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LW-PLA

  • systeminnnakagomi
  • 3月14日
  • 読了時間: 9分

皆さま、こんにちは！2月に新たに入社した社員で、イリヤと申します。これから皆さまのお役に立てるよう努めてまいります。現代社会において、3Dプリントの重要性は過大評価することは難しいです。3Dプリント技術は、プロトタイプの製造や部品の生産から教育分野、さらには医療に至るまで、さまざまな分野や生活のあらゆる側面でますます広く応用されています。AIの発展や他の分野における科学技術の最新の進歩により、3Dプリントは驚異的なスピードで品質を向上させ、進化し続けています。

しかし、3Dプリントについて語る上で本当に重要なのは、私たちが使用する機械や先進的なプリント技術の重要性にもかかわらず、使用される材料もまた重要な位置を占めており、それを無視することはできません。陶芸家がどんなに熟練していても、どんなに新しく技術的な陶芸用のろくろを使用していても、良質な壺を作るためには粘土も同様に重要です。このような考えを弊社は3Dプリント用のフィラメントに対しても持っております。そのため、本日は弊社が新たに導入し、成功裏にテストを行った新しいプリント材料をご紹介したいと思います。


フィラメントについて少し

今日は、オランダの企業 ColorFabb が製造したフィラメント、LW-PLA をご紹介します。この企業は、3Dプリント用の高品質なフィラメントで広く知られています。

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LW-PLAとは？

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LW-PLA (Lightweight PLA) は、ColorFabb が開発した革新的なフィラメントです。このフィラメントは、アクティブ発泡技術（active foaming technology）を活用しており、プリント中に膨張する特性を持っています。

  • 発泡のプロセス: このフィラメントを加熱すると発泡反応が始まり、体積が増加します。これにより、軽量でありながら丈夫な構造を作り出すことができます。

  • 特性の調整: 膨張は、プリント温度や押出速度を調整することで制御可能です。これにより、プリントモデルの重量、密度、表面の質感をカスタマイズできます。


用途

この技術は、プリントの品質を維持しつつ重量を軽減するために特別に開発されました。そのため、構造の軽さが重要な分野で特に有用です。例えば：

  • ドローンの製造

  • 飛行機モデルの製作

  • コスプレ用アクセサリーの作成

LW-PLA は、これらの分野でその利点を存分に発揮します。

 

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主な利点:

1.    大幅な重量の軽減

発泡能力により、通常のPLAと比較してモデルの重量を大幅に軽減できます。

2.    材料の節約

発泡によるフィラメントの体積増加が生産コストの削減につながります。

3.    テクスチャの多様性

プリント温度と速度を調整することで、さまざまな表面テクスチャを得ることができます。

優れた層間接着

発泡中に層がしっかりと接着し、モデルをより強固にします。


アクティブ発泡について

アクティブ発泡LW-PLAは、他のフィラメントと一線を画す特徴的な性質です。加熱されると、フィラメント内で発泡反応が起こり、モデル内部にセル構造が形成されます。この反応により、フィラメントは元の状態と比べて最大250%まで体積が増加するため、押し出し係数を減らしても体積を維持することが可能になります。

  • 発泡は通常210～260℃の温度で発生します。

  • 温度を上げると発泡が促進され、材料の密度が低下し、モデルが軽くなります。

  • しかし、温度が高すぎると過度に発泡し、ディテールやモデルの強度が低下する可能性があります。

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メーカー推奨設定

ノズル温度:

  • 低温 (210～220℃)： 発泡が少なく、密度と強度が高い

  • 高温 (250℃)： 発泡が多く、軽量になるが強度が低下

ベッド温度:

  • 推奨範囲：40～60℃

  • LW-PLAは加熱されたベッド (約50℃) に良く接着します。モデルがベッドにしっかり固定されない場合は、スティックのりを塗るか、よりテクスチャーのある（ざらついた）表面を使用してください。

印刷速度:

  • 推奨範囲：30～60mm/s

  • 最適な速度は30～40mm/s。これにより発泡プロセスをより適切にコントロールできます。速度が速すぎると、発泡の急激な進行による押し出しの不安定さが生じる可能性があります。

レイヤー高さ:

  • 推奨範囲：0.1～0.3mm

  • レイヤー高さが小さいほど精度が高くなるが、印刷速度は遅くなる。レイヤー高さが大きいほど精度は下がるが、印刷速度は速くなる。

 

リトラクション設定:

  • リトラクション距離: 

    • ボーデン方式：3～6mm

    • ダイレクトドライブ方式：1～2mm

  • リトラクション速度：20～40mm/s

    アドバイス: LW-PLAは糸引きが発生しやすいため、慎重に調整してください。

冷却:

  • ファン速度：0～50%

  • 発泡をコントロールするために、ファン速度を最小限にするか、完全にオフにすることを推奨します。


成功するプリントのためのヒント

1.    温度を試す

210℃から始めて、重量と品質の理想的なバランスを見つけるために徐々に温度を上げてください。

2.    材料の供給量を減らす

発泡による体積増加により、押し出し量を20～50%減らすことが可能です。

3.    軽量なパーツには低いインフィルを使用

構造強度がそれほど重要でない場合、インフィルを10～20%に設定するとよいでしょう。ただし、アクティブ発泡によるモデルは、標準的な密度構造を持つモデルよりも強度が低くなる可能性があるため、モデルの機能要件に合わせて印刷設定を選択してください。

4.    後処理

LW-PLAで作成したモデルは、研磨、塗装、ポリッシュが可能で、プロフェッショナルな仕上がりを得ることができます。発泡構造のおかげでLW-PLAは研磨しやすく、特にディテールの多いモデルに適しています。

