使った3Dプリンタフィラメントの開発を行っています。解説・コラム解説・コラム記事一覧PLAのL体とD体についてPLAニート樹脂は、主に分子量とL体/D体比率によりグレード分けされています。この2つで大まかな特性が決まり、さらに添加剤の配合によってより細かな味付けがされている形が多いようです。分子量はどの熱可塑性樹脂にも出てくるのですが、L体/D体比率は他の樹脂にはあまり出てこない概念ですので簡単に整理してみたいと思います。PLAのL体とD体とはPLAの原料である乳酸は炭素原子にそれぞれ異なる分子を持ってい...続きを読むガラス転移点の3Dプリンタ向け解説ガラス転移点とは?一般的に、液体を冷却すると安定な状態をとろうとして結晶をつくります。様々な要因により凝固点を過ぎても結晶化が始まらないことがあります。冷却されつづけると粘度が急激に増加し、ついには液体状態のまま、分子の運動が凍結された状態で固体になります。これが液体のガラス転移といわれる現象です。この液体状態のままで固まった固体は、アモルファス固体、過冷却液体などと言われます。ノズル詰まりなど不具合が起きやすくなります。条件を合わせても造形が毎回安定せず、フィラメントの状態にはずいぶん悩まされている方も多いと思います。吸水の問題は、基本はフィラメントを乾燥させれば解決しますが、手軽に使えるのが3Dプリンタの良さでもあり、毎回3Dプリンタ使用前に長時間乾燥をかけておくのもなかなか難しいこともあるかと思います。3Dプリンタの観点からそもそも樹脂の結晶って何?樹脂は分子がとても長くつながった高分子の鎖でできています。内部構造を見ると、分子の集まり方が密な部分と疎な部分があります。おおざっぱに言うと、密な部分が結晶、疎な部分が非結晶です。結晶部分は分子が折りたたまれる構造になっていて、規則的に分子が配列しているので密度が高くなっています。非結晶部分は分子がだらっと伸びているだけで寄り集まっているわけではないので、密度は高くありま...続きを読むなぜPLAは3Dプリンタで広く使われるのかPLAはあまり一般的にはなじみがない樹脂ですが、なぜ3Dプリンタでは広く使われるのでしょうか。世の中にはたくさんの種類の樹脂がありますが、その中でもPLAがよく用いられる理由は、大きくは以下の3点になるかと思います。収縮率が小さいPLAは液体から固体になる際の収縮率(成形収縮率)がとても小さい素材です。そのため造形精度が高く、元の3Dデータに近い造形品を作りやすいことがあげられます。FDM式の3D...続きを読むPLA樹脂の歴史と現状PLA樹脂開発の歴史PLAは実用化されてからまだ20年ほどで、歴史の浅い樹脂です。PLAは1930年代から研究開発が進められてきました。当時のPLAはまだ実用からは遠く、通常の室温環境下でも加水分解が進行してしまうほど不安定なものでした。ポリマー自体がわずか数カ月の寿命しかなかったため、製品を作ってもすぐボロボロになってしまい、とてもプラスチックとして成り立つレベルではありませんでした。3Dプリンタの観点からABSはスチレン系樹脂で、ポリスチレンの仲間です。古くからある樹脂で、日本では石油化学コンビナートが作られた時期の昭和38年に商業生産が始まっています。アクリルニトリル・ブタジエン・スチレンの頭文字をとって名前が付けられました。ポリスチレン(PS)という樹脂があり、ABSはこのPSの欠点を改善していく中で生まれました。PSの耐熱性を改善するためにアクリロニトリルを共重合したのがAS樹脂(ア...続きを読むプラスチックの耐熱温度とは何かプラスチック製品の裏側に耐熱○○°Cという表示をみることがあります。この耐熱温度というのは何なのでしょうか。何をもって決められていて、耐熱温度を超えるとどうなるのでしょうか?実はプラスチックの耐熱温度に対する定義はありません。用途や樹脂の種類によって変わってくるため、一義的に決めることができないためです。ポリプロピレン食器の場合でも、A社の説明では「ポリプロピレン樹脂の耐熱温度は120°Cです...続きを読むPLAの生分解プラスチックとしての誤解PLAは生分解性プラスチックとして紹介されています。生分解という言葉を聞くと、自然環境で分解されていくことを思い浮かべますが、実は必ずしもそうではありません。PLAの分解は加水分解と微生物分解の2段階に分かれて進みます。1段階目は加水分解です。短期間に加水分解を起こすには温度55°C以上、湿度80%以上の環境が必要になります。溶剤で3Dプリント造形品を表面処理して積層痕をスムージングしたり、ノズルの詰まりを除去したりといったことが行われています。ABSの場合はアセトンが使えるのですが、PLAの場合はなかなかいい溶剤がありません。PLAを溶かす溶剤としてはジクロロメタン、THF(テトラヒドロフラン)、DMF(ジメチルホルムアミド)などがありますが、いずれも危険性が高い溶剤です。個人でも入手可能なため、ジクロロメタンでPL...続きを読むフィラメントの重さ、長さをWEBで計算3Dプリンタ用フィラメントの重さ、長さに換算して表示します。数値を入力して「計算」ボタンを押してください。m(*)ガラス繊維などフィラー添加の...続きを読むホットエンドでフィラメント樹脂もれが起きる理由FDMの3Dプリンタを動かしていてこんな感じにフィラメントの樹脂がもれたことはないでしょうか?ホットエンドでフィラメント樹脂がもれる理由を考えてみたいと思います。ヒートブロックのゆるみ、組み立て不良単純ですが、ヒートブロックがどこかで緩んでいる可能性があります。締め付けていたつもりでも、プリント中の動きや振動、段差に乗り上げたときなどの衝撃などでしだいに緩んでくることが考えられます...