3Dプリンター用フィラメントの強度を徹底比較!カーボン・ABS・PPS素材の特性

2026年01月13日

【3Dプリンター】求める強度はどれ?カーボン・ABS・PPSフィラメント徹底解説

3Dプリンターを用いた造形において、完成品の強度は製品の性能や信頼性を左右する非常に重要な要素です。特に、産業用途や機能部品の製造においては、素材が持つ耐荷重性や耐久性が厳しく問われます。

フィラメントの種類は多岐にわたり、それぞれ異なる強度特性を持つため、用途に合わせた適切な選択が大切です。

こちらでは、高い強度が求められる造形に適したフィラメントとして、カーボン含有フィラメントのメリット、ABS素材フィラメントの強度特性、そして高性能エンジニアリングプラスチックであるPPS素材フィラメントの強度について詳しく解説いたします。

カーボンフィラメントのメリット

カーボンフィラメントのメリット

3Dプリンター用のフィラメントにはさまざまな種類がありますが、その中でもカーボン繊維を配合したフィラメントは、優れた強度特性と独特のメリットを持つことで注目を集めています。カーボン繊維の特性を活かすことで、軽量でありながら高い剛性を持つ造形物や、寸法安定性に優れた部品の製造が可能になります。

こちらでは、カーボンフィラメントが提供する主なメリットについて解説いたします。

カーボン含有フィラメントの基本的な特徴

カーボン含有フィラメントは、PLA、PETG、ナイロンといったさまざまなベース樹脂に、細かく裁断されたカーボン繊維(カーボンファイバー)を配合した複合フィラメントです。このカーボン繊維の配合により、ベース樹脂単体では得られない高性能な特性が付与されます。

・軽量でありながら高い剛性

カーボン繊維は非常に高い比強度と比剛性を持つため、造形物を軽量に保ちつつ、高い剛性を実現できます。これにより、航空宇宙部品やドローン部品など、軽量化と強度が同時に求められる用途に適しています。

・優れた引張強度と曲げ強度

カーボン繊維が樹脂内部で力を分散・補強するため、フィラメント単体よりも格段に高い引張強度と曲げ強度を発揮します。

・寸法安定性と反り抑制

カーボン繊維の配合は、樹脂の収縮率を低減させる効果があります。これにより、大型の造形物や複雑な形状の部品において発生しやすい反りや収縮を抑制し、高い寸法精度での造形を可能にします。

・耐熱性、耐薬品性の向上

ベース樹脂にもよりますが、カーボン繊維の特性により、造形物の耐熱性や耐薬品性が向上する傾向にあります。

カーボンフィラメントがもたらすメリットと活用事例

カーボン含有フィラメントは上記の特徴から、以下のような具体的なメリットを提供いたします。

・部品性能の向上

軽量性と高強度を両立できるため、ロボットアームの先端部品やドローンのフレームなど、動的な性能が求められる部品の軽量化と高強度化に貢献します。

・高精細で安定した造形

反りや収縮が抑えられるため、大型部品や複雑な形状でも安定した造形が期待できます。

・表面品質の向上と高級感のある仕上がり

カーボン繊維の特性により、造形物の表面がマットな質感になり、独特の高級感を演出します。

・主な活用事例

航空宇宙・ドローン部品、治具・工具・プロトタイプ、自動車部品など、高強度かつ高性能が求められる分野で活用できます。

カーボンフィラメントは、高強度かつ高性能な造形を実現するための強力な選択肢の一つとなります。

ABS素材フィラメントの強度

ABS素材フィラメントの強度

3Dプリンター用のフィラメントとして広く普及しているABS素材は、そのバランスの取れた強度特性から、多くの産業分野やホビー用途で活用されています。ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)は、家電製品から自動車部品まで、身の回りのさまざまな製品に使用されている汎用プラスチックです。3Dプリンター用フィラメントとしてのABSも、その特性を活かし、耐久性が求められる造形に適しています。

