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導電性フィラメント

導電性フィラメントは、スマートでインタラクティブなアプリケーション向けに統合された電気経路を持つ機能的な 3D 印刷部品を可能にします。

材料紹介

3D 印刷用導電性フィラメントは、標準的な積層造形材料の加工性を維持しながら電気伝導性を実現するために設計された特殊な熱可塑性複合材料です。これらのフィラメントは通常、PLA、ABS、PETG、または PC などのポリマーに、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ、または金属粉末などの導電性改質剤をブレンドして配合されます。その独特な電気的特性により、センサーハウジング、低電圧回路、EMI シールド部品、ウェアラブル電子機器、およびインタラクティブなプロトタイプなどの機能部品の作成が可能になります。Neway の産業用プラスチック 3D 印刷機能と組み合わせることで、導電性フィラメントは、エンジニアリング検証、機能テスト、および新興のスマートデバイスアプリケーションに適した、精密で寸法安定性の高い部品を生み出します。

代替材料オプション

導電性フィラメントが特定の電気的、熱的、または機械的要件を満たさない場合、いくつかの代替材料を選択できます。より高い構造性能または耐熱性が必要な場合は、内蔵の導電性ではなく導電性コーティングと組み合わせて、PCまたはPEEKを使用できます。柔軟性が必要なウェアラブル電子機器やひずみセンサーの場合は、導電性添加剤を含むTPUが、より柔らかく弾力性のあるソリューションを提供します。耐薬品性または機械的耐久性の向上が必要なアプリケーションでは、金属またはカーボンベースの充填剤を含むナイロン複合材料が好まれます。非常に高い電気伝導性が必要な場合は、標準樹脂へのめっきなどの後処理方法が、導電性フィラメントよりも優れた性能を発揮することがあります。非常に敏感な部品または RF アプリケーションの場合、超合金 3D 印刷などの金属 3D 印刷が、優れた電気的および熱的伝達特性を提供します。

国際同等品/代表的グレード

国/地域

一般的な名称

代表的な導電性グレード

備考

グローバル

導電性 PLA / ABS / PETG / PC

カーボンブラック PLA、グラフェン PLA、CNT ABS

デスクトップおよび産業用プロトタイピングで最も一般的なクラス。

米国 (ASTM)

ESD 安全フィラメント

ESD PLA、ESD ABS、ESD PC

電子機器の安全性と静電気制御に特化。

欧州 (EN)

導電性ポリマー複合材料

カーボン充填 PA、PC 複合材料

EMI シールドおよび産業用電子機器に使用。

日本 (JIS)

帯電防止/導電性ポリマー

高純度 CNT 導電性プラスチック

均一な導電性と表面品質を重視。

中国 (GB/T)

導電性功能性材料

カーボンブラック PLA、導電性 PETG

電子機器のプロトタイピングおよび教育ラボでの採用が増加中。

3D 印刷カテゴリ

導電性フィラメント

グラフェン、CNT、金属粉末充填フィラメント

電気的性能レベルが異なる拡大中のグループ。

設計目的

導電性フィラメントは、構造的機能と電気的性能を単一の製造工程で組み合わせる 3D 印刷部品を実現するために設計されました。その目的は、エンジニアが、多材料組立に頼ることなく、静電気放散、信号伝送、低電力伝導、または電磁シールドを必要とする部品をプロトタイプ製作または製造できるようにすることです。ポリマーマトリックスに直接導電性添加剤を組み込むことで、回路、センサー、および埋め込み型電子経路の迅速な反復を可能にします。また、IoT デバイス用のカスタム形状ハウジング、統合導電チャネル、およびタッチセンシティブインターフェースもサポートします。設計意図は、生産時間を短縮し、組立を簡素化し、スマート製品開発における新しい概念を解放することです。

化学組成

成分

説明

典型的な含有量

基材ポリマー

PLA、ABS、PETG、PC、ナイロン、またはカスタムブレンド

65–90%

カーボンブラックまたは黒鉛

ESD フィラメントの主たる導電源

5–20%

グラフェンまたはカーボンナノチューブ

高効率導電性改質剤

1–10%

金属粉末(オプション)

銅、ニッケル、またはステンレス微粉末

0–25%

加工助剤

流動性を改善し、凝集を防止

0.5–3%

物理的特性

特性

典型的な値

備考

密度

1.15–1.30 g/cm³

充填剤のため、標準ポリマーよりも高い。

体積抵抗率

10²–10⁵ Ω·cm

充填剤の種類と含有量に依存。

荷重たわみ温度

60–120°C

基材ポリマーによって大きく異なる。

熱膨張

45–110 µm/m·°C

カーボン充填グレードは膨張が低い。

吸水率

0.1–0.8%

ナイロンベースの導電性フィラメントはより多くの水分を吸収する。

機械的特性

特性

典型的な値(印刷時)

