TPEの定義と特徴

熱可塑性エラストマー（TPE）は、「熱可塑性」と「エラストマー」の性質を兼ね備えた高分子素材の総称です。それぞれの特徴を組み合わせることで、柔軟性と加工のしやすさを両立させています。

・ゴムのような弾性と柔軟性

TPEの大きな特徴は、ゴムのような弾力性と柔軟性です。力を加えて曲げたり伸ばしたりしても、力を除くとほぼ元の形に戻ります。この性質は、金型成型において、曲げや衝撃に強い部品や、柔らかいパーツの作成に適しています。

・熱可塑性を持つ

TPEは熱を加えると柔らかく溶け、冷やすと固まる「熱可塑性」を持っています。この性質により、射出成形やFDM方式の3Dプリンターなど、一般的なプラスチック加工機で加工できます。加工の際に形を変えやすく、失敗しても再加熱してやり直すことが可能です。

・従来のゴムとの違い

従来のゴム（熱硬化性ゴム）は、一度成形すると再加熱しても溶けず、リサイクルが困難でした。TPEは熱可塑性を持つため、不要になった素材を再利用できる点が大きなメリットです。

・樹脂（プラスチック）との違い

一般的な硬質樹脂（PLAやABSなど）は、力を加えると簡単に折れたり割れたりします。TPEは柔軟で伸縮性があるため、曲げや衝撃に強く、衝撃吸収や柔らかい部品作りに向いています。

TPEの3D造形 活用例

TPEは、柔軟性を活かしたパーツ作りに適しており、靴底やスマートフォンケース、プロトタイプの可動部品、部品量産前の形状確認など、さまざまな製作に活用されています。ゴムのような特性とプラスチックの加工性を併せ持つため、3Dプリンターで柔らかいパーツを作る際には欠かせない素材です。

TPEとTPUの特徴の違い

・柔軟性・感触の違い

TPEは非常に柔らかく、手触りもゴムに近く、しなやかに曲がりやすい性質を持っています。力を加えても元に戻る復元性が高く、握りやすさやクッション性が求められる部品に向いています。

一方TPUは柔軟性を持ちながらも、TPEよりやや硬めで、弾力としっかりした形状を保ちやすい素材です。適度な剛性があるため、しなやかさと耐久性のバランスを取る必要がある用途に適しています。

・耐久性・耐摩耗性・耐環境性

TPUは、耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性、耐油性といった面で非常に高い性能を持ち、長期間の使用や過酷な環境下でも劣化しにくいことが特徴です。

TPEは柔らかさの代償として、摩耗に対する強さや薬品耐性などではTPUに劣る場合があります。そのため、軽負荷の部品や加工性が重視される製品で選ばれることが多くなります。

3Dプリンターでの扱いやすさの違いと使い分け

どちらも柔軟性フィラメントとして3Dプリンターで使われますが、出力の安定性には差があります。

・3Dプリンターでの扱いやすさの違い

TPUはTPEより適度な硬さがあるため、フィラメントの送りが安定しやすく、積層の精度も確保しやすいことから、3Dプリント初心者でも比較的扱いやすい素材とされています。

対してTPEはより柔らかいため、フィラメントが押し出し機構の中で曲がってしまうなど、プリント条件がシビアになりやすく、速度調整やダイレクトエクストルーダー方式などが必要になることがあります。

ホッティーポリマー株式会社の軟質フィラメントは、独自配合により、フィラメント状態では適度な硬さがあり、造形しやすく、ノズルから吐出後は柔らかさの表現が可能なフィラメントです。軟質造形のフィラメントの中でも3D造形向けに配合されている材質です。

・TPEとTPUの使い分け

TPEが向いているのは、柔らかさや弾力性が最優先される部品、衝撃吸収性や握りやすさを重視するグリップやクッションパーツなどです。

TPUが向いているのは、強度・耐摩耗性・耐衝撃性・耐油性が求められる部品、屋外使用や機械部品など過酷な環境で使用するパーツ、長期間の耐久性や信頼性が重要視される用途です。

TPEとTPUは似た柔軟性素材ですが、重視する性能に応じて最適な選択肢が異なります。3Dプリンターで柔らかいパーツを製作したい場合はTPE、強度と耐久性を備えた部品を製作したい場合はTPUを選ぶとよいでしょう。

TPE素材を活用するメリット

・造形物の機能性向上

TPEは高い弾性と柔軟性を備えており、衝撃吸収や防振を求められる用途に適しています。電子機器の保護ケース、産業機械の緩衝材、非金属バンパーのようなパーツ製作で威力を発揮します。

また、密着性・シール性を検証のうえ、条件によってはガスケットやパッキンなど、気体や液体の漏れを防ぐ用途にも有効です。耐久性が良いわけではないため、実使用される場合は要検証となります。

現状は、試作段階での形状確認に活用されるケースが多いです。

さらに、TPEの一種であるTPUには耐摩耗性に優れたグレードがあり、繰り返しの負荷に耐える部品にも活用できます。

・製作プロセスの効率化とコストメリット

3Dプリンターは金型製作が不要なため、TPEによる造形が可能です。加えて、試作や条件によっては少量量産部品にも対応します。短納期対応や設計変更への柔軟さは大きな利点です。

また、樹脂ベースの素材であるため他の硬質材料とのマルチ素材造形が可能となり、設計の自由度が広がります。

柔軟性を求める場合、特定の高価な材料に依存せず、TPEの種類によってはコストを抑えられることもメリットの一つです。

TPE素材を活用する際の注意点

・造形難易度が高い種類がある

特に柔らかいグレードのTPEは、フィラメントが押し出し機構内部で座屈しやすく、条件調整がシビアになります。

造形には低速出力やダイレクトエクストルーダー方式が推奨される場合が多く、3Dプリンターの仕様を確認する必要があります。

・吸湿性と事前乾燥の重要性

TPEは湿気を吸収しやすい素材です。吸湿した状態で出力すると、気泡が発生し、表面荒れや強度低下の原因になります。

安定した造形のため、一般的には事前に十分な乾燥処理を行いますが、ホッティーポリマー株式会社の軟質フィラメントは基本として事前乾燥不要です。

・強度と耐熱性の限界

一般的なTPEは硬質樹脂（ABSやPCなど）と比べて強度・耐熱性が劣る場合があります。高強度部品や高温環境での使用が前提の場合は、同じTPE系でも性能に優れるTPUを選択する、もしくは別のエンジニアリングプラスチックを検討する必要があります。

柔軟で高機能な造形を可能にするTPEは、3Dプリントにおいて大きな可能性を持つ素材です。メリットと注意点を理解し、適切な条件設定を行うことで、より高品質な製品づくりにつながります。