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産業用（業務用）3Dプリンターの利用が広がる製造現場では、フィラメントの選択が造形品質や製品性能を大きく左右します。材質ごとに耐熱性、強度、柔軟性、加工性など特性が異なるため、用途や製品仕様に応じた適切なフィラメントを選ぶことが重要です。この記事では、代表的なフィラメントの種類や特徴、製造業での選定ポイントを詳しく解説します。
フィラメントは、産業用（業務用）3Dプリンターの熱溶解積層法（FDM/FFF方式）で使用される、細長い熱可塑性樹脂材料のことを指します。加熱すると軟化し、ノズルから押し出されて積層された後、冷却して固まる性質を持ちます。直径は1.75mmや2.85mmなどがあり、使用できる径はプリンターによって異なります。素材や径を選ぶことで造形物の特性や仕上がりが変わるため、用途と使用するプリンターの仕様に応じたフィラメント選定が重要です。
3Dプリンター用フィラメントには、用途や造形物の目的に応じてさまざまな種類があります。それぞれの素材は強度、耐熱性、柔軟性、仕上がりなどの特性が異なります。ここでは、PLAやABS、PETG、PCなどの代表的なフィラメントと、その他の材料例を紹介します。使用できる温度や条件は製品ごとに異なるため、具体的な造形では材料メーカーとプリンターメーカーの推奨条件を確認してください。
PLAは植物由来原料を使用した製品もあるフィラメントです。比較的低い温度で造形できる製品が多く、扱いやすい材料として試作やデザインモデルに使われます。造形時の反りが比較的少ない一方、高温環境では変形する場合があるため、使用環境を確認する必要があります。植物由来原料を含むことだけで、造形物の環境負荷や廃棄後の分解性が一律に決まるわけではありません。
ABSは耐衝撃性があり、機能部品や耐久性が求められる造形物に使われるフィラメントです。造形時の冷却収縮によって反りが生じることがあるため、加熱ベッドや囲い付きプリンターが必要になる場合があります。印刷温度や必要な装置条件は製品ごとに異なるため、材料メーカーとプリンターメーカーの仕様を確認してください。アセトンによる表面処理が可能な製品もありますが、対応可否や作業条件は材料の仕様に従う必要があります。
PETGは、耐衝撃性や層間の接着性を備え、比較的大きな造形にも使われるフィラメントです。透明・半透明の製品もあります。一方、造形時に糸引きが生じる場合や、造形面への接着が強くなる場合があります。食品に直接触れる用途では、フィラメントの材質だけで使用可否を判断できません。材料の適合性に加え、造形条件、造形品の表面状態、使用・洗浄条件などを確認してください。
PCは耐熱性や耐衝撃性を備えたエンジニアリングプラスチックです。高い温度での造形が必要な製品があり、反りや割れが生じる場合もあるため、材料に対応するノズル温度やベッド温度、チャンバーの要否を確認します。製品の使用環境に適するかは、耐熱性だけでなく、紫外線、薬品、荷重などの条件を踏まえて個別に判断してください。
HIPS（耐衝撃性ポリスチレン）は、材料やプリンターの組み合わせによって、ABSなどと併用するサポート材として使われます。ナイロン（PA）は耐摩耗性などを生かし、ギアやブッシュなどの機能部品に使われることがあります。また、導電性や耐熱性を高めた材料など、特定用途向けのフィラメントもあります。必要な性能とプリンターの対応状況を確認したうえで選定してください。
製造業で3Dプリントを活用する際は、造形物の使用環境や必要な性能からフィラメントを選びます。耐熱性や耐久性を確認する場合は、材料名だけで判断せず、使用温度、荷重、衝撃、薬品、紫外線などの条件を整理し、材料メーカーが示す物性値や試験条件と照らし合わせてください。
プリンターとの適合確認も必要です。フィラメント径、ノズルの最高温度、ベッド温度、チャンバーの要否、ノズル材質などを、プリンターと材料それぞれの仕様で確認します。繊維や粒子を含む材料では、ノズルの摩耗や詰まりへの対応が必要になる場合があります。
フィラメントの保管状態も造形品質に影響することがあります。吸湿しやすさは材料によって異なるため、材料メーカーが示す保管方法や乾燥条件に従ってください。造形後の表面仕上げや塗装、穴あけなどの加工性、材料費や導入実績も、用途や運用条件に応じて確認しましょう。
参照元：Prusa Research https://help.prusa3d.com/article/petg_2059
参照元：Prusa Research https://help.prusa3d.com/article/food-safe-fdm-printing_112313
参照元：Prusa Research https://help.prusa3d.com/article/drying-filament_332086
参照元：Creality https://www.creality.com/mx/support/creality-ender-3-v3
製造業における3Dプリンター活用では、フィラメントの選定が造形品質や生産効率に関係します。用途に応じて耐熱性、強度、柔軟性、加工性などを確認し、材料とプリンターの仕様が適合するかを検討しましょう。試作から量産まで利用する場合も、各フェーズで必要な性能や造形条件を確認し、必要に応じて材料メーカーや販売代理店に相談することが重要です。
Q. 同じ材質名のフィラメントなら、どの装置でも使えますか？
A.
直径、必要温度、装置の対応材料を確認する必要があります。
材料の名称が同じでも添加剤や乾燥条件が違う場合があります。 材質名だけでなく、フィラメント径、ノズル・ベッドの温度範囲、メーカーの使用制限を確認します。購入前に装置の対応表と材料の仕様書を突き合わせます。
Q. フィラメントを開封後に保管するとき、何を管理しますか？
A.
吸湿しやすい材料は湿度と保管期間を管理します。
印刷不良や強度低下を避けるため、メーカー指定の乾燥条件と密閉保管を守ってください。 吸湿すると造形中の気泡や表面不良につながる材料があります。開封日と保管環境を記録し、品質が変わった場合は指定条件で乾燥して試験片を比べます。
Q. カーボン繊維入りフィラメントを選ぶ前に、装置側で何を確認しますか？
A.
ノズルの耐摩耗性と対応温度を確認します。
材料の剛性が高くても、積層間強度や異方性は別に評価してください。 繊維入り材料はノズルの摩耗や目詰まりも確認項目です。対応ノズル、押出温度、造形後の層間強度を試し、剛性だけで用途を判断しないようにします。
外注待ちの長さ、ブレによるスピードの上げづらさ、大型・耐熱部品の作りにくさは、現場の生産性を下げます。 産業用（業務用）3Dプリンターを選ぶ際には、各課題解決に適した機能特徴を持つ製品を選ぶようにするとよいでしょう。ここでは、主な製造現場の課題別に、おすすめの製品を紹介します。
