3Dプリンター材料の技術仕様を徹底解説｜熱可塑性プラスチックから金属・セラミックまで

3Dプリンティングの普及に伴い、材料科学は今後ますます需要が高まる専門分野になると期待されています。「3Dプリンター」と聞くとプラスチックでの造形を思い浮かべる人が多いかもしれませんが、実際に使用できる材料は数十種類、あるいは数百種類にも及びます。

本記事では、代表的な3Dプリンティング材料の技術仕様と特性を詳しく解説します。

熱可塑性プラスチック（サーモプラスチック）

熱可塑性プラスチックは、3Dプリンティングの造形物において最も広く使われている材料群です。以下に、代表的な3種類の特徴を紹介します。

ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）

ABSには以下のような特徴があります。

• 融点は240℃（464℉）。
• 石油由来の素材である。
• 造形面に安定して密着させ、反りや剥がれを防ぐために、ヒーテッドベッド（加熱ベッド）または加熱式の造形チャンバーが必要。カプトンテープを加熱プラットフォームに貼り付けて密着性を高める方法や、テフロン加工のフライパンに似た使い捨てプラスチックトレーを活用するユーザーもいます。
• 頑丈で耐久性の高い造形物を作れる。破損することはあるものの、カーボンファイバーなど他の材料と複合させることで、強度を大幅に向上させることが可能。
• 豊富なカラーバリエーションが揃っている。
• リサイクルや再成形が可能。粉砕（グラニュール化）した後、フィラメントとして再押出しできる。
• PLAに比べて溶融プラスチック特有の臭いが強いため、必ず換気の良い場所でプリンターを運用すること。

PLA（ポリ乳酸）

PLAはABSよりも低い温度で溶融します。主な特徴は以下の通りです。

• 融点は180℃（356℉）。
• コーンスターチやサトウキビなど、再生可能な資源から作られている。
• ヒーテッドベッドが不要。
• 半透明のクリアフィラメントを含む、多彩な色展開がある。
• PLAで造形した物体は、ABSほどの耐久性や強度はない。
• 再生可能資源由来ではあるものの、ABSに比べてリサイクルや再利用が難しい。

ナイロン（ポリアミド）

ナイロンにはさまざまなグレードがあり、その中でも「ナイロン618」は3Dプリンティングでよく使われています。

• 242℃（464℉）で溶融する。
• カプトンテープは不要。ただしABSと同様に端部が早く冷えるため不安定になりやすく、造形プラットフォームから剥がれることがある。
• 推奨温度での造形では有害な煙は発生しないが、換気の良い環境での使用が推奨される。
• ABSやPLAよりも軽量。
• 表面が滑りやすい特性を持ち、スムーズな滑動が求められるジョイントやカラー（軸受部品）に適している。

金属3Dプリンティング用粉末

多くの金属は融点が500℃（1,000℉）を超えるため、金属3Dプリンターは高価であり、取り扱いを誤れば危険を伴う可能性があります。金属粉末自体も高額です。代表的な粉末材料には以下のようなものがあります。

• 金属合金
• チタン合金
• コバルトクローム合金
• ステンレス鋼
• アルミニウム

セラミック・ガラス・食品による3Dプリンティング

3Dプリンティングサービスを手掛けるSculpteoでは、Z Corp社製の3Dプリンターを使用してセラミック造形を行っています。

また、別のメーカーであるShapewaysは、従来のセラミック材料の提供を終了し、代わりに磁器（ポーセリン）を3Dプリンティング用の代替材料として導入しました。

さらに興味深いことに、一部のデザイナーはデスクトップ3Dプリンターを改造（ハック）し、チョコレート、ブロッコリー、ケーキのフロスティングミックスといった食用材料での造形を実現しています。このように3Dプリンティングの可能性は、工業用途にとどまらず、食の分野へも広がりを見せています。