。金属充填剤は、強度の点で材料の性能を向上させるものではありません。したがって、装飾的なプリントのみに推奨されます。 PrimaSelect では、最終部分を研磨して銅粒子を露出させるために、400 番のサンドペーパーまたはタンブラーの使用を推奨しています。レイヤーの高さが低いほど後処理が容易になることに注意してください。残念ながら、この材料の体積あたりの金属含有量に関する公式データはありません。

●価格：1kgあたり約67ドル

●スプールサイズ：100g、750g

●ノズル温度：210～235℃

ベッド温度: 最大60℃

9. ギズモ・ドークス

△この金属充填フィラメントは非常にリアルな「彫刻」を生み出します (出典: Gizmo Dorks)

信頼できるフィラメントブランドをお探しの場合は、幅広い品揃えと高品質の Gizmo Dorks が最適です。同社は銅と青銅の2 種類の金属充填 PLA フィラメントを提供しています。同社はこれらのフィラメントの金属含有率は 5% であると主張しているが、追加情報がないため、その値が体積を指すのか重量を指すのかは不明である。

美しいモデルを生成し、金属含有量が少ないため比較的扱いやすいフィラメントであり、価格も競争力があります。

●ギズモ・ドークの価格：1キログラムあたり約25ドル

●スプールサイズ：1kg

●ノズル温度：190～225℃

ベッド温度: 最大70℃

10. ブマット

△BuMat の通常の PLA は、金属充填フィラメントに最適な基板です (出典: nicholaswells、Imgur 経由)

BuMat は、柔軟性、高速性、金属充填性など、多様なフィラメントのポートフォリオを持つ米国の製造業者です。 BuMat によれば、同社の金属充填フィラメントは PLA をベースとしており、10% ～ 12% の金属が含まれているとのことですが、これが体積を指しているのか、重量を指しているのかは定かではありません。同社はアルミニウム、青銅、銅の3つのオプションを提供しています。ベースの PLA 素材にはメタリックカラーが注入されるため、印刷物はよりメタリックに見えます。

●価格：1kgあたり約35ドル

●スプールサイズ：1kg

●ノズル温度：180～220℃

ベッド温度: 指定なし

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