2022年にPA11 Carbon Fiberを発売した当時、純粋なポリアミドのような材料を安定して扱えるほど強力な加熱性能を備えた密閉型3Dプリンターは、当社のラインアップにありませんでした。もちろん、小さな部品であればプリントできましたが、失敗率は高いものでした。しかし現在は、Prusa CORE One+、CORE One L、Prusa Pro HT90といった完全密閉型プリンターが登場し、状況は大きく変わりました。より高いチャンバー温度、安定した造形環境、そして気流の影響を受けない環境により、純粋なPA11でさえプリントできるようになったのです。
そこで私たちは、ポリマー内部にカーボンファイバーを配合していないPrusament PA11 Naturalを製造することにしました。すでにカーボンファイバー配合版があるのに、なぜこのバージョンを追加するのでしょうか？ 単なる後退ではないのでしょうか？ 実際には、この2つには明確な違いがあります。その違いを生み出しているのが、素材の機械的特性です。PA11 Carbon Fiberが優れた耐熱性と寸法安定性を備えているのに対し、純粋なPA11は、極めて優れた層間接着性と優れた摺動性を備えています。
PA11とは？ 何から作られているのか？
PA11（ポリアミド）は、ヒマシ油を原料として作られる半結晶性の熱可塑性樹脂です。低温環境でも高い耐衝撃性を発揮し、優れた耐摩耗性、摺動性、耐紫外線性を備えています。さまざまな可動部品や曲げられる部品に適しており、屋外で長期間使用する用途にも利用できます。
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BrotpeterによるGardenaホースコネクター：高い耐紫外線性と機械的耐久性を活かした屋外使用例。
素材の基本的な機械特性
- XY方向の引張強度：38.3 MPa
- XZ方向の引張強度：39.5 MPa
- 引張強度異方性係数：r=0.84
- シャルピー衝撃強度（ノッチ付き・XY方向）：12.9 kJ/m2
- シャルピー衝撃強度（ノッチ付き・XZ方向）：11.7 kJ/m2
- 荷重たわみ温度（荷重1.8 MPa）：58.7 °C
- 荷重たわみ温度（荷重0.45 MPa）：122.5 °C
最高クラスの引張強度異方性係数
Prusament PA11 Naturalは、すべてのPrusamentの中で最も高い引張強度異方性係数を備えています。つまり、積層方向にかかわらず、素材が非常に破損しにくく、あらゆる方向からの応力に耐えられるということです。
Prusament PA11をPrusa CORE One+でプリントした場合、引張強度異方性係数はr = 0.84に達します。2番目に高いのはPrusament PLA High Speedのr = 0.60です。参考までに、PLAとPC Blendはいずれもr = 0.33、PETGはr = 0.38です。
引張強度異方性係数については、この数値を初めて紹介したPLA High Speedの発売記事で詳しく解説しています。
造形プレートに対して垂直方向にプリントされたこの傘ホルダーは、引張強度異方性係数の効果を示す良い例です。強い力が加わっても、積層面から破断することなく耐えられます。また、Prusament PA11は優れた耐紫外線性を備えているため、長期間の屋外使用にも適しています。
優れた摺動性
ポリアミド全般が持つ大きな利点のひとつが、優れた摺動性です。ポリアミド製の部品は、接触時の摩擦が非常に小さいという特長があります。この素材で作られた可動部品は、長期間にわたって動作しても摩耗しにくいため、たとえば各種ギアのプリントにPA11は最適です。
robakiによるRobak 2用減速ギア
高い耐薬品性
PA11は、塩基類（NaOHなど）、アルコール類（メタノール、エタノール）、トルエン、アセトン、エンジンオイル、ガソリン、軽油などに対して優れた耐性を備えています。この耐薬品性は、各種自動車部品、実験器具、そのほかの高度に専門的な用途において非常に役立ちます。
アニール処理で耐熱温度が最大122 °Cに！
