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丈夫で耐衝撃性のある材料:初心者向けガイド

用途

「靱性」は、物体の強度(壊れやすさ)と延性(変形しやすさ)を組み合わせて考慮されます。その点で、靱性と耐衝撃性は同一のものであり、特に材料科学において、靱性は衝撃に対する部品の耐性を示す指標となります。

靱性と耐衝撃性が重要である理由

多くの場合、靱性は強度に続く重要な機械特性とされます。頑丈な部品では飛散や破壊に至る前に変形が起こり、衝撃に耐える能力も優れています。

丈夫で耐衝撃性のある材料の一般的な用途

丈夫で耐衝撃性のある材料は、生産ラインや製造業において治具、固定具、ツールによく使用されます。たとえばHeineken社では、製造工場での日常的な使用に対して十分な耐久性を備えた部品を作成しています。Ford社でも、ドイツのケルンにあるパイロット工場において、人間のオペレーターや組立ラインにおいて頻繁な使用に耐える必要のある丈夫で耐衝撃性を備えた治具、ツール、固定具を使用しています。また、Gerhard Schubert GmbH社は丈夫な材料を使用して、多目的トップローディング式包装機の部品を作成しています。

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Schubert社は丈夫で耐衝撃性のある材料を使用して、トップローディング式包装機の部品を作成しています

その他に知っておくべきこと

  • Ultimakerの丈夫で耐衝撃性のある材料のポートフォリオには、Ultimaker Tough PLA、ナイロン、TPU 95A、ABSなどがあります

  • ナイロンとTPU材料は、非常に高い靭性が求められる条件で使用されることが多く、靱性が適度なものとしてはTough PLA、ABS、CPE+、PP、PC(白黒)があります

  • 靱性が低い(脆い)材料には、PLA、CPE、PC(透明)があります

  • 炭素繊維材料も、堅さがあるために脆く、丈夫ではない場合が多いです。一方で、ガラス繊維材料は耐衝撃性の面でメリットがあります  

  • 柔軟な材料は、多くの場合、破壊に対する抵抗を備えており丈夫です

丈夫で耐衝撃性のある材料パートナー

Lubrizol

Estane® 3D TPU F70Dは、低温でのセミリジッドShore D 70ポリエテル系TPU(熱可塑性ポリウレタン)であり、高い透明性でUV安定性を発揮します。

Estane® 3D TPU F98Aは、高透過、高速印刷向けShore A 98ポリカプロラクトン系TPU(熱可塑性ポリウレタン)であり、反りや収縮の小さい、優れた機械的特性を発揮します。

「Lubrizol Estane® 3D F70Dは、別の材料であればすぐに脆さが増す低温の環境でも優れた靱性を維持し、屋外にさらされる用途や冷凍環境下の部品において非常に有用です」と、Lubrizol Engineered Polymers社のアプリケーション開発エンジニアであるMiguel Navarro氏は言います。「Lubrizolは、衝撃が繰り返し発生する場合のソリューションも提供しています。Lubrizol Estane® 3D F98Aは、高い破断伸び率があり、衝撃で発生するエネルギーを吸収して発散できる柔軟性を備えた材料です。そのため、他の材料や物体を保護できるので、履き物や自動生産ラインで使用されます。」 

A positioning jig printed with TPU F70D
Lubrizol Estane® 3D TPU F70Dでプリントされた部品
A transparent bottle 3D printed with TPU F98A
Lubrizol Estane® 3D TPU F98Aでプリントされた部品

Jabil社による開発材料

TPE SEBS 1300 95 Aは、変性スチレンブロック共重合体エラストマーであり、XY軸での非常に高い破断伸び(>780%)など独自の特性を備え、優れた衝撃強度および耐摩耗性を実現しています。こうした特性に加え、ゴムのような把持感を実現するTPE SEBS 95 Aは、エンド・オブ・アーム・ツーリング(EOAT)のソフトタッチグリップ、材料保持構造、ブーツ、ストレインレリーフを作成する際の優れた選択肢となっています。

