3Dプリント用金属フィラメント:密度、ノズルの摩耗、実際の用途

金属フィラメントとは実際には何か

金属フィラメントは、あくまでプラスチックです。ベースは通常のポリマーで、本稿で扱う2つのPrusamentのデータシートではどちらもPETGであり、メーカーがそこに微細な金属粉末を練り込んでいます。造形物は金属部品ではありません。PETGの剛性、耐熱性、限界はそのままで、そこにフィラーの特性が加わります。無垢の金属部品が必要な場合は、まったく別のプロセスになります。詳しくは金属3Dプリントのガイドをご覧ください。

すべてのフィラーが同じ理由で選ばれているわけではありません。見た目のために使われる粉末もあり、研磨したりパティナ加工したりできる表面になります。一方、タングステンやマグネタイトのように、質量を加える、放射線を遮る、磁石に反応するといった物理的な働きのために選ばれるものもあります。このガイドは後者のグループを中心に、Prusament PETG Tungsten 75%とPETG Magnetite 40%のシートを基準として扱います。

これらのフィラメントに共通するのは研磨性です。金属粉末は通常のPETGよりはるかに速くノズルを摩耗させ、高い密度はスライサーが材料使用量を見積もる方法にも影響します。どちらの点も以下の各セクションで繰り返し出てきます。どの設定を選ぶかと同じくらい、どのプリンターを使えるかを左右するからです。

密度:タングステンで計算が変わる理由

Prusamentのシートによると、タングステン(ウォルフラムとも呼ばれます)の密度は約19グラム毎立方センチメートルです。これは金と同程度で、鉛のおよそ1.7倍の密度です。フィラメントもこの特性を受け継いでいます。同じ重量なら、PETG Tungsten 75%のスプールは通常のPETGのスプールよりも巻かれている長さが明らかに短くなります。Prusamentは「同じ重量でもフィラメントの長さは短い」と簡潔に説明しています。

実際、スプールは短く見えますが、造形した部品は普通のPETGに見えるのに意外なほど重く感じられます。物に重さを持たせたいときには、まさにそれが狙いどおりです。倒れなくなるフィギュアの土台、バランスの良くなる工具のハンドル、コンパクトなカウンターウェイトなどです。マグネタイトも重量を増し、PrusamentはPETG Magnetite 40%の用途の中に単純な重り用途を挙げています。

密度には実用上の注意点がひとつあります。スライサーは、フィラメントプロファイルに保存された密度から造形物の重量とコストを計算します。標準のPETGプロファイルを使うと、数値が正しくなくなります。PrusamentによるとPETG Tungsten 75%のプロファイルはPrusaSlicerに含まれていないため、MK3S+向けにダウンロード可能な設定バンドルが提供されています。他のプリンターについては、同社のサポートチームに問い合わせるよう案内されています。

ノズルの摩耗:硬化ノズルが必須の理由

2つのPrusamentのシートは、どちらもはっきりと述べています。タングステンは研磨性が非常に高く、マグネタイトの粒子も同様です。どちらも硬化ノズルが必須です。柔らかい真鍮ノズルは使うほどに少しずつ穴が広がり、はっきりした兆候もないまま押し出しやライン幅が狂っていきます。ノズルの種類と耐摩耗性については、3Dプリンターのノズルのガイドで解説しています。

仕組みはカーボンファイバーフィラメントと同じですが、違いが一つあります。ここではフィラーが繊維ではなく粉末です。造形ラインに沿って並ぶことはありませんが、ノズルの穴やエクストルーダーのドライブギアと絶えずこすれ合います。硬化ギアと、急な曲がりのないフィラメント経路を使うと扱いが楽になります。

Prusamentはタングステン特有の警告を付け加えています。部分的な詰まりや押し出し不足など、プリンターの不具合があると、造形物の放射線遮蔽性能が大きく低下する可能性があります。つまり、摩耗したノズルは見た目が悪くなるだけでなく、役目を果たさない部品を作ってしまいます。同社は、機能部品の造形に取りかかる前に、プリンターを適切に清掃・キャリブレーションし、同社のキャリブレーション用オブジェクトでテストすることを推奨しています。