5.    LW-PLAの理想的な用途

LW-PLAは非常に汎用性が高く、その軽量な特性から次の用途に適しています：

o   ラジコン飛行機やドローン： 重量を減らすことが重要な航空機モデルに最適です。

o   コスチュームや小道具： LW-PLAは軽く、塗装が容易なため、コスプレ用の装備に適しています。

o   建築モデル： 軽量なため、大型モデルを作成しても重くならず、輸送や展示が容易になります。


一般的な問題と注意点

  • 過度な発泡


    プリントが過剰に発泡してディテールが失われている場合は、印刷温度を下げてみてください。5℃ずつ小さく調整しながら、理想的な質感に達するまで試行錯誤を繰り返してください。


  • 糸引きや滴り


    LW-PLAはその発泡特性のため、糸引きが発生しやすくなります。引き戻し距離と速度を調整することで改善できる可能性があります。また、印刷温度をわずかに下げることでも効果があります。糸引きのテストを複数回実施し、最適な設定を見つけることをおすすめします。


  • 押し出し不良


    押し出しに不均一性が見られる場合、フィラメントの急速な膨張が原因の可能性があります。印刷速度とフロー率を下げることで、より安定した結果が得られます。また、エクストルーダー内に異物や詰まりがないかを確認してください。


よくある質問

1.    LW-PLAはどの3Dプリンターでも使用できますか？

はい、210～260℃の温度に達することができるFDM方式の3Dプリンターであれば使用可能です。ただし、ダイレクトドライブ式エクストルーダーを搭載したプリンターの方が、より安定した印刷が期待できます。

2.    このフィラメントを使用すると、どの程度の軽量化が可能ですか？

軽量化の度合いは、印刷設定（特に温度とフロー率）に依存します。最大限に発泡させることで、通常のPLAと比較して最大60%の軽量化が可能です。

3.    LW-PLAは生分解性がありますか？

LW-PLAは通常のPLAと同様に生分解性プラスチックであり、工業的な堆肥化条件下では分解可能です。ただし、自然環境下での分解は困難です。

4.    LW-PLAは機能部品に使用できますか？

LW-PLAは装飾用や軽量化が重要な部品に適していますが、一般的なPLAやPETGに比べて強度が低いため、機能部品にはあまり適していません。


会社でのテスト

以前にメーカーから提供された特性や特徴を説明しましたが、最近、当社にてこのフィラメントで、独自のテストを実施しました。

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テスト対象:

  • LW-PLA イエローカラー 1.75mm

  • 使用した3Dプリンター: FLSun S1 Pro

  • スライサーソフト: FlsunSlicer 2.0 (V2.02)

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テスト内容

5×5cmの小型キューブを印刷し、200～250℃まで10℃ずつ温度を上げながら、壁厚の測定および表面の変化を観察しました。

  • Flow Ratio: 0.98

  • 印刷速度: 60mm/s

  • Travel速度: 印刷には影響しないため変更なし

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テスト結果

  • 200～220℃：壁厚は徐々に増加

  • 230℃：壁厚が突然約2倍に増加

  • 240℃：壁厚の増加はわずか

  • 250℃：壁厚に変化は見られなかったが、表面のテクスチャに若干の変化を確認

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温度 (°C)

壁の厚さ

200

0.4

210

0.42

220

0.47

230

0.7

240

0.8

250

0.8


第2段階テスト

次に、前回のテスト結果をもとに、温度とFlow Ratioを同時に調整して、壁厚や表面のテクスチャの変化を検証しました。


特に230℃でFlow Ratioを調整し、フィラメントの挙動をより明確に観察しました。

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➡️ 230℃でFlow Ratioを調整すると、壁厚が安定し、表面のテクスチャはより多孔質になったことが確認できました。

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船のモデルの印刷

私たちは、前回のテストで使用した設定を使って、小さな船のモデルを印刷しました。

  • 温度: 230℃

  • Flow Ratio: 0.47

写真を見ると、特に難しい場所や細かいディテールの部分にプラスチックが過剰に積もっていることが確認できます。LW-PLAは加熱されると膨張するため、細い線や鋭い角などのディテールがぼやけることがあります。膨張によって壁の厚さや層の予測が難しくなりますが、それでも、通常のPLAで印刷した同じ船のモデルと比べて、重量はほぼ半分に減少しました。

通常のPLAとLW-PLA
通常のPLAとLW-PLA

翼のモデルの印刷

次に、私たちは飛行機の翼のモデルをプリンターで印刷することにしました。前回のキューブを印刷したのと同じ設定を使用しました。結果として、飛行機の翼は、表面に独特な多孔質の構造が見え、素材の柔軟性が高く、当然ながら驚くべき軽さもありました。翼の重さは17グラムでした。

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飛行機の翼は以下のサイトからデータをダウンロードしました:


その後、同じ翼のモデルを通常のPLAで印刷し、プリンターの通常設定を使用しました。これにより、速度制限を人工的に設ける必要がなくなったため、印刷時間が大幅に短縮されました。

表面はまったく異なる構造を持ち、また、素材はそれほど柔軟ではなく、はるかに硬く感じました。

通常のPLAで印刷した翼の重さは60グラムで、これはLW-PLAと比較して3.5倍重いことになります。

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結論


このようにして、私たちはLW-PLAを理解することができました。温度やFlow ratioの変更によって壁の構造や厚さがどのように変化するかを確認しました。しかし、より正確な依存関係を確立するためには、さらなるテストが必要になるかもしれません。また、このフィラメントでは温度が非常に重要であり、そのため、結果は部屋の温度や使用するプリンターによって異なる可能性があります。


LW-PLAは小さな部品にも使用できますが、温度、速度、冷却の設定が慎重に調整される必要があります。しかし、このフィラメントは大型の装飾的または軽量なオブジェクトに最適です。


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