アディティブ・マニュファクチャリング（AM）としても知られる3Dプリンティングは、特殊な粉末を利用して、連続的な積層法で3次元部品を造形します。本ガイドは、3Dプリンティング用パウダーの種類、特徴、仕様、製造方法、主要サプライヤーと価格、各業界における用途、代替品との比較、FAQなど、3Dプリンティング用パウダーの詳細なリファレンスとなっています。
概要 3Dプリンティング粉末
3Dプリンティングパウダーは、プラスチック、金属、セラミックの各プラットフォームで積層造形を可能にする原材料です。主な特徴
- 状態超微粒子パウダー
- サイズ範囲通常10～150ミクロン
- 形態：球状の粒子が多い
- 組成ポリマー、金属合金、セラミック、砂岩ブレンド
- 主な特性設計された粒度分布、流動性、充填密度、微細構造
粉末の物理的特性と熱・動力学的印刷プロセスとの相互作用を厳密に制御することで、3D印刷用粉末は、他の方法では達成できない複雑な部品形状と材料組成の勾配を容易にします。
3Dプリンティング粉末の種類
| カテゴリー | 材料 | 印刷方法 |
|---|---|---|
| プラスチック | ナイロン、ABS、TPU、PEKK、PEEK... | 選択的レーザー焼結(SLS) |
| 金属 | ステンレス、工具鋼、チタン＆合金、超合金... | ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS） |
| セラミックス | アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素 | バインダージェッティング、溶融堆積モデリング |
| 複合材料 | 金属とプラスチックの混合物、砂岩の混合物 | マルチジェット核融合（MJF）、バウンドメタルデポジション |
| 生体適合性 | peek、plga、tcp... | 選択的レーザー溶融（SLM） |
表1： 商業用3Dプリンティング・パウダーの主なカテゴリー、素材、関連するプリンティング・プラットフォーム
ポリマー、金属、セラミック、複合材料の粉末は、航空宇宙、自動車、医療、歯科、工業の各市場における最終用途部品の生産を支えている。
製造方法
印刷用パウダーを製造する主な技術には次のようなものがある：
プラスチック
- モノマーの重合
- 位相反転
- バルクプラスチックの低温粉砕
金属
- ガス噴霧
- プラズマ霧化
- 電極誘導溶解
セラミックス
- ゾル-ゲルルート
- 乳化方法
- スプレー乾燥プロセス
製造ステップを調整することで、粉末の粒度分布、形態、微細構造、化学的性質、および得られる性能を、3Dプリンティングプロセスやアプリケーションの要件に合わせて調整することができる。
の性質 3Dプリンティング粉末
| プロパティ | 印刷工程における役割 |
|---|---|
| 粒度分布 | 充填密度、展延性、流動性、層間の接着性に影響する。 |
| 粒子形状 | 滑らかな流れには球形が好まれ、ギザギザの粒子には球形が好まれる。 |
| 粒子硬度 | ローラー／ブレードの散布ステップで変形しにくい |
| かさ密度 | ビルドステージに十分なパウダー層の厚みを確保 |
| 化学 | 最終部品の機械的性能、美観を決定する。 |
| 含水率 | 粉体の流動と付着に影響 |
表2： 3Dプリンティングの成功に不可欠な粉末の物理的特性
相互に関連するこれらの粉末特性の制御が不十分であると、流動不良、広がり、積層ムラ、部品の欠陥、機械的特性の低下を招く。
3Dプリンティングパウダー仕様
ほとんどのポリマー、金属、セラミックの3Dプリント用パウダーには業界標準が存在する：
粒度分布
| グレード | 仕様 | 資料例 |
|---|---|---|
| ウルトラファイン | D10: 10-25μm D50: 20-45μm D90: 40-75μm | PEEK, PEKK 高温ポリマー |
| ファイン | D10: 40-75μm D50: 60-90μm D90: 90-150μm | ナイロン、ABS金属 |
| ミディアム | D10：75-100μm D50：100-150μm D90：130-200μm | 砂岩ミックス、セラミックス |
繰返し精度基準
| メートル | 寛容 |
|---|---|
| バッチ間粒度分布 | ± 5% |
| 粒子形状 バッチ間 | ± 5% 円形度 |
| バッチ間嵩密度 | ± 2% |
表3A： ポリマー、金属、セラミック3Dプリンティングパウダーの粒度分布プロファイル
| プロパティ | 試験方法 | しきい値 |
|---|---|---|
| ホール流量 | ASTM B213 | <50gを流すのに40秒 |
