ABS、ASA、PCで3Dプリントを成功させるための11のヒント

PLAよりも強度が高く、耐熱性に優れたパーツが欲しい場合は、ABS、ASA、ポリカーボネートを検討することになるでしょう。これらのフィラメントはPLAよりもプリントが難しく、より慎重なセットアップと忍耐力が必要で、さらにその挙動を理解する必要があります。手間はかかりますが、厳しい状況でも実際に機能するパーツを作ることができます。覚えておくべき重要な点は、これらの材料を使用する場合、プリント環境の管理が何よりも重要だということです。

ヒント1：高温対応のオールメタルホットエンドを使おう

多くのベーシックな3Dプリンターは、ホットエンド内にPTFEチューブを備えています。温度が約240℃を超えると、このチューブが劣化し始めることがあります。これにより有害なガスが発生し、詰まりが発生しやすくなります。これは、ABS、ASA、特にPCに必要な高温でプリントしようとするとよく発生します。

これらの材料を正常にプリントするには、オールメタルホットエンドが必要です。このタイプのホットエンドでは、PTFEライナーが加熱ゾーンから外れるため、ABS/ASAに必要な270℃、そしてポリカーボネートで必要とされる300℃以上の温度にも安全に到達できます。このアップデートにより、温度が安定して安全に保たれ、常に同じ結果が得られます。

ヒント2：エンクロージャー（囲い）は必須

ABS、ASA、PCはいずれも冷却時に収縮する傾向があります。冷却が急速すぎたり不均一だったりすると、プリントが反り、角がベッドから浮き上がったり、層が分離して層間剥離（デラミネーション）が発生することがあります。これらの問題を防ぐ最も効果的な方法は、筐体を設置することです。筐体はプリンターベッドからの熱を閉じ込め、プリント物の周囲に安定した温かい環境を作り出します。これにより冷却プロセスが遅くなり、内部応力が軽減されます。3Dプリンター筐体を使用する根本的な理由を理解することで、安定したプリント環境を実現する上で筐体が果たす重要な役割をさらに明確に理解することができます。

• ABS/ASAの場合：市販の箱でも、アクリル板などの材料で自作した箱でも、通常はシンプルな箱で十分です。十分な熱を閉じ込めるので、ほとんどの反りやひび割れを防ぐことができます。
• ポリカーボネート（PC）の場合：PCは、より高温で、より制御された環境下で成形すると、大きな効果を発揮します。特に大型部品の場合、最良の結果を得るには、50～70℃の一定温度を維持できる加熱チャンバーが最適です。これにより、部品の優れた機械的特性と最小限の反りを確保できます。

ヒント3：適切なベッド素材を選び、常に加熱しておこう

最初の層の良好な接着は非常に重要です。これらの先進的な材料は、モデルのベースが急速に冷却して収縮したり剥がれたりするのを防ぐため、高温のプリントベッドが必要です。

• ベッド温度は、ABSとASAでは通常100～110℃です。

• ポリカーボネートの場合は、通常さらに高いベッド温度が必要で、多くの場合110～130℃です。

造形面の種類も重要です。接着剤付きのガラスを使用する人もいますが、他の表面の方がより信頼性の高い接着が得られる場合があります。

• PEIシート：PEIシートは人気のある選択肢で、滑らかな仕上げとテクスチャ加工が施された仕上げがあります。高温時には良好な接着性を示し、冷却後はパーツが容易に剥がれることがよくあります。

• Garolite（G-10）シート：優れた接着性と耐久性を備え、エンジニアリンググレードのフィラメントに適しています。

ヒント4：フィラメントは徹底的に乾燥させる

多くの高性能フィラメントは吸湿性があり、空気中の水分を吸収します。特にポリカーボネートは吸湿しやすく、ABSやASAも影響を受けます。フィラメントが「濡れている」場合、ホットエンド内で水分が蒸気に変化し、押し出されたプラスチックに気泡が発生します。その結果、印刷物は脆く脆くなり、表面仕上げが悪くなり、糸引きがひどくなり、印刷品質が低下します。

印刷前にフィラメントを乾燥させることは非常に重要です。専用のフィラメント乾燥機は投資する価値があります。

• 乾燥ガイドライン：通常、ABS/ASAは約65℃、PCは70～80℃で少なくとも4～6時間乾燥させます。
• ベストプラクティス：PCのような非常に繊細な素材の場合は、フィラメント乾燥機から直接印刷することで、印刷プロセス全体を通して乾燥状態を保つことができます。

ヒント5：ブラームやラフトで反りを防ごう

筐体と加熱ベッドによって制御された環境であっても、鋭角な角やベッドとの接触面積が小さいパーツは浮き上がる可能性があります。ブリムやラフトなどのスライサー設定が役立ちます。

• ブリム：モデルのベースの周りに複数のフィラメントラインを追加し、ベッドとの接触面積を増やします。これにより、エッジが固定されます。ほとんどのパーツでは、10～20ラインのブリムが適切な初期設定です。

• ラフト：細長い物体など、反りやすいパーツには、ラフトがより堅牢なソリューションとなります。ラフトとは、最初に厚いフィラメントのベースを印刷し、その上にモデルを印刷するものです。これにより、モデルに安定した土台が生まれます。

