ＡＢＳでスマホスタンドを自作する
今回やること
スマホスタンドをモデリングして３Ｄプリンタで印刷します。材料はＡＢＳ樹脂を使います。ＡＢＳは魅力的な機能性を持った材料ですが、印刷するのが難しいという難点があります。今回の挑戦ではこの難点を克服してＡＢＳで自由に印刷できるようになるコツを掴めたらいいなというのが、ねらいです。
まあ、100％完璧に印刷できたとはいかなかったんですが、、、（苦笑）
失敗の過程も楽しんでいただけたらなと思います。
どうして、ＡＢＳなのか？
それは、「基板の発熱や、落下に強い、筐体が作れる」からです。家庭用３Ｄプリンタ（ＦＤＭ）で一般に使用される（樹脂）材料はおおよそＰＬＡかＡＢＳです。そして、ＡＢＳはＰＬＡに比べると耐熱性、耐衝撃性に優れています。耐熱温度はＰＬＡは60℃付近ですが、ＡＢＳは100℃付近です。また、衝撃耐性は4倍程あるようです。ただ、ＰＬＡもプリントしやすく、常温であれば強度も十分です、使い分けが重要ですね。
３Ｄモデル作成！さあ、印刷！
という訳で、簡単なスマホスタンドをモデリングしてみました。1パーツで80×100×100（ｍｍ）程の大きさです。これを３Dプリンタで印刷していきます。
失敗
で、何も考えず、普段通りに印刷を実行したところ、無残な姿になってしまいました（T_T）
印刷物が積層面に沿って割れています。割れていないところにも”ひび”が入っていたり、”もじゃもじゃ”が入っていたりと、材料がうまく積層できていない感じがします。
やはり、ＡＢＳはＰＬＡで印刷するより難しいッ！
原因
印刷物が割れた原因を調べたのですが、どうやらＡＢＳのある特性が大きく関係しているようです。それは、熱収縮性です。熱収縮性とは熱を加えることによって物体が収縮する性質のことです。材料は熱せられてその温度がガラス転移点を超えると溶けて自由に形状が変化します。そして、冷えて温度がガラス転移点を下回ると固まります。この時に十分熱収縮できずに固まると、印刷物内部に縮もうとする力と既に冷え固まって動かない部分の間で応力が残ります。これが積み重なって、反り方向に大きな力が生まれ、積層面に沿って亀裂が入り、さらには、割れてしまいます。
そして、今回の場合は反り返った部分とノズルが接触して、造形物が壊れてしまったようです。なので、次のような対策を行いました。
対策①ーファンを止める
ＰＬＡで印刷するときは無意識で冷却ファンをオンにしていました。冷却ファンは溶けた材料が垂れるのを防ぐためのものですが、上記の原因考察を踏まえ、オフにすることにしました。溶けたＡＢＳがゆっくり冷え固まることで熱収縮による反りの力を和らげる効果を期待できます。
ということで、冷却ファンを止めてリベンジです。
リベンジ！
おおっ！きれいにできてるー。
と思ったら、まだ、ヒビが入ってますねー。対策が足りないようです。
対策②ー３Ｄモデルを分割する
さらに、上記の”ひび”を無くすため、今度は1つの３Ｄモデルをいくつかのパーツに分解しました。平らなパーツをプラットフォームに寝かせて印刷するので、積層部分とそうでない部分の温度差が小さくなり、熱収縮中に冷え固まって発生する内部応力を更に和らげることができるはずです。
再リベンジ
という訳で、印刷してみました。
何とか印刷はできました。が、問題も残ってしまいました（汗）。
- 寝かせて印刷すると、テーブルに接している面が荒れる。
平べったいせいか、剥がすとき材料がテーブルにこびり付いてしまいました。 - 立てて印刷すると、やっぱり、ひびが入る。
面が荒れるののを嫌って立てて印刷してみました。パーツに分けても、やはり、縦に印刷すると”ひび”が入ってしまいました（T_T）。 - パーツに分けると、寸法の微調整が必要。
寸法精度や熱収縮の関係で、ヤスリで材料を削らないと嵌らない部分ができてしまいました。
まあ、部品に分けると、こんな点は良かったんですけどね。
- 小分けに印刷できるので印刷時間の調整がしやすい。
- 改造（再利用）がしやすい。
まとめ
ＡＢＳで上手く印刷するコツを挙げてみると、こんな感じでしょうか。
- 熱収縮による応力を逃がすため、印刷物はゆっくり冷ます。
高熱で溶けた材料が急激に冷え固まると、収縮しきれずに応力が残留して反りや割れにつながります。上手に温度調節をしましょう。 - 反りの発生しにくい印刷形状で印刷する。
小さくて、丈の低い物の方が、印刷中の印刷物内の温度差が発生しにくいです。熱収縮による割れのリスクが下がります。
自分は実践していませんでしたが、このような対策もあるようです。
- 反りの小さい材料を使用する。
- 印刷速度を下げる。
今回は何とかスマホスタンドを作ることはできましたが、印刷の仕上がりに課題が残ってしまいました。これにめげずに、また、もっと上手く何か作りたいと思います。
では、また、会いましょう！
参考
