プリンターに正しく供給するための4種類の一般的なフィラメントガイド

現在入手できるFDM 3Dプリンティング材料には、わずか数年前、ABSが基本的に唯一の選択肢だった頃と比べて、数え切れないほど多くの種類やバリエーションがあります。それらすべてを一つのガイドにまとめるのは、読む側にとっても、編纂・執筆する側にとっても、非常に膨大な作業になります。 

そこで今回は、現在最も一般的に使用されている4種類の材料、PLA、ABS、PETG、TPUに焦点を当てます。 

このガイドの目的は、3Dプリンター愛好家である皆さんに、これらの材料の組成や特性、一般的なプリント設定や用途について、より深く理解してもらうことです。 

このガイドでは、材料の概要、3Dプリンティング内外での用途、材料の物理的特性、推奨プリント設定、そして各材料の長所と短所を解説します。 

その結果、使用する材料や印刷方法、使用するタイミングについて推測する必要がなくなり、可能な限り最良の3Dプリンティング体験を実現できます。 

免責事項

これは、これら4種類の材料についてさえ、決して包括的なガイドではありません。特定の材料の組成や添加剤に関する業界標準は存在しないため、特性のばらつき（同じメーカーの製品であっても）は一般的です。そのため、材料特性やプリント設定は一般化されたものであり、実際の結果は異なります。

そして、始める前に「食品安全」材料について最後に一言述べておきます。この著者の個人的な見解では（十分に慎重を期して）、FDM 3Dプリンティング材料はどれも「食品安全」と見なすべきではありません。 

一部のFDM材料の基礎化学成分が「FDA承認」である場合でも、食品に安全な成分や、材料が通過する3Dプリンティング機器が使用されていることを保証する政府の安全規制は、これらの材料や添加剤に対して存在しません。  

さらに、FDM 3Dプリンティングの特性上、3Dプリント品には隙間や割れ目、穴が数多く生じます。そのため、食品の粒子や残留物が物体内に閉じ込められ、適切に洗浄するのが非常に困難、場合によっては不可能になります。時間が経つと、細菌やウイルス、カビが増殖する可能性があります。その結果、少なくとも急いでトイレに駆け込むことになったり、最悪の場合は入院することになったりします。 

さて、前置きはこのくらいにして、始めましょう。 

JGMAKERフィラメントの導入： https://www.jgmaker3d.com/collections/filament 

PLA – ポリ乳酸 

概要

PLAは現在、最も人気のある3Dプリンティング用フィラメントです。その主な理由は、トウモロコシやサトウキビなど、主に有機資源を利用して低コストで製造できることにあります。他のFDMフィラメントの種類と比べて、色や添加剤の種類が最も豊富です。また、扱いやすいフィラメントの一つでもあり、比較的低い温度を幅広く使用して優れた結果が得られます。多くの場合、ヒートベッドや筐体も必要ありません。

JGMaker PLA　対応： 

https://www.jgmaker3d.com/collections/filament/products/3d-printer-pla-filament

3Dプリント以外での用途

PLAは、3Dプリンティング以外での用途は限られています。乳酸に分解して、時間の経過とともに溶解する医療用インプラントに使用できます。また、使い捨ての梱包材としても利用できます。 

3Dプリントでの用途

PLAは、模型製作や低負荷の機械部品に最適です。低いガラス転移点、低い耐候性、脆さのため、高温・高湿度または高負荷の環境ではあまり使用されません。しかし、「ロストPLA鋳造」では広く使用されており、3Dプリントした造形物から鋳型を作り、その後PLAを溶かして除去します。これは「ロストワックス鋳造」とよく似ています。 