備考

引張強度

25–55 MPa

充填剤のため、純粋なポリマーよりも低い。

引張弾性率

1.2–2.5 GPa

基材ポリマーの剛性に依存。

破断伸び

1–8%

カーボン充填剤は延性を低下させる。

衝撃強度

中程度

通常、PC またはナイロンよりも低い。

硬さ

ショア D 65–80

充填剤含有量が高いほど表面硬度が向上。

主要な材料特性

  • 低電圧回路、センサー、および ESD 安全部品に対して測定可能な電気伝導性を提供します。

  • 正確な機能プロトタイピングのために、Neway のプラスチック 3D 印刷システムと互換性があります。

  • 3D 印刷された幾何形状に直接埋め込まれたカスタマイズされた導電経路を可能にします。

  • 導電性を必要とするアンテナ、EMI シールド部品、およびセンサーハウジングに適しています。

  • ウェアラブル電子機器、IoT デバイス、およびスマートハードウェアの開発をサポートします。

  • 充填剤の含有量とポリマーマトリックスに応じて、調整可能な導電性を提供します。

  • 使用される基材ポリマーに応じて、合理的な熱安定性を維持します。

  • 金属ワイヤーやはんだ付けを使用せずに、回路コンセプトの迅速なテストを可能にします。

  • ハイブリッド機能構造のために、特殊プラスチックと組み合わせることができます。

  • スイッチ、静電容量式タッチインターフェース、および抵抗式センサーのプロトタイピングに有用です。

さまざまな製造方法における加工性

  • 導電性材料の溶融堆積法印刷では、カーボン添加剤の研磨性により硬化ノズルが必要です。

  • 印刷温度は基材ポリマーによって大きく異なり、190°C から 290°C の範囲です。

  • 充填剤の凝集による詰まりを防ぐために、流量と押し出し設定を慎重に調整する必要があります。

  • 機能的な導電性を得るためには、高い充填率と整列された印刷方向が有益です。

  • 導電性 PETG および ABS は、導電性 PLA と比較して層間接着性が向上しています。

  • ナイロンベースのフィラメントなどの湿気感受性グレードは、印刷前に十分な乾燥が必要です。

  • PC ベースの導電性フィラメントはより高い耐熱性を提供しますが、密閉型プリンターが必要です。

  • 導電性印刷部品の機械加工は可能ですが、研磨性充填剤により工具の摩耗が早まります。

  • インサート配置と互換性があり、ハイブリッド電子構造の作成を可能にします。

  • 導電性を失わずに剛性を向上させるために、炭素繊維強化フィラメントと組み合わせることができます。

適切な後処理オプション

  • 研削および機械仕上げは表面品質を向上させますが、導電経路を変更しないよう注意深く行う必要があります。

  • 意図的に絶縁しない限り、導電表面を絶縁しないよう、塗装またはコーティングを慎重に選択する必要があります。

  • 導電性の向上または金属外観が必要な場合、印刷された導電部品へのめっきが可能です。

  • 熱処理は残留応力を低減し、寸法安定性を向上させるのに役立ちます。

  • 導電性接着剤は、はんだ付けの必要性なしに電子組立体への統合を容易にします。

  • レーザーマーキングは、電気的性能に影響を与えずに耐久性のある識別を提供します。

  • 金属インサートの埋め込みは、機械的に堅牢な電気接続を可能にします。

  • 導電性コーティングの適用は、より要求の厳しい回路のために表面導電性を高めます。

  • 蒸気平滑化は、導電表面を劣化させる可能性があるため、一般的には推奨されません。

一般的な業界とアプリケーション

  • 電子機器および IoT デバイス:印刷回路、接点、およびハウジング統合型導電機能。

  • 航空宇宙および航空:航空宇宙システム用のセンサーマウントおよび導電部品。

  • 自動車:自動車セクターにおける ESD 安全治具および電子インターフェース。

  • エネルギーおよび産業機器:エネルギーおよび発電施設内の信号伝送経路。

  • 産業オートメーション:接触パッド、導電性グリッパー、および EMI シールド部品。

  • ウェアラブル電子機器:スマート衣類およびセンサー用の柔軟な導電ネットワーク。

この材料を選択すべき時期

  • 金属加工なしで電気部品またはセンサー部品の迅速なプロトタイピングが必要な場合。

  • カスタム形状の低電圧回路、タッチセンサー、またはインタラクティブインターフェースを構築する場合。

  • 統合された導電経路と最適化されたハウジングを必要とする IoT デバイスを開発する場合。

  • 組立治具または電子パッケージングにおいて、静電気放散または ESD 安全性が必要な場合。

  • 電気的機能と機械的機能を組み合わせることで、組立時間と部品点数を削減できる場合。

  • 非従来型の幾何形状でアンテナまたは EMI シールド部品をプロトタイピングする場合。

  • 標準フィラメントと同様の印刷性を維持しつつ、中程度の導電性が必要な場合。

  • PCB 製造または完全な電子統合前に、概念的な回路を検証する場合。

  • スマートデバイス設計を迅速に反復するために、Neway の3D 印刷サービスを利用する場合。

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