| 見かけ密度 | ASTM B212 | 最小60%理論密度 |
| タップ密度 | ASTM B527 | 最小65%理論密度 |
表3B： 3Dプリンティングのパウダーフローと密度の主要品質チェック
公表されたスペックを満たし、または上回ることで、バッチが安定した性能を発揮する。
3Dプリンティングパウダー サプライヤー
多くのプロバイダーが、ポリマー、金属、セラミック用の3Dプリントパウダーを提供している：
ポリマー粉末
| 会社概要 | 材料 | 価格/kg |
|---|---|---|
| エボニック | ナイロン12、PEEK、TPU、PEKK | $50-260 ポリマー依存性 |
| BASF | ウルトラシント PA6、PA11、PA12グレード | $75-215 |
| ストラタシス | 熱可塑性複合材料 | $140-350 |
| ポリメーカー | ポリスムース、ポリライト、ポリフレックス | $35-90 |
金属粉
| サプライヤー | 合金の種類 | 参考価格 |
|---|---|---|
| カーペンター添加剤 | ステンレス、工具鋼、コバルトクロム、超合金 | $55-215 特殊合金 |
| プラクセア | チタンTi64、インコネル718、ステンレス316L | $35-185 |
| サンドビック・オスプレイ | マルエージング鋼、ステンレス鋼、Ni超合金 | $75-305合金に依存 |
| LPWテクノロジー | アルミニウム AlSi10Mg, チタン Ti64, 超合金 | $45-195 |
セラミック＆コンポジットパウダー
| ブランド | 材料 | 価格帯 |
|---|---|---|
| 3Dセラム | アルミナ、ジルコニア、シリカ | $35-125セラミック |
| アダプティブ3D | 熱硬化性・熱可塑性コンポジット／ブレンド | $90-350 |
| トリトン | PEEK、PEKK、PPSU + セラミック充填 | $125-475式依存 |
表4： 専門メーカーが3Dプリント用パウダーを提供
価格は、独自の組成と性能によって異なる。正確な見積もりはサプライヤーに直接お問い合わせください。
の応用 3Dプリンティング粉末
印刷用パウダーは、業界を問わず、複雑でカスタマイズされた部品形状を独自の方法で実現します：
| 産業 | コンポーネント例 | メリット |
|---|---|---|
| 航空宇宙 | タービンブレード、ロケットノズル、UAVシャーシ | 軽量化、パフォーマンス向上 |
| メディカル | 患者に適合したインプラント、補綴物 | パーソナライズド・サイジング、生体適合性 |
| 自動車 | 熱交換器、軽量シャーシ・エレメント | 部品の統合、効率化 |
| インダストリアル | カスタム製造ツーリング、治具 | 開発スケジュールの短縮 |
表5:3Dプリントパウダー機能を活用した主なユースケース分野
設計を迅速に反復し、小ロット生産を経済的に印刷する能力は、最終用途部品のイノベーションを可能にする。
パウダーベース3Dプリンティングの長所と短所
減算法に勝る利点
- 複雑で軽量な形状を可能にし、効率性を向上
- 材料の微細構造を最適化し、部品の性能を向上
- 用途に合わせたカスタマイズ部品を実現
- 開発/生産時間と資本コストを削減
考慮すべきマイナス面
- 一部の工程では生産規模と処理能力に限界がある
- 粉末原料に求められる厳しい仕様
- 最終部品には後処理が必要な場合が多い
- 現在の部品コストは大量生産より高い
パウダーケミストリーと印刷パラメーターの微調整が、より効率的な生産を目指す。カスタマイズとパフォーマンスを活用する分野では、積極的な採用が続いています。
よくあるご質問
Q: 金属3Dプリント用パウダーに最適な粒度範囲は？
A: 10-45μmであれば、超微粉末の粉体ハンドリングに関する問題を回避しつつ、良好な充填と拡散が容易になります。ほとんどの合金は30±15μmの分布で良好な性能を発揮します。
Q: どのポリマー粉末3Dプリンティングプロセスが最高の機械的性能を提供しますか？
A: 選択的レーザー焼結(SLS)は、優れた融合と微細形状の製造を可能にします。
Q: 未使用の3Dプリント用パウダーは、どれくらいの期間保管できますか？
A: 湿気のない涼しく乾燥した環境で乾燥剤とともに密封された粉体は、少なくとも12ヶ月は流動特性を維持します。開封したパウダーでも、顕著な劣化が起こるまで6ヶ月以上持続します。
Q: スタートパウダーの品質は、印刷部品の特性に大きく影響しますか？
A: はい、粉末化学の純度と粉末特性の適切な管理は、最終部品の機械的特性、美観、寸法精度、性能の信頼性を強く左右します。