特性

印刷性：簡単

強度：中

密度：1.24 g/cm³

柔軟性：低い

脆さ：高い

耐久性：中程度

研磨性：低 – 添加剤による

変形：最小限—ベッドから浮き上がったり、オーバーハングで反り返ったりすることがあります
収縮率：0.2～0.25%

糸引き：低 – 添加剤と冷却による

ガラス転移点：55～60c

耐候性：低い。紫外線、熱、湿気の影響を受けやすい。

発煙：最小限（添加剤によって異なります）。

溶剤：酢酸エチル、プロピレンカーボネート

生分解性：最適な条件下であり

吸湿性：中程度

食品安全性：一般的になし 

印刷設定

ノズル温度：180～230c

ベッド温度：オフ～50c

冷却ファン：50～100%

エンクロージャー：なし

造形面：ブルーテープ、PEI、ガラス、スティックのりなど

印刷速度：推奨30～90 mm/s

ダイレクトドライブ式エクストルーダー：はい

ボーデン式エクストルーダー：あり 

バリエーション

PLAには、単純な着色以外にも非常に多くの添加剤が配合されています。例として、蓄光、木材、金属、カーボンなどがあります。その他の添加剤によって、PLAの強度、柔軟性、耐久性を高めることもできます。これらのバリエーションはすべて、印刷温度、ベッド温度、速度、発煙、吸湿性、生分解性などの特性に影響を与える可能性があります。 

保管

適切に保管すれば長い保存期間を保ち、吸湿性は比較的低いものの、直射日光を避け、涼しく乾燥した場所に保管することが推奨されます。 

長所

PLAは、現在市場に出回っている3Dプリンティング用フィラメントの中でも、最も扱いやすく安価なものの一つです。豊富な色と添加剤の種類に加え、印刷のしやすさにも優れているため、非常に汎用性が高く、楽しく扱える材料です。 

短所

脆さ、低いガラス転移点、低い耐候性のため、PLAは屋外、湿気の多い環境、または高負荷用途には適した選択肢とは考えられていません。

 

 ABS – アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン 

概要

ABSは産業用および個人用3Dプリンティングで初期から使用された材料の一つで、当時最も人気のあるプラスチックでした。しかし、追加の材料が登場すると、人気は低下しました。ABSはアクリロニトリル、ブタジエン、スチレン（略称：ABS）から作られており、これらはすべて化石燃料から生成される炭化水素です。反りが大きく、加熱ベッドとチャンバーが必要で、刺激臭があり、収縮も大きいため、扱いがやや難しい3Dプリンティング材料です。  

3Dプリント以外での用途

ABSは非常に一般的な射出成形プラスチックとして、産業界で広く使用されています。高いガラス転移点、耐候性、耐久性、適度な柔軟性を備えているため、自動車部品、キッチン家電、LEGO製品、医療機器など、非常に幅広い用途があります。  

3Dプリントでの用途

ABSは、平均以上のUV耐性と耐候性、強度と耐久性を備え、柔軟性も中程度であるため、モデル、交換部品、屋外用途に最適です。研磨、接着、塗装への適性も高く、用途と実用性をさらに広げられます。 

特性

印刷性：中

強度：中

密度：1.01 g/cm³

柔軟性：中

脆性：低

耐久性：高

研磨性：低 – 添加剤による

変形：中程度 – ベッドから剥がれやすく、印刷中に反り、層間で分離しやすい
収縮率：0.8%～8%

糸引き：低 – 添加剤と冷却による

ガラス転移点：約105c

耐候性：中程度 – UV、熱、湿気に耐性あり

煙：中程度 – 刺激臭があり、有害な可能性のある煙

溶剤：エステル、ケトン（アセトン）、クロロホルム、二塩化エチレン

生分解性：なし

吸湿性：中程度

食品安全性：なし 

印刷設定

ノズル温度：210～250c

ベッド温度：50～100c

冷却ファン：0%

エンクロージャー：推奨 – 温度を調整し、反りを防止

造形面：カプトンテープ、ABSスラリー

印刷速度：40～60 mm/s推奨

ダイレクトドライブ式エクストルーダー：はい

ボーデン式エクストルーダー：あり 

バリエーション

ABSには、単純な色付け以外にも非常に多くの添加剤が加えられています。例として、色変化、蛍光、蓄光、ポリカーボネートなどがあります。その他の添加剤によって、ABSの強度、柔軟性、耐久性を高めることもできます。これらのバリエーションはすべて、印刷温度やベッド温度、速度、煙、吸湿性、生分解性などの特性に影響を与える可能性があります。 

保管

適切に保管すれば長い保存期間を保てます。吸湿性は中程度ですが、直射日光を避け、涼しく乾燥した場所で保管することをおすすめします。 

長所

ABSは3Dプリントで利用できる素材の中でも特に耐久性が高く、モデルから屋内外の機能部品まで、幅広い用途に使用できます。 

短所

反りや収縮が中程度に発生し、加熱ベッドと推奨チャンバーが必要なABSは、印刷がより難しい素材です。刺激臭があり、有害な可能性のあるにおいも伴うため、用途によっては最適な選択肢ではない場合があります。