プリント直後のPA11自体の耐熱性はそれほど高くなく、耐えられる温度は58.7 °Cにとどまります。3Dプリントの工程では素材が完全な結晶構造に到達しないため、耐熱性が大きく低下するためです。しかし、適切に処理すれば、アニールによって耐熱温度を122.5 °Cまで向上させることができます。その差は63.8 °Cです。正しい手順は以下のとおりです。
まず、適切なオーブンまたは乾燥機を用意する必要があります。当社では業務用のMemmert Dryerを提供していますが、ホビー用途では、最大110 °Cまで加熱できるSunlu FilaDryer E2を推奨しています。続いて、以下の手順でアニール処理を行います。
- 1分あたり1.5 °Cの速度で、温度を110 °Cまで徐々に上げる
- 110 °Cのアニール温度を6～8時間維持する
- 1分あたり1.5 °Cの速度で、室温まで冷却する
アニール処理後、素材がわずかに黄色く変色する場合があります。
カラーと価格
Prusament PA11は、まずNaturalの1色で発売しますが、今後はさらに多くのカラーを追加する予定です。PA11本来の色は、わずかにパール調の光沢を持つ、半透明の黄白色です。800 gスプールをXX122米ドル（輸入関税込み）／YY107ユーロ（VAT込み）で購入できます。
プリント前の準備と推奨プリンター構成
Prusament PA11は吸湿性の高い素材であり、プリント前に乾燥させる必要があります。糸引きやそのほかのプリント不良を防ぐため、90 °Cで6～8時間乾燥することを推奨します。また、乾燥後のフィラメントをドライボックスに保管することで、再び吸湿する速度を大幅に抑えられます。
アクティブフィルターシステムを備えたエンクロージャー内でプリントすることを強く推奨します。または、十分に換気された部屋にプリンターを設置してください。詳しくは、当社の製品安全データシートをご確認ください。ポリアミドをプリントすると比較的強いにおいが発生し、有害となる可能性のある粒子（UFP：超微粒子）が放出されます。Prusa CORE One+、CORE One L、Prusa Pro HT90は、アクティブフィルターシステムを装着することで、この素材に最適な構成になります。また、MK4SとXL向けには、エンクロージャーと、対応する高度なフィルターシステムも提供しています。エンクロージャー内部の周囲温度を高く保つことで、反りも大幅に軽減できます。
PA Nylonシートを使用してプリントする
一般的なPEIプリントシートでは密着性が低いため、ポリアミドのプリントが難しい場合があります。Prusament PA11 Natural製の小さな部品であれば、大きめのブリムを追加することでサテンプリントシートにもプリントできます。しかし、ポリアミド専用に設計され、特別な下準備なしで大型モデルもプリントできるPA Nylonシートの使用を強く推奨します。
当社のPA Nylonプリントシートは、サテンプリントシートに似たマットな表面テクスチャを備えており、PA11との相性も抜群です。小さな部品を確実にプリントするには、使用前に毎回プリントシートを水洗いするだけで十分です。これにより、造形物を取り外しやすくなり、シートを長く使用できます。ただし、大型で内部がほぼ充填された部品をプリントする場合、密着力が強くなりすぎることがあります。そのようなモデルでは、分離層としてプリント面にスティックのりを非常に薄く塗ることを推奨します。
アセトン、IPA（イソプロピルアルコール）、そのほかのアルコール系薬品でシートを洗浄しないでください。これには、窓ガラス用クリーナーや3DLACなども含まれます。IPAやそのほかの薬品を使用すると、表面が曇ってマットになり、表面構造と密着性が変化します。その結果、シートの寿命が短くなり、破損するリスクも大幅に高まります。プリント面に付着した目に見える油汚れや指紋は、水と食器用洗剤で洗浄できます。また、シートを裏返す前にも、食器用洗剤で洗浄することを推奨します。
PA Nylonシートについては、当社の発表記事で詳しく紹介しています。
以上です！ この古くて新しいPA11を気に入っていただけましたか？ ぜひコメントで感想をお聞かせください。皆さんが生み出す新しく素晴らしい作品を楽しみにしています。
それでは、楽しい3Dプリントを！
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