こちらでは、ABS素材フィラメントが持つ主要な強度特性と、その活用に適した用途について解説いたします。

ABS素材フィラメントの基本的な特徴と強度特性

ABSは、外部からの衝撃に非常に強い耐性を持つ材質です。高い靭性も兼ね備えており、粘り強く、曲げやねじりに対して破損しにくい特性があります。

また、PLAなどの一般的なフィラメントと比較して高い耐熱性を持つため、熱がこもりやすい環境での利用も可能です。造形後の後加工(塗装や接着)も容易なため、試作品から最終製品に近い仕上げを施すことができます。

ABS素材フィラメントの強度は、そのバランスのよさにあります。引張強度、曲げ強度、そして特に衝撃強度が高く、機能部品としての使用に耐えうる特性を持っています。

例えば、外部からの瞬間的な力が加わる可能性のある部品に適しています。造形時には、反りや層間剥離を防ぐために、プラットフォームの温度管理に注意が必要です。

ABSフィラメントが適する用途

ABS素材フィラメントの特性は、多岐にわたる用途でその効果を発揮いたします。

・試作部品・機能部品

自動車部品、家電製品のハウジング、機械部品など、実際に使用される部品の機能検証などに利用されます。

・日用品・ホビー

耐久性や加工性のよさから、おもちゃ、模型、DIYパーツ、ケース類などの製造にも適しています。

・治具・工具

工場や作業現場で使用する治具や工具の製造にも利用され、その耐衝撃性や耐久性が役立ちます。

ABS素材フィラメントは、その優れたバランスの取れた強度特性により、多様なニーズに応える汎用性の高い選択肢となります。

PPS素材フィラメントの強度

3Dプリンター用のフィラメントの中でも、特に高い耐熱性と優れた強度が求められる用途において、PPS素材フィラメントは非常に有効な選択肢となります。PPS(ポリフェニレンスルフィド)は、スーパーエンジニアリングプラスチックの一つとして知られ、汎用プラスチックでは対応できないような過酷な環境下での使用に耐えうる特性を持っています。

こちらでは、PPS素材フィラメントが持つ特有の強度特性と、それが活かされる具体的な活用分野について解説いたします。

PPS素材フィラメントの基本的な特徴と強度特性

PPSは、非常に高い融点とガラス転移温度を持つため、連続使用温度が非常に高く、高温環境下でもその強度や剛性を維持できます。酸、アルカリ、有機溶剤など、広範な化学薬品に対して非常に高い耐性を持つため、薬品に触れる環境での使用に適しています。

また、燃えにくい自己消火性があり、高い安全性が求められる用途で活用されます。

PPSフィラメントは、高温下でも高い引張強度、曲げ強度、剛性を保持します。これにより、エンジンルームや工業炉周辺など、高温にさらされる場所での機能部品としての使用が可能です。長期にわたる応力下でも変形しにくいクリープ特性を持っており、部品が長期間にわたってその形状や機能を維持することが期待されます。これは、精密機械部品や構造部品において重要な強度特性です。

PPSフィラメントが適する用途

PPS素材フィラメントの持つ優れた強度特性は、極めて高い信頼性と耐久性が求められる分野でその価値を発揮いたします。

・自動車部品

エンジンルーム内のセンサーハウジング、コネクタ、ポンプ部品など、高耐熱性や耐薬品性が要求される部品に利用されます。

・電気・電子部品

リレー部品、スイッチ部品、コネクタ、ICソケットなど、耐熱性と電気絶縁性が求められる部品に適しています。

・化学プラント部品

ポンプのインペラ、バルブ部品、フィルターハウジングなど、耐薬品性が必須となる環境での使用に活用いただけます。

・医療機器部品

殺菌処理を伴う器具や、高い耐久性が必要な部品に利用されることがあります。

PPS素材フィラメントは、最も過酷な環境下での課題を解決し、高性能な造形を実現するための最先端の選択肢となります。

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