ブログ について 導電性PLAは3D印刷電子機器製造を変換する

複雑な回路基板や配線なしで、電気を通したり、LEDに電力を供給したり、さらにはタッチセンサーによるインタラクションを可能にする3Dプリントオブジェクトを作成することを想像してみてください。この未来的なビジョンは、導電性PLA（ポリ乳酸）の登場により現実のものとなりました。特殊な3Dプリンティング材料である導電性PLAは、標準的なPLAに関連する印刷の容易さを維持しながら、電流を伝達する能力を獲得しています。この画期的な技術は、電子プロトタイピング、ウェアラブルデバイス、センサーなど、新たな可能性を切り開きます。この記事では、導電性PLAの組成、特性、用途、および印刷技術について探求し、この最先端技術に関する洞察を提供します。

導電性PLAとは、導電性フィラーを注入したPLAフィラメントのことで、電流を流すことができます。2015年、Graphene 3D Lab（後にG6 Materialsに改名）は、グラフェン強化PLAフィラメントを開発し、導電性PLAを3Dプリンティング市場に参入させました。この材料は、低電圧（0〜60V）の電子デバイスにとって費用対効果の高いソリューションであり、PLAの機械的強度の一部を維持しています。ただし、導電性フィラーの追加は、材料の機械的特性にも影響を与える可能性があります。

PLAの導電性は、使用されるフィラーの種類によって決まります。一般的な導電性フィラーには以下が含まれます。

• カーボンブラック： 顔料としてよく使用される粉末状の炭素材料。PLAと混合すると、導電性が大幅に向上します。カーボンブラックは、導電性PLAにとって最も経済的なフィラーです。
• グラフェン： 優れた導電性を持つ、単層の六角形炭素原子格子。グラフェン強化PLAは、優れた電気的および機械的性能を提供しますが、コストは高くなります。
• 金属粉末： 銅またはブロンズの粉末をPLAに添加して、導電性を向上させることができます。金属充填PLAは通常、最高の導電性特性を持ちますが、材料密度とコストが増加します。

導電性PLAは、PLAの利点（低コストと印刷の容易さ）を継承し、電気的機能を追加します。主な特徴は次のとおりです。

• フィラー含有量： 導電性フィラーは、体積で最大80％を占める可能性があります。
• 抵抗率： 通常、XY平面（プリントベッドと平行）で約30Ω-cmです。
• Z軸抵抗率： XY抵抗率よりも高い（最大115Ω-cm）のは、層間の結合が弱いためです。
• 安全な電流と電圧： 過熱を防ぐために、最大100mAの電流と60Vの電圧です。
• 抵抗： 1.75mmフィラメントの10cmの長さは、通常2000〜3000Ωを測定します。

ブランドによって、フィラー組成に基づいて導電性が異なります。

導電性PLAは、低電圧電子機器、センサー、シールドなど、さまざまな分野で使用されています。

• 回路プロトタイピング： 従来のPCBやはんだ付けなしで、低電圧回路を迅速に作成できます。
• ウェアラブルエレクトロニクス： スマートグローブやフィットネスモニタリング衣類などのフレキシブル回路やセンサーに最適です。
• EMIシールド： 医療または航空宇宙用途で、敏感な電子機器を干渉から保護します。
• ESD保護： 電子部品を保護するために、帯電防止エンクロージャーで使用されます。
• 低電力LED照明： 装飾用またはインジケーターライト用のコンパクトで統合された設計を容易にします。
• タッチセンサー： スマートホームインターフェース用のインタラクティブなボタンやスライダーを可能にします。

標準的なPLA印刷と同様ですが、導電性PLAは最適な結果を得るために特定の調整が必要です。

• ノズル： 摩耗を防ぐために、カーボンブラックPLAには硬化鋼が推奨されます。
• 温度： 通常215℃（ブランドによって異なります）。
• ベッド温度： より良い接着のために60℃。
• 速度： 10〜45 mm/sに減速（複雑な印刷の場合は遅く）。
• 層の高さ： 小さい高さは、精度と強度を向上させます。
• 冷却： 反りを防ぐために、適度なファンを使用します。

• 材料の保管： 湿気の吸収を防ぐために、フィラメントを乾燥させてください。
• Z軸強度： 垂直方向の応力を最小限に抑えるように部品を設計します。
• 充填密度： 最適な導電性のために100％を推奨します。
• 電気的制限： 高電流用途には適していません。

利点にもかかわらず、導電性PLAには注目すべき制限があります。

• 限られた導電性： 高電圧または高電流用途には適していません。
• 機械的強度の低下： 標準的なPLAよりも脆くなります。
• 異方性特性： Z軸の結合が弱く、構造的完全性に影響します。
• 高コスト： 従来のPLAフィラメントよりも高価です。

導電性ABSは、より高い靭性と耐衝撃性を提供しますが、より高い印刷温度と密閉型プリンターが必要です。選択は、アプリケーションの要件とプリンターの機能によって異なります。

導電性PLAは、製造と電子機能を融合させた3Dプリンティングにおける革新的な進歩を表しています。現在の制限はありますが、進行中の材料開発は、より幅広い用途を約束します。この技術は、イノベーターがこれまでにない効率性で統合された電子デバイスを試作および製造することを可能にし、付加製造における大きな一歩を踏み出します。