2022/8/5に実施されました、日本3Dプリンティング産業技術協会主催のサステナビリティと3Dプリンティング2022にNature3Dが登壇し、「生分解樹脂・バイオマス素材を中心とした3Dプリンター用特殊フィラメント」というタイトルでお話をさせていただきました。その時の資料とお話した内容を掲載いたします。

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次に導電性フィラメントについてご紹介します。EV30Sという品番です。材料はポリスチレン、カーボンブラックで構成されています。体積固有抵抗が30Ω・cm、表面抵抗が1E4Ω/□となっております。造形の推奨条件はノズルが230～250℃、ヒートベッドが80～100℃です。冷却ファンはOFFを推奨しております。ABSに近い造形条件ですが、カーボン粒子が添加されている影響で反りは比較的小さく、比較的大きい造形物でも造形は安定しやすい傾向があります。用途としては、各種センサ、電極、ESD対策などです。電子機器を扱うメーカー様でご使用いただいている実績があります。

こちらがEV30Sの電気特性についてまとめたものです。抵抗値は数値だけが書かれると、どんなものかなかなかイメージがしにくいので、全体から見た時に、どのあたりに来るのかというのを整理したものになります。抵抗値には大きく2種類がありまして、電流が物体の内部を流れる時の抵抗を示す体積抵抗と、表面を流れる時の抵抗を示す表面抵抗があります。左側が体積抵抗です。代表的な材料の例をいくつか書いてありますが、EV30は30Ωcmとなっておりまして、イメージ的にはシリコンなどに近い抵抗値だということができます。右が表面抵抗です。表面抵抗は材料固有の数値ではないので、具体的な物質名が記載してありませんが、近いところでいうとタッチパネルで使われる透明電極が1E2～1E3くらいです。EV30Sはこれよりやや高めの1E4ということで、導電域に属しています。この分類からは、EV30Sは主に静電気ですとか、抵抗体を扱う用途に適するということになります。抵抗値については材料としての吸水率がPLA樹脂、ABS樹脂の約半分ということで、吸湿による抵抗値変化を受けにくいという利点があります。また、抵抗値については造形品のインフィルや大きさで調整することが可能です。

ではこの抵抗値でどういうものができるのかということで、導電性フィラメント造形品を実際に使ってみた例をざっとあげてあります。一番左上は造形品を曲げることで抵抗値が変化する例です。静置で79.3kΩから曲げた状態で91.1kΩまで抵抗値が上昇します。これを検出することで曲げセンサ、歪みセンサとしての使用が考えられます。その隣は静電容量式のセンサの例です。写真左下の部分にマイコン基板がありまして、静電容量の変化を検知し、ある値を超えるとLEDランプが点灯するプログラムが書き込んであります。電球の絵が描かれているところを指でタッチすることで静電容量が変化して、LEDランプをON/OFFすることができるという例です。左下が導電性ブラケットの例です。電子機器の製造工程では静電気対策が重要視されますが、静電気をゆっくり逃がすとか、あるいは静電気が起こらないようにする用途として導電性フィラメント造形品が使われることがあります。最後右下は造形品を再利用した例です。造形品を軽く粉砕してアセトンに浸漬することで導電性パテを作ることができます。導電性フィラメント造形品はリード線などの接合にハンダを使うことができませんが、この導電性パテを使うことで簡単に接合することができます。

こちらは木粉入りフィラメントです。W418という品番となっております。材料はポリプロピレン、木粉のコンテントは52%です。推奨条件はノズルが130～160℃、ヒートベッドは常温から50℃です。未利用バイオマス資源の有効活用を狙って作ったものです。木粉は建設廃材や、間伐材を含む木材を粉砕して樹脂に添加しております。ノズル温度をご覧いただいてわかるかと思いますが、一般的なポリプロピレンフィラメントよりもかなり低い造形温度となっております。これは樹脂を改質したために低温での流動性が向上しているためです。低温プリントが可能になることで、造形時のエネルギーを削減できる効果が期待できます。

こちらが造形例です。左がW418フィラメントでプリントした造形品です。手触りがザラっとした感じで、プラスチックっぽさを感じない造形品を得ることができます。わりと細かいパターンの造形も可能です。よく3Dプリント造形品では積層段差が外観の上で問題になりますが、W418では積層段差が木彫りの風合いを出してくれます。右はイベントに出展したときの様子です。この時はパズルを中心としたものを造形し、実際に手に取って触っていただくということをメインに出展しました。特に子供さんに受けがよく、造形品に木の香りもするということで大変ご好評をいただきました。