 PETG – ポリエチレンテレフタレートグリコール 

概要

PETGは、グリコールを添加したPETです。印刷しやすく、発生する煙も少ないため、ABSより優れた代替品と見なされることがよくあります。ABSと同様に、PLAより耐久性と柔軟性に優れていますが、温度管理用のチャンバーは必要なく、ABSほど反りません。ただし、良好な接着には加熱ベッドが必要で、通常はABSほど高温にする必要はありません。 

3Dプリント以外での用途

PET（グリコールなし）は職場で一般的に使用されるプラスチックで、水筒、衣類用繊維、食品容器の製造に広く使われています。一方、PETG（グリコール添加）は、透明度を高め、脆さを軽減し、印刷しやすくするために特別に添加されたもので、3Dプリント以外ではあまり一般的ではありません。 

3Dプリントでの用途

PETGは、モデルや交換部品、一部の屋外用途に最適ですが、UV耐性があるとは見なされていません。ただし、PLAより耐候性が高く、平均以上の強度と耐久性を備え、柔軟性は中程度です。 

特性

印刷性：簡単

強度：中

密度：1.23 g/cm³

柔軟性：中

脆性：低

耐久性：高

研磨性：低 – 添加剤による

変形：低～印刷中の反りやカールは最小限
収縮率：約0.8%

糸引き：中程度

ガラス転移点：約80℃

耐候性：中程度～熱や湿気に強い

fumes：最小限～添加剤による

溶剤：ジクロロメタン、トルエン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン

生分解性：なし

吸湿性：高

食品安全性：一般的になし 

印刷設定

ノズル温度：220～250℃

ベッド温度：50～75℃

冷却ファン：0%～30%

エンクロージャー：いいえ

ビルド表面：ガラスにスティックのり、マスキングテープ

印刷速度：40～60 mm/s推奨

ダイレクトドライブ式エクストルーダー：はい

ボーデン式エクストルーダー：あり 

バリエーション

PETT（ポリエチレン・コトリメチレン・テレフタレート）は、PETGの一般的な派生製品です。PETGよりやや硬く、ほぼ透明です。 

保管

適切に保管すれば長い保存期間を保てますが、吸湿性が非常に高い材料です。乾燥剤を入れた密閉容器に入れ、直射日光を避けて、涼しく乾燥した場所で保管することを推奨します。 

長所

PETGは、光沢のある滑らかな表面と、ベッドへの良好な密着性で知られています。添加剤によって異なりますが、印刷時の臭いはほとんどありません。収縮率が低いため、厳しい公差が求められる機能部品に適した材料の一つです。 

短所

PETGではブリッジがうまく形成されないことが一般的なため、他のFDMフィラメントよりも多くのサポートが必要です。糸引きもよくある問題です。リトラクション、冷却ファン、移動前のノズル拭き取りを適切に調整することで対処できます。

TPU – 熱可塑性ポリウレタン 

概要

TPUは、柔軟なFDM印刷材料の中で最も一般的な種類です。PLA、ABS、PETGでは耐えられない物理的負荷に耐えられる一方、他の材料にはない柔らかさと柔軟性も備えています。添加剤によって、TPUは非常に柔軟で印刷が難しいものにも、より硬く印刷しやすいものにもなりますが、耐久性は維持されます。 

3Dプリント以外での用途

TPUやTPE（熱可塑性エラストマー）は、自動車部品、家電製品、医療用品など、産業分野で広く使用されています。高い耐久性、柔軟性、耐候性により、用途は非常に多岐にわたります。 

3Dプリントでの用途

TPUは、摩耗、屈曲・曲げ・伸縮、耐候性など、大きな負荷を受ける印刷部品に最適です。ドローン部品、スマートフォンケース、玩具部品（車輪など）、リストバンドや靴などのウェアラブル製品が該当します。 

