LSRの定義と基本的な特徴

LSRは「Liquid Silicone Rubber」の略称であり、その名のとおり、液状の二液性シリコーンゴム素材です。この素材が持つ特徴は、3Dプリンターでの製作の幅を大きく広げます。

・UV硬化性素材であること

弊社が使用するUV硬化型シリコーンゴムは、紫外線を照射することで化学反応を起こし、不可逆的に硬化する素材です。一度硬化すると再加熱しても溶けないという特徴があり、これは熱で溶かして積層する熱可塑性樹脂のフィラメントとは根本的に異なる、最も大きな違いです。硬化後のシリコーンゴムは優れた耐熱性を持ち、高温環境下でも強度と形状を安定して保つことが可能です。

・優れた柔軟性とやわらかい触感

LSRが持つシリコーン特有の柔軟性と弾性は非常に高く、やわらかいゴムのような触感を持ちます。力を加えた後の復元力にも優れており、3Dプリンターでのやわらかい造形ニーズに応えることができます。材料のやわらかさや特性を活かし、部品として実使用されるニーズが増えています。

・高い耐熱性、耐寒性、耐薬品性

シリコーンは、非常に広範な温度範囲（低温から高温まで）で安定した物性を保ちます。また、優れた耐薬品性、耐候性を持つため、過酷な環境下での使用が想定される部品の素材として適しています。

・優れた安全性

シリコーンは人体に対して安全性が非常に高く、アレルギー反応を起こしにくい素材です。そのため、医療機器や食品に直接触れる部品に利用可能な医療・食品グレードのものが存在し、これらの分野での3Dプリンターによる製作を可能にします。

従来のシリコーンゴム成形との違い

従来のコンプレッション成型では、製作したい部品ごとに専用の金型が必要であり、その初期コストは非常に高額でした。これにより、試作や少量製作のハードルが高くなっていました。

LSRを3Dプリンターで扱う技術は、金型を必要としないため、初期コストを大幅に削減できます。さらに、複雑な形状や内部構造を持つ部品を迅速かつ少量で製作できるため、製品開発のスピードアップや、少量多品種のカスタム製作ニーズに応えることを可能にします。

LSRは、従来の樹脂系フィラメントでは到達できなかった特性と、シリコーンならではの機能性を3Dプリンターにもたらす、革新的な素材です。

3DプリンターでのLSRの3D造形のメリットと優位性

LSRを3Dプリンターで扱うことの最大のメリットは、シリコーン素材が持つ優れた機能性を、オンデマンドで、かつ複雑な形状で実現できる点にあります。

・やわらかい造形の実現

従来のフィラメント（熱可塑性樹脂）では再現が困難だったシリコーン特有の柔軟性、弾性、復元力を備えたやわらかい部品の製作が可能です。これにより、高い密着性や衝撃吸収性が求められる製品の出力が飛躍的に容易になりました。医療分野で求められる生体組織の柔軟性の再現など、高度なニーズに応えることができます。

・カスタム製作ニーズへの対応

従来のコンプレッション成型は金型に依存していましたが、3DプリンターによるLSRの3D造形では金型が不要です。そのため、個々の患者に合わせた義肢装具の緩衝部品や、子供の成長スピードに応じたカスタム製作など、柔軟なニーズに対応できます。このカスタマイズの容易さは、製品開発のサイクルを大幅に短縮するという大きなメリットをもたらします。

・素材の機能性の最大活用

LSRは、「実使用可能な引張強度」（金型成型品と同等レベル）を持ち、実際に食品分野のロボットハンドにも使用されています。これにより、従来の樹脂系フィラメントでは対応できなかった厳しい使用環境での応用が可能になります。

・滑らかな表面の出力

FDM方式のフィラメント造形では、積層痕が目立ちやすいという特徴がありますが、LSRを用いた造形方式は、液状素材を精密に制御するため、層構造が目立ちにくく、滑らかで均一な表面の出力が可能です。これは、特に医療や消費者向け製品において、高い品質とメリットとなります。

また、ホッティーポリマー株式会社で販売するシリコーンゴム3Dプリンター「SILICOM（シリコム）」にはAI搭載の自社開発オリジナルスライサーソフトを使用しており、液体シリコーンゴムを適切にコントロールいたします。

LSRの3D造形における技術的な課題とソリューション

LSRの3D造形が持つ優位性の一方で、従来のフィラメント造形とは異なる技術的な課題も存在します。

・特殊な設備要件

LSRは液状の二液性素材であり、樹脂系フィラメントのように単に熱で溶かすわけではないため、高精度な液滴制御や、素材を混合・供給する機構、そして造形物を熱硬化させるための精密な温度管理システムを備えた専用の3Dプリンターが必要です。これらの設備は一般的に高価であり、導入の障壁となることがあります。

・やわらかい素材の造形難易度

非常にやわらかいLSR素材を正確に積層するには、造形中に素材が崩れたり、変形したりしないよう、造形速度やサポート構造に専門的なノウハウが必要です。フィラメントのような硬さがないため、造形プロセス自体がデリケートで、一般的には造形難易度が高い素材といえます。

しかし、ホッティーポリマー株式会社では、この難易度の高いLSRの3D造形を可能にする独自のソリューションを提供しております。シリコーンゴム造形に特化した専用設計の3Dプリンター本体を開発し、さらにAIを搭載した自社開発のスライサーソフト（シリコーンゴム3Dプリンター専用）を使用することで、造形プロセスを高度に制御しております。専門的な知識がない方でも、安定した3D造形が可能です。

・課題解決の方向性

これらの課題を解決し、LSRの3D造形の利点を享受するためには、専用技術を持つサービスの活用や、造形ノウハウの蓄積が不可欠です。これにより、LSRという高機能な素材を、より手軽に、高品質な出力物へとつなげることが可能となります。