続きを読むPLAが加水分解すると3Dプリンタでは何が起きるか加水分解は文字通り水が加わってポリマーが分解していく現象です。PLAは加水分解するといわれますが、具体的に加水分解を起こすと3Dプリンタではどんなことが起こるか考えてみたいと思います。PLA樹脂は、まず植物から得られた糖質を微生物発酵によって乳酸に変換し、環状二量体であるラクチドを作ります。ラクチドをさらに開環重合することによって製造されています。加水分解ではこれと逆のことが起きます。PLAは水分...続きを読むフィラメント交換で3Dプリンタを一時停止させる方法(Simplify3D)3Dプリンタの造形途中でフィラメントの色を変えたい場合があります。いくつかやり方がありますが、G-CODEを使って自動でポーズさせ、止まっている間にフィラメントを交換する方法があります。processingのところに以下を入力します。樹脂の押出では生産性の向上、低コスト化を実現するために速い速度で押出して加工する必要があるのですが、溶融粘度が高い樹脂の場合は生産速度を上げると押出品の表面に肌荒れが発生することがあります。この現象は重度だとメルトフラクチャ、軽度だとシャークスキンと呼ばれています。メルトフラクチャやシャークスキンが発生すると、製品機能や外観を大きく損ねるため不良品となってしまいます。やっかいで大変嫌われる現象です...続きを読む世界のPLA(ポリ乳酸)樹脂メーカーPLA(ポリ乳酸)樹脂メーカー大手さんの情報です。PLAコンパウンドメーカーさんは除いています。LLC)URLhttps://www.natureworksllc.com/ブランド名Ingeo拠点アメリカ前身はカーギルダウ。1997年に穀物大手カーギルと化学大手ダウ・ケミカルが100%バイオ由来原料を用いたポリマー生産を目的に設立したが、コスト面...続きを読む樹脂のコンパウンドとは原料樹脂(ナチュラル樹脂)に顔料、添加剤、他の樹脂などを混ぜ合わせ、新しい外観、物性、機能を持つ樹脂に加工することを「コンパウンド」と言います。世の中には多くのプラスチック製品がありますが、樹脂原料をそのまま成形品にしていることはあまりありません。自動車のバンパーに使われるポリプロピレンは、そのままだと柔らかくて使えませんが、炭酸カルシウムを混ぜ合わせることで硬さが増します。家電製品やAV機...続きを読むPLA樹脂は何に使われている?PLA樹脂は環境意識の高まりから、世界的に見ても年々需要が増えています。PLA樹脂はフィラメント用としては一般的ですが、他にどんなところに使われているのでしょうか。多くPLAが使われている用途はフィルムやシートの分野です。食品などの包装フィルム、包装容器として使われています。PLAは酸素などのガス透過性、水蒸気の透湿性があります。PETボトルでおなじみの樹脂です。PETは結晶化速度が遅いため、当初は成形材料としての普及が遅れました。材としての易結晶化グレードの開発と、プロセスがキーになる延伸技術両方が確立したことで結...続きを読む繊維強化プラスチックの3Dプリント基礎知識FDM式の3Dプリンタは一般的なPLAやABSなどを用いると強度が不足する、耐熱性が低いなどの問題があるため、用途が限定されやすいといわれています。これらの欠点を補なうものの一つが繊維強化プラスチックです。高めることができるため、3Dプリンタの適用範囲を広げることができます。3Dプリンタを繊維強化プラスチックに対応させることで高強度部品を自分...続きを読む2019年に発生したPLA樹脂の世界的需給ひっ迫について近年マイクロプラスチック問題などに端を発する環境への意識の高まりがあり、使い捨てとなる石油系プラスチック代替品に対する需要が世界的に急増しています。バイオベースであるPLA樹脂が代替品の1つになりうると考えられており、商品の包装容器などへの採用が進んでいます。これは好ましいことではありますが、残念ながら供給が急増する需要に追いついていません。2019年夏ごろからPLA樹脂の世界的な需要が急激に...続きを読む樹脂の射出グレードと押出グレードの違い樹脂のデータシートを見ていると、射出用、押出用と書いてあることがあります。これらの違いは何なのでしょうか。押出用の樹脂を射出成型で使うとどうなるのでしょうか。ポリマーは多くのモノマーがつながってできている高分子です。ポリマーの分子量はモノマーがつながっている数が増えるほど大きくなり、分子量が大きくなるほど高分子の鎖の絡み合いが多くなります。一般にPLA樹脂は成形での扱いが難しいと言われていますが、これは成形加工だけでなく、実は前準備など取り扱いにおいても同様です。PLA樹脂は大気から水分を容易に吸収します。気温にも非常に敏感です。他の樹脂よりも乾燥、保管、搬送などには特別に気を付ける必要があります。3dprinting.comフィラメントを使うFDM式の3Dプリンタはダイレクト式、ボーデン式に分類されます。どちらも加熱したホットエンドにフィラメントを押し込んで吐出するというのは同じです。どちらでも同じように見えますが、大きく違いがあります。最近は3Dプリンタが普及してかなり安価な機種も数多く出てきました。フィラメントに合ったノズル材質の選び方プラスチック製品強度を上げるために、よく射出成型ではガラス繊維を添加した樹脂が使用されています。3Dプリンタでもカーボンファイバーを充填したフィラメントが使われるようになってきました。カーボンファイバーを添加すると、一般的に引張強度、曲げ弾性率が上がります。このように特性改善を目的として樹脂に添加される固形分はフィラーと呼ばれます。フィラーは強度を上げる以外にも様々な目的で使用されます。