造形設定:ベッド、ノズル、ビルド面

どちらのフィラメントも通常のPETGと同じ考え方で扱いますが、温度は異なります。PETG Tungsten 75%の場合、Prusamentのシートではノズル温度が260 ± 10 °C、ベッドが80 ± 10 °Cとされており、ヒートベッドは必須とされています。PETG Magnetite 40%の場合、シートではノズルが270 ± 5 °C、ベッドが100 ± 10 °Cで、エンクロージャーは不要とされています。

ビルド面は純粋なPETGの扱いに従い、サテンまたはテクスチャードシートを使います。タングステンの場合、Prusamentはシートをイソプロピルアルコールで洗浄することを推奨しており、スムースシートは分離層としてスティックのりを使う場合にのみ使用します。マグネタイトの場合は、助言が逆になります。密着が強くなりすぎるおそれがあるため、イソプロピルアルコールは推奨されません。代わりにシートでは、冷えたベッドで無香料のペーパータオルに窓用クリーナーをつけて拭くか、ぬるま湯に食器用洗剤を数滴加えて洗うことが提案されています。

マグネタイトについて一点注意があります。シートでは、層間の密着性が純粋なPETGより低いと報告されています。負荷で層が引き剥がされないように造形方向を決め、応力のかかる機械部品には使わないでください。仕上げについては、PrusamentはPETG Magnetite 40%では乾式研磨も湿式研磨も使えるとしています。

用途:重り、遮蔽、磁性部品

タングステンが遮蔽材として機能するのは、Prusamentのシートが説明するとおり、原子番号が74と大きく、X線やガンマ線を止められるためです。同社は医療用途として、放射性医薬品の遮蔽、診断用放射線機器のテストツール、カスタムのガンマカメラ用コリメーター、特注の遮蔽カバーを挙げています。非常に高密度な素材は切削加工が難しいため、ここでの3Dプリントの魅力は、複雑で個別対応の形状を作れることです。

このガイドが主張していないことを明確にしておきます。いかなる防護性能も保証するものではありません。実際の遮蔽部品は、適切な厚さと造形物の検査を含め、資格のある専門家が設計、測定、評価する必要があります。Prusament自身も、造形の欠陥があると効果が大きく低下すると警告しています。趣味での現実的な用途は、重り用途と実験です。

マグネタイトは別の使い方をします。PETG Magnetite 40%は常磁性で、造形したものは磁石にくっつけられますが、家庭環境では永久磁石にはなりません。Prusamentは用途として、スイッチ、ポテンショメーター、誘導ループなどの電子部品、電磁シールド、磁石式ボックスのフタ、磁気ホルダーにくっつくツール、磁気パズル、アートやデザイン作品を挙げています。

あなたに合っていますか?プリンターと予算のチェック

スプールを購入する前に、お使いのプリンターで3点を確認してください。1点目はノズルです。標準の真鍮ノズルのままなら、ホットエンドに合う硬化ノズルを用意してください。2点目はヒートベッドです。Prusamentはタングステンには必要だとしており、マグネタイトではさらに高温になります。3点目はエクストルーダーで、ドライブギアも摩耗します。

業務用の機械は必要ありません。硬化ノズルとヒートベッドを備えた中級クラスのプリンターで十分で、マグネタイトならエンクロージャーも不要です。本当に追加でかかるコストはスプールそのものです。タングステン入りフィラメントは標準のPETGよりはるかに高価で、1スプールに巻かれている長さも短いです。全体像を把握するには、スタートアップ予算ツールでプリンターと消耗品を合計してみてください。

最初の1回は、シンプルで役に立つものを選びましょう。重さが必要な土台や、磁気ストリップにくっつけたいホルダーなどです。まずPrusamentのキャリブレーション用オブジェクトを造形し、提供されているプロファイルを使い、PETG Magnetite 40%は層をまたぐ負荷に弱いことを覚えておいてください。これらは特殊な素材です。日常的な造形用ではなく、特定の課題を解決するためのものです。

出典と限界

• Prusament — PETG Tungsten 75%
• Prusament — PETG Magnetite 40%

当サイトはメーカーとコミュニティの資料を整理したもので、これらの製品を自分たちで実測したわけではありません。お使いの機種の取扱説明書が、一般的なガイダンスより優先されます。