特性

印刷性：難しい

強度：高

密度：約1.2 g/cm³

柔軟性：高

脆性：低

耐久性：高

研磨性：低

変形：低～印刷中の反りやカールは最小限
収縮率：約0.6～1.0%

糸引き：中程度

ガラス転移点：約-53～-27℃（柔軟性があるため）

耐候性：高～熱や湿気に非常に強い

fumes：低～添加剤による

溶剤：ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン

生分解性：なし

吸湿性：低

食品安全性：なし  

印刷設定

ノズル温度：210～230℃

ベッド温度：オフ～60℃（ベッド表面によっては不要な場合が多い）

冷却ファン：0%～50%

エンクロージャー：いいえ

造形面：PEI、ペインターズテープ

印刷速度：20～40 mm/s推奨

ダイレクトドライブ式エクストルーダー：はい

ボーデン式エクストルーダー：推奨しません 

バリエーション

TPC（熱可塑性コポリエステル）は、化学薬品および紫外線への耐性が高く、150℃までの耐熱性も備えています。 

保管

適切に保管すれば長い保存期間があり、吸湿性もそれほど高くありません。密閉容器に入れ、直射日光を避けた涼しく乾燥した場所で保管することをおすすめします。 

長所

TPUは優れた耐衝撃性を持ち、非常に耐久性が高く、柔らかく柔軟です。こうした特性により、他のFDM材料では耐えられないような激しい負荷や柔軟性が求められる用途で優れた性能を発揮します。 

短所

TPUは柔軟性があるため、印刷が最も難しい材料の一つです。エクストルーダーのギアからノズルまでフィラメントの経路が十分に拘束されていないと、フィラメントがその経路から外れて詰まることがよくあります。このため、ボーデン式エクストルーダーは推奨されず、デュアルギア式のダイレクトドライブエクストルーダーが推奨されます。また、より硬いフィラメントで通常使用する速度では印刷が非常に難しいため、印刷速度も下げる必要があります。

結論

冒頭で述べたとおり、これは現在使用されている最も一般的なFDM 3Dプリンティング材料4種類についての一般的なガイドにすぎません。各材料には、色、添加剤、印刷特性、材料特性、用途に基づく数え切れないほどのバリエーションがあり、それらすべてを取り上げるのは、読むだけでも大変です。

特性と印刷設定は、お使いのプリンターとフィラメントの出発点としてご利用ください。プリンターはそれぞれ異なり、同じメーカーの製品でもフィラメントのロールごとに違いがある場合があります。そのため、毎回可能な限り最良の印刷結果を得るには、各ロールで温度、冷却、速度、リトラクションを確認するための小さなテスト印刷を行うことを強くおすすめします。 

最後に、この記事で取り上げたフィラメントの種類について、すべての特性と印刷設定を見やすくまとめた表をご紹介します。 

お楽しみください。 

特性	PLA	ABS	PETG	TPU
印刷性	簡単	中	簡単	難しい
強度	中	中	中	高
密度	1.24 g/cm3	1.01 g/cm3	1.24 g/cm3	1.2 g/cm3
柔軟性	低	中	中	高
脆性	高	低	低	低
耐久性	中	高	高	高
研磨性	低	低	低	低
変形	最小限	中	低	低
収縮	0.2 - 0.25%	08. - 8%	0.8%	0.6 – 1.0%
糸引き	低	低	中	中
ガラス転移点	55-60c	105℃	80℃	< 27℃（柔軟です！）
耐候性	低い	中	中	高
蒸気	最小限	中	最小限	低
溶剤	酢酸エチル、炭酸プロピレン	エステル、ケトン（アセトン）、クロロホルム、エチレンジクロリド	ジクロロメタン、トルエン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン	ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン
生分解性	はい	いいえ	いいえ	いいえ
吸湿性	中	中	高	低
食品保存	いいえ	いいえ	いいえ	いいえ

  

印刷設定	PLA	ABS	PETG	TPU
ノズル温度	180 - 230c	210 - 250c	220 - 250c	210 - 230c
ベッド温度	0 - 50c	50 - 100c	50 - 75c	オフ～60℃
冷却ファン	50 - 100%	0%	0 – 30%	0 – 50%
エンクロージャー	なし	推奨	なし	なし
造形面	ブルーテープ、PEI、ガラス、スティックのりなど	カプトンテープ、ABSスラリー	ガラス用スティックのり、ペインターズテープ	PEI、ペインターズテープ
印刷速度	30～90 mm/s	40～60 mm/s	40～60 mm/s	20～40 mm/s
ダイレクトドライブ式エクストルーダー	はい	はい	はい	はい
ボーデン式エクストルーダー	はい	はい	はい	推奨しません