3Dプリント用ポリカーボネート(PC)フィラメント:強度、耐熱性、乾燥、向いている人

他のフィラメントにはないポリカーボネートの強み

ポリカーボネートは、通常PCと略され、フェイスシールドや頑丈な機器の筐体に使われるエンジニアリングプラスチックです。フィラメントとしては、実際の荷重と実際の熱を同時に受ける部品を対象としています。Prusamentは、PC Blendを非常に強く剛性が高く、低温でも粘り強く、耐クリープ性に優れた素材と説明しています。クリープとは、プラスチックに数週間から数か月荷重がかかり続けたときに起こる、ゆっくりとした変形のことです。この最後の特性は、ブラケットやクランプ、常に張力がかかるあらゆるものにとって、思われている以上に重要です。

耐熱性については、2社のメーカー資料はほぼ一致しています。PrusamentはPC Blendの耐熱温度を最大113 °Cとしています。PolymakerのPolyMax PCのデータシートでは、ガラス転移温度が113 °C、0.45 MPaでの熱変形温度が114 °Cです。これらの数値はPLAやPETGをはるかに上回り、熱源の近くで使う部品ではABSやASAも上回ります。

どちらの製品も、純粋なポリカーボネートではなく、造形しやすさを考慮して配合されたブレンドである点に注意してください。Polymakerはさらに、機械的特性の数値は100パーセントインフィルの試験片で得られたもので、層間の値は層を横断する方向より低いと記しています。造形されたPC部品は、やはり積層された造形物であり、最も弱い方向は積層線に沿った方向です。

PCがプリンターに求める温度とハードウェア

PCは高温で造形します。これが最初のふるいになります。PolymakerはPolyMax PCについて、ノズル250〜270 °C、ベッド90〜105 °Cを指定しています。PrusamentはPC Blendでさらに高く、ノズルは275 °C ±10、ベッドは110 °C ±10で、ヒートベッドは必須とされています。スプールを注文する前に、お使いのホットエンドとベッドが、一瞬到達するだけでなく何時間もその温度を維持できることを確認してください。

パーツ冷却は、PLAとは逆になります。Polymakerはファンを完全にオフにするよう求めています。Prusamentは20パーセントを指定しています。いずれにせよ、造形物に強く風を当てると、層間に亀裂が入ります。

最も大きな要件はエンクロージャーです。Polymakerは、熱を閉じ込める密閉型プリンターを必須条件とし、最低70 °Cの能動加熱チャンバーを強く推奨しており、大きな部品や密度の高い部品には必要だとしています。Prusamentはもう少し緩やかで、隙間風のない部屋でスカートまたはエンクロージャーを推奨しています。閉じたチャンバーが実際に何を変えるかは、3Dプリンターのエンクロージャーのガイドで説明しています。Prusamentはまた、特別なホットエンドは不要であること、そしてPC Blendは造形中にはっきりとした臭いがするため、換気された部屋を用意するよう述べています。

吸湿と乾燥:2つのブランド、2つの答え

PCに乾燥が必要かどうか尋ねると、ブランドによって答えが異なります。この点は参考になります。Polymakerは、同社のPCは通常のPLAよりやや速く吸湿するとしており、スプールはドライボックスで保管することを勧め、すでに吸湿している場合に限り75 °Cで6時間の乾燥サイクルを示しています。一方、PrusamentはPC Blendについて逆のことを述べており、吸湿性はごくわずかで、造形前に乾燥させる必要はないとしています。

これらは矛盾というより、1つの総称で売られている2種類の配合の違いです。どちらにも使える実用的な目安があります。真空パックから出したばかりの新しいスプールは、たいていそのまま問題なく造形できます。湿度の高いガレージで何週間も開封したままのスプールは、気泡が出る、ノズルでパチパチと音がする、表面がくすんでざらつくといった症状があれば、乾燥サイクルにかける価値があります。こうした症状と、ドライヤーを選ぶ際の見どころは、フィラメントドライヤーのガイドで説明しています。

乾燥温度についての注意です。75 °Cのサイクルは、PLA向けに設計された多くのエントリークラスのドライヤーでは、到達できないか、維持できない温度です。購入を決める前に、お使いの機器の温度範囲を確認してください。また、実際の温度を確認できない限り、キッチンのオーブンは使わないでください。温度が超過すると、スプールが溶着して塊になってしまいます。

