Prusament PLA vs PETG vs ASA：素材の徹底比較とテスト

はじめに

PLA、PETG、ASAは、利用可能な熱可塑性プラスチックの種類が増え続ける中でも、依然として最も広く使用されている3Dプリント用素材です。それぞれに明確な利点とトレードオフがあります。本稿では、Prusamentのフィラメントを造形性、機械的特性、耐衝撃性、熱安定性の観点からテストし、プロジェクトに最適な素材選びをサポートします。

パッケージと価格

Prusamentの素材はすべて、密閉された段ボール箱に入っており、再封可能なプラスチック袋と乾燥剤が同梱されています。スプールには特徴的な六角形の切り抜きがあり、重量と輸送コストを削減しつつ、フィラメントの端を固定するアンカーポイントとしても機能します。各スプールには製造日、プリント設定、追跡および品質管理情報用のQRコードが記載されています。

価格は素材によって異なります。PLAは1kgあたり25ユーロですが、PETGとASAはどちらも1スプールあたり30ユーロで販売されています。ただし、ASAの密度は15%低いため、ASAのスプールは1kgではなく850gとなっています。これにより、ASAの1kgあたりの価格は35ユーロとなります。長さで計算すると、PLAは1メートルあたり7.5セント、PETGとASAはどちらも1メートルあたり9セントです。米国では、PrusamentはAmazonで購入可能で、無料のPrime配送が利用できます。

造形品質と外観

3種類の素材すべて、Original Prusa i3 Mk3sを使用して、パラメータ調整なしの標準設定で問題なくプリントできました。PLAは215°Cで冷却ファン100%、PETGは250°Cでファン30-50%、ASAは260°Cでファン20%でプリントしました。

オーバーハングはすべての素材で55°まで良好に造形でき、65°から劣化が見られました。ASAは特に急な角度でも品質を維持しました。糸引きや細かいディテールは素材間で同程度でしたが、PETGは細かい先端部分でわずかに糸引きが多く見られました。ブリッジ性能はPLAが最も優れており、PETGは十分な性能、ASAは最も困難でした。

3D Benchyテストモデルは、3種類とも非常に優れた仕上がりでした。アーミーグリーンのPLAとジェットブラックのPETGは光沢のある仕上がりになり、オレンジのASAはマットな外観になりました。PETGにはわずかな糸引きが見られ、ASAには冷却時の収縮が大きかったことを示す底面のわずかな段差が見られました。この素材グループでは通常難しいASAの煙突のディテールも、冷却ファンを適用したことで綺麗にプリントできました。

静的強度と層間接着力

機械的試験では、標準化されたダンベル型試験片ではなく、カスタムのフックサンプルを使用しました。水平フック（平らに置いてプリント）で静的強度を、垂直フック（立ててプリント）で層間接着力を評価しました。

水平フックの結果では、PLAは73kgで最小限の降伏の後に突然破断しました。ASAは57kgで同様の脆性破壊を示しました。PETGは55kgと最も弱かったものの、顕著な延性を示し、突然折れるのではなく、破断するまで大幅に伸びました。

垂直フックのテストでは、層間接着力の違いが明らかになりました。PLAフックは平均40kgで破断し、水平強度の55%に相当しました。PETGフックは25kgで破断し、水平強度の46%でした。ASAフックはわずか17kgで破断し、水平強度のわずか29%でした。この弱さは、ASAが冷却なしの加熱チャンバー内でのプリントを好むという特性を反映しています。ASAを約30°Cのエンクロージャー内でテストしたところ、破断荷重は20kgまで増加し、20%の改善が見られました。理想的な結果を得るには、より高いチャンバー温度が必要です。

剛性の比較

剛性は強度とは異なり、変形に対する抵抗力を測定するものです。完全に密度の高いバーを用いた3点曲げ試験により、各素材の曲げ弾性率を定量化しました。

PLAは3,300 MPaで最も高い剛性を示しました。ASAは2,300 MPaで2番目でした。PETGは1,900 MPaで最も柔軟であり、PLAの剛性の70%に留まりました。この違いは、剛性を必要とする部品を設計する際に重要となります。

耐衝撃性試験

衝撃挙動は、ひずみ速度に依存する材料特性のため、静的強度とは異なります。ノッチ付きIZOD衝撃試験片を校正済みのハンマーで叩き、ハンマーの振り上げ高さの減少によってエネルギー吸収量を測定しました。

PLAはハンマーの運動エネルギーの約8%を吸収し、衝撃強度は5 kJ/m²でした。PETGは14%を吸収し、8.6 kJ/m²となりました。ASAは大幅にタフで、ハンマーのエネルギーの約30%を吸収し、衝撃強度は18 kJ/m²でした。これはPLAの3倍以上、PETGの2倍以上の耐衝撃性です。この優れた耐衝撃性能により、ASAはドローンのフレームなど、衝撃荷重を受ける用途に価値を発揮します。

耐熱性と性能

温度試験では、荷重をかけたサンプルを対流式オーブンに入れ、熱電対を使用して軟化点と破壊点を測定しました。

PLAは60°Cで軟化し始め、65°Cで完全に破壊しました。PETGは80°Cで軟化し、85°Cで破壊しました。ASAは最も熱的に安定しており、110°Cで軟化し120°Cで破壊したため、沸騰したお湯に近い温度環境での用途に適しています。

素材の選び方

すべての基準で優れている素材は存在しません。PLAは最もプリントが容易で強度と剛性に優れており、一般的な用途のほとんどに適しています。その脆さと低い耐熱性は、衝撃を受けやすい環境や加熱される環境での使用を制限します。

PETGは、PLAと比較して延性と靭性が向上しており、適度な造形性を維持しています。しかし、剛性が低く、PLAに対する耐衝撃性の改善も控えめであるため、重量が重要な用途にはあまり適していません。約80°Cまでは十分に機能します。

ASAは、熱安定性、耐衝撃性、耐UV性が求められる過酷な用途で輝きます。密度が低いため、同等の強度対重量比を維持しながらPLAよりも軽量化できます。トレードオフとして、加熱チャンバーなしでは層間接着力が低下し、プリント中に強い臭いが発生します。

クアッドコプターのフレームの場合、PLAは十分な強度と剛性を提供します。ASAは、プリント設定に注意が必要ですが、耐衝撃性、熱安定性、低密度という点で魅力的です。PETGは、重量が重要ではなく、さらなる靭性と熱安定性が必要な場合に適しています。

結論

これら3つの素材ファミリーのPrusamentフィラメントは、いずれも優れた品質で確実にプリントできました。選択は特定の要件によって異なります。プリントの容易さと剛性を優先するならPLA、靭性と熱性能の向上を優先するならPETG、衝撃や熱に対する要求が厳しい過酷な用途にはASAが適しています。これら3つの実績ある素材から選択する際は、用途の機械的要件と環境要件を考慮してください。