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Jabil TPE SEBS 1300 95Aでプリントした部品

「TPE SEBS 95Aも、湿気を吸収しないという点で他のエラストマーとは異なり、独自の特性を持つ印刷しやすいフィラメントです。こうした特性から、プリント適性が高く、成果物での不備の発生も少なく、層と層の接着性が非常に優れています」と、Jabil社の製品管理および積層造形担当ディレクターであるMatt Torosian氏は言います。

Arkema

3DXFLEX™ TPEは、優れた層接着性を備えたプリントしやすい材料です。軽さ、比類のないエネルギー収支、低温耐久性で高く評価されている、ArkemaのPebax®ポリエーテルブロックアミドエラストマーから作られています。

「Pebax®樹脂は3DXFlex TPEに使用されており、ランニングシューズや滑り止め付きの靴といった条件の厳しい用途において、世界的に名の知られた材料です」と、Arkema社マーケットマネージャーのSteve Serpe氏は言います。「このような用途では、製品寿命への要求が厳しく、収縮サイクルと衝撃というかなり難しい要素が関わってきます。当社ではいろいろと試しましたが、-40°CでのZ軸の測定方向でも、耐衝撃性テストで3DXFlex TPEを破壊することはできませんでした。この並外れた性能がFFF部品で実現できるようになったのです。」

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Arkema 3DXFLEX™ TPEでプリントされた部品
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BASF 3Dプリンティングソリューション

XSTRAND® GF30-PA6は、強化PA6ナイロンフィラメントであり、ガラス繊維が30%使用されています。そのため、ニートABSやナイロンよりも最大で250%強くなっています。

XSTRAND® GF30-PPは、ガラス繊維含有量が30%の強化ポリプロピレンフィラメントです。GF30-PPは強度、耐薬品性、耐UV性に優れています。このフィラメントは吸湿性が低く、スポーツやレジャー用途に最適です。

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A part printed with XSTRAND® GF30-PA6
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XSTRAND® GF30-PPでプリントされた部品

「XSTRAND® GF30 PAとGF30 PPは、独自のガラス繊維強化設計フィラメントに分類され、ユーザーが理想とする優れた剛性、靱性、耐薬品性を兼ね備えています」と、BASF Forward AM社の積層押出ソリューション(AES)営業部長であるRoger Sijlbing氏は言います。「これらの材料を使用し、厳しい環境での高負荷に耐えられるツールをオンデマンドで3Dプリントすることで、効率性を向上できます。業界のエンドユーザーは、XSTRAND®フィラメントを使用して新しいアプリケーションやビジネスモデルを検討することもできます。」

三菱ケミカル社

優れた耐候性、UV安定性、衝撃性能、および剛性を備えた3Diakon™は、屋外用途や、灰の残留が少ないクリーンな燃焼が性能上不可欠な鋳造プロセスにおいて選択するのに最適な材料です。

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三菱ケミカル3Diakon™でプリントされた部品

DURABIO™は、三菱ケミカル社が開発したバイオベースでBPAフリーのエンジニアリング3Dプリンティング材料です。ポリメチルメタクリレート(PMMA)と同様の高い透明度を持つ一方で、より耐衝撃性が高く、耐熱性が向上しているDURABIO™は、ポリカーボネート(PC)とPMMAの間のギャップを埋める材料です。

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三菱ケミカルDURABIO™でプリントされた部品

「DURABIO™は、ポリカーボネート(PC)とPMMAの優れた特性のほとんどを兼ね備えています」と、三菱ケミカル社のセールス&マーケティング担当者であるStefano Bertani氏は言います。「優れた耐衝撃性に加えて、耐UV性と耐傷性は、DURABIO™が多くのMIC(材着材)、高光沢の用途で使用される理由となっている重要な機能です。DURABIO™は、耐傷性、硬度、耐薬品性に関して、PCでは不十分であると広く考えられている特性の問題を克服しています。」

導入を検討されている場合は、丈夫で耐衝撃性のある材料と互換性のあるUltimakerの各種3Dプリンターをご確認いただけます。

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