ヒント6：温度タワーで最適なノズル温度を見つけよう

フィラメントメーカーは 推奨温度範囲を提供していますが、最適な温度はブランドや色によって異なります。温度タワーモデルを印刷することで、新しいスプールごとに最適な押し出し温度を見つけることができます。このモデルは異なる温度でセクションを印刷するため、層の密着性、表面品質、糸引きなどを確認できます。一般的には、表面がきれいで強度の高いパーツが得られる最高温度を探します。

開始温度範囲：ABS/ASAの場合は240～260℃、ポリカーボネートの場合は270～310℃から始めてください。

ヒント7：冷却ファンの使い方をマスターする（ヒント：電源をオフにする）

PLAをプリントする場合、パーツ冷却ファンの重要性はよくご存知でしょう。一方、ABS、ASA、PCでは、パーツ冷却ファンが故障することがよくあります。ファンによる急激な冷却は、特定の領域の温度低下を引き起こし、レイヤーの分離やパーツの強度低下につながる可能性があります。

これらの材料のほとんどをプリントする場合は、プリント全体のパーツ冷却ファンを0%に設定してください。ヒント2で説明したように筐体をセットアップし、ゆっくりと均一に冷却することで、レイヤー間の強固な接合を実現できます。このルールは、オーバーハングが大きいモデルや、積層時間が非常に短いモデルでは適用されません。これらのモデルは、硬化を早めるために特別な処理が必要です。非常に低速のファン速度（10～25%）が使用される場合もありますが、使用しない方がよいでしょう。

ヒント8：レイヤー密着を高めるために速度を遅く設定しよう

多くの場合、印刷速度は速めにしたいものですが、エンジニアリング製品の場合、印刷物の品質と強度がより重要です。30～60mm/秒の印刷速度であれば、各層が適切に溶融し、下の層と結合する時間が長くなります。これにより、層間の接合が強固になり、パーツ全体がより強固になります。

ヒント9：プリント後はゆっくり冷却しよう

印刷が完了したらすぐに取り出したくなるかもしれませんが、そうするとパーツが反ってしまう可能性があります。高温になったパーツを急に冷たい室温にさらすと、熱衝撃を受ける可能性があります。印刷が完了したら、プリンターのヒーターをオフにしますが、筐体は閉じたままにしてください。パーツとベッドが室温まで徐々に冷めるまで待ちます。パーツは冷えるにつれて自然に剥がれることがよくあります。

ヒント10：有害ガス対策をしっかりと

安全は重要です。 ABS樹脂やASA樹脂を印刷すると、スチレン（VOC）が放出されます。これは強い臭いがあり、刺激を与える可能性があります。

• 最適な対策：ファンとダクトを使用して、プリンター筐体から発生する蒸気を直接屋外に排出します。

• 代替案：筐体内に活性炭フィルターとHEPAフィルター（BentoBoxなど）を設置し、空気をろ過します。

• 最低限：部屋の換気を十分に確保します。

ヒント11：強度最優先なら後処理（アニーリング）も検討しよう

最大限の強度と耐熱性が必要なパーツには、アニール処理が効果的です。この熱処理プロセスは、印刷中に発生した内部応力を軽減するのに役立ちます。パーツをアニールするには、対流式オーブン内で砂の上にパーツを置き（パーツを支え、たわみを防ぐため）、ガラス転移温度よりわずかに低い温度で約1時間加熱します。その後、オーブン内でゆっくりと冷却します。これにより、パーツの機械的特性が大幅に向上します。ご使用のフィラメントのブランドに応じたアニール温度を必ず確認してください。

素材特有のヒント：ニュアンスが重要

これらの一般的なヒントは3つの素材すべてに当てはまりますが、それぞれに独自の特性があり、それぞれ異なるアプローチが必要です。

ABS

これは、多くの方が最初に試す高度な素材です。PEIシートへのベッド接着に関しては3つの中で最も耐性がありますが、最も目立つ臭いが発生します。特にガラスベッド上で最高の接着性を得るために、ABSフィラメント のスクラップをアセトンで溶かした「ABSスラリー」を作成し、それをビルドプレートに薄く塗布する人もいます。

ASA

ASAはABSの改良版と考えてください。反りにくく、一般的にプリントしやすい素材です。主な利点は優れた耐紫外線性で、長期間日光にさらされても脆くなったり黄ばんだりしません。そのため、屋外で使用されるあらゆる機能部品に最適です。

PC（ポリカーボネート）

ポリカーボネートは難易度がかなり高く、初心者にはおすすめできません。この素材はミスを許しません。最も重要なルールは、フィラメントを完全に乾燥させておくことです。乾燥ステップを決して省略しないでください。可能な限り高温で安定した環境で印刷する必要があるため、加熱チャンバーの使用を強くお勧めします。PEIシートで十分な接着力が得られない場合は、Magigoo PCのような特殊な接着剤を使用して最初の層を固定する必要がある場合があります。

まとめ：高性能フィラメントを成功させよう！

ABS、ASA、ポリカーボネートを使った印刷はPLAよりも多くの準備が必要ですが、その結果は努力に見合う価値があります。適切な機材（オールメタルホットエンド、筐体、加熱ベッド）に加え、フィラメントの保管と環境管理には細心の注意が必要です。習得は難しく、安全性も重要ですが、これらの素材を使用することで、実際のストレス、熱、屋外環境に耐える機能的な部品を作成できます。趣味の印刷からエンジニアリンググレードの素材への移行により、プリンターは実際の問題を解決するためのツールへと変貌を遂げます。