反り、割れ、ベッド密着性:PCが厄介な点

PCには、よく知られた2つの癖があります。冷えると大きく収縮することと、ときに貼りつきすぎることです。収縮について、Prusamentは従来のポリカーボネートより反りが少ないとしていますが、大きなモデルでは依然として反りやすいと警告しています。同社の対策リストは具体的です。モデルと同じ高さの円形スカートを追加し、外周の数とインフィルを減らし、モデルをベッドの中央に配置し、プリンターを隙間風から遠ざけます。Polymakerはさらに、加熱チャンバーがあれば、特に大きな部品や密度の高い部品で、反りと層間剥離の両方を最小限に抑えられると付け加えています。

ベッド密着性は、PC Blendで意外に感じられやすい部分です。Prusamentは、スムースでもテクスチャードでも、PEIシートに分離剤としてスティックのりを塗るよう求めています。塗らないと、造形物が強く貼りついて造形面を傷める恐れがあるためです。これは、のりは造形物を貼りつけるために使うという通常の考え方とは逆です。一方、Polymakerは専用の接着剤Magigoo PCを推奨しており、ベッドが熱いうちは保持し、冷めると剥がれます。

次に、積層線に沿った割れがあります。Polymakerはこれを、部品が冷えるのが速すぎるためだとし、周囲の空気をできるだけ暖かく保つこと、そして造形が終わったらすぐに90 °Cで2時間アニーリングして、造形中にたまった内部応力を解放することを勧めています。

PC、ABS、ASAの比較:その部品に本当に必要なのはどれか

ABSとASAは、多くのホビーユーザーがすでに知っているエンジニアリング系フィラメントです。エンクロージャーとヒートベッドが必要ですが、PLAよりはるかに熱に強い素材です。それでもPCに進む理由は2つあります。耐熱温度が高いことと、剛性が高く耐クリープ性にも優れることです。Prusamentが挙げている例は、ホットエンドの隣に置くファンシュラウドと、生産機械のトルクをそのまま伝える駆動部品です。

トレードオフは、セットアップへの要求の高さです。ノズルとベッドはより高温になり、パーツ冷却はほぼなく、エンクロージャーは役立つものから必須のものへ変わり、ベッドには分離剤が必要です。またASAには、PCにはない強みが1つ残っています。屋外でのUV耐性という評価で、庭の備品や車の部品では重要です。部品が深刻な熱を受けない屋外で使われるなら、ABSやASAのほうが賢い選択です。

簡単な目安として、ABSやASAで十分なうちは、まずそれらから始めましょう。PCに移行するのは、ABSで実際に不具合が出た部品、つまり軟化したり破損したりした部品だけにしてください。そうすれば、用途で本当に活かせる性能向上が得られる場合にだけ、余分な難しさを引き受けることになります。

PCフィラメントが向いている人と、必要なプリンター

Prusamentははっきりしています。3Dプリントが初めてなら、PLAを使ってください。PC Blendは、試作や、熱的・機械的ストレスのかかる機能部品向けに、丈夫で耐久性のある素材を求める経験豊富なプリンターユーザー向けです。Polymakerは、エンジニアリング用途の機能試作、治具、最終用途部品を挙げています。どちらも同じメッセージです。PCは製造向けの素材であり、学習用の素材ではありません。

ハードウェアでは、エンクロージャーが最優先の基準です。Prusamentの要件では、ノズルとベッドを必要な温度まで上げられる、工場出荷時から密閉型のプリンターであれば、PC Blendには十分です。PolyMax PCについては、Polymakerは能動的に加熱するチャンバーを案内しており、これは一般向けのほとんどの機種では満たせないため、業務用クラスの機種か、手持ちの機体の改造が選択肢になります。確認すべき点は、密閉型3Dプリンターのガイドにまとめています。

購入を決める前に、一式の費用を合計してください。対応できるプリンター、75 °Cに達するドライヤー、適切な接着剤、そしてスプールです。初期費用はPLA環境より高くなります。当サイトのスタートアップ予算ツールを使えば、エントリークラスとミドルクラスのどのあたりになるか把握できます。最後に、どのデータシートも、自分のジオメトリで試す代わりにはなりません。小さな試作品を造形し、バッチで造形する前に実使用に近い条件で確認してください。

出典と限界

• Polymaker — PolyMax PC
• Prusament — PC Blend

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。