熱可塑性ポリウレタン (TPU)
材料の概要
熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、柔軟性、耐摩耗性、および高い弾性を備えたポリマーであり、機能プロトタイプや最終使用部品の積層造形において広く使用されています。ゴムのような挙動と熱可塑性加工性の組み合わせで知られる TPU は、衝撃吸収、振動減衰、および曲げ性が求められる部品の製造を可能にします。優れた層間接着性と回復力により、繰り返し荷重や機械的変形を受ける部品に最適です。Neway AeroTech の専用TPU 3D 印刷などの先進的なポリマー積層造形ワークフローで処理される場合、TPU は一貫した機械的挙動、良好な表面仕上げ、および形状の自由度を提供します。その耐薬品性と過酷な環境における耐久性のある性能により、消費財、航空機内装、ロボティクス、産業用シール、医療機器ハウジング、および自動車部品などで一般的に使用されています。
国際名称または代表的グレード
地域 | 一般名称 | 代表的グレード |
|---|---|---|
米国 | TPU | TPU 85A, TPU 95A |
欧州 | Thermoplastic Polyurethane | Elastollan®, Desmopan® |
日本 | ポリウレタンエラストマー | TPU-A |
中国 | 熱可塑性ポリウレタン | TPU 90A |
業界分類 | 柔軟性熱可塑性エラストマー | TPU-E, TPU-S |
代替材料オプション
異なる機械的性質または環境特性が必要な場合、いくつかのポリマーを TPU の代替として使用できます。剛構造部品には、ポリカーボネート (PC) がはるかに高い強度と向上した耐熱性を提供します。化学的安定性と全体の靭性が必要な場合は、ナイロン が優れた耐摩耗性を提供します。最大限の柔軟性が必要なアプリケーションでは、SLA ベースのシステムで使用されるフレキシブルレジンが有益であり、より柔らかいエラストマー特性を実現できます。衝撃耐性を強化した耐久性のある機能プロトタイプには、タフレジンがバランスの取れた代替案となります。透明性が必要な場合は、PETG が良好的な透明度と耐候性を提供します。優れた環境適応性を備えた軽量印刷部品には、ABS が一般的なエンジニアリングアプリケーションにおいて実証済みのソリューションです。
設計目的
TPU は当初、柔軟なゴム状エラストマーと溶融加工可能な熱可塑性樹脂のギャップを埋めるために設計されました。その設計意図は、弾性、引裂き強さ、および化学的安定性を効率的な熱加工と組み合わせることに焦点を当てています。積層造形において、TPU はクッションング、シーリング、および動的アプリケーション向けに、再現性のある性能を持つ耐久性のある柔軟部品を可能にするために採用されました。TPU の多用途性により、エンジニアは従来の方法では成形が極めて困難または不可能な複雑な形状を持つ、ソフトタッチ表面、動的ジョイント、柔軟なダクト、ウェアラブルデバイス、および衝撃吸収構造を作成できます。
化学組成（汎用 TPU）
成分 | 組成 (%) |
|---|---|
ポリオール | 50–70 |
ジイソシアネート | 20–40 |
鎖延長剤 | 5–15 |
添加剤（安定剤、着色剤） | < 5 |
物理的特性
特性 | 値 |
|---|---|
密度 | 1.10–1.22 g/cm³ |
融点 | 160–220°C |
ショア硬度 | 80A–98A |
吸水率 | 低 |
熱伝導率 | 中程度 |
機械的特性
特性 | 典型的な値 |
|---|---|
引張強さ | 25–50 MPa |
破断伸び | 300–600% |
引裂き強さ | 高 |
耐摩耗性 | 優れている |
曲げ弾性率 | 低（高い柔軟性） |
主な材料特性
繰り返し曲げ後の優れた弾性回復を伴う卓越した柔軟性
可動部品向けの高い引裂き強さと例外的な耐摩耗耐久性
保護構造に理想的な強力な衝撃吸収性と振動減衰特性
油、燃料、および洗浄剤に対する良好��耐薬品性
動的およびウェアラブルアプリケーション向けの優れた疲労性能
3D 印刷中の滑らかな表面仕上げと強力な層間結合
従来の成形では不可能な複雑な柔軟形状を形成する能力
広範な温度範囲にわたる一貫した挙動
消費者向けおよび人間工学的部品に適したソフトタッチ感
工業デザイン向けの着色性と良好な美観適応性
循環変形下の微細亀裂に対する耐性
プロトタイプと最終使用エラストマー部品の両方に適している
さまざまな工程における製造可能性
FDM/FFF 3D 印刷：TPU は比較的低い温度範囲で確実に印刷でき、強力な層間接着性を示すため、柔らかく曲げ可能な部品に最適です。
SLS：粉末ベースの TPU は、産業グレードの柔軟部品向けに均一な密度と優れた機械的一貫性を実現します。
SLA/DLP エラストマー代替品：直接使用されるわけではありませんが、より微細なディテールを必要とするアプリケーションを補完するために、TPU に似たフレキシブルレジンを使用できます。
射出成形（従来型）：TPU は成形可能ですが、積層造形のような形状の自由度や小ロット生産の利点はありません。
組み立てと接合：TPU はハイブリッド組み立てのために機械的固定および選択的接着剤接合と互換性があります。
プロトタイピング：TPU は、Neway の3D 印刷サービスを通じて提供される混合材料迅速プロトタイピングワークフローとよく統合されます。
CNC 加工：弾性と低い弾性率により制限されますが、軟質部品のトリミングや仕上げには実行可能です。
適切な後処理方法
制御された熱曝露または化学処理による表面平滑化
精密なエッジ仕上げのためのトリミングおよび切断
美観のカスタマイズための染色および着色
多孔性を低減し耐薬品性を向上させるための表面封止
制御された熱サイクルによる弾性の調整
FDM/SLS 構造のサポート除去
材料試験ワークフローを通じた寸法較正および圧縮試験
医療用またはウェアラブル部品向けの梱包および滅菌オプション
一般的な業界とアプリケーション
民生電子機器：保護ケース、ウェアラブルデバイスストラップ、ソフトタッチ部品
自動車：柔軟なダクト、シール、ガスケット、振動低減部品
航空機内装：クッション構造、柔軟なコネクタ、キャビン部品
ロボティクス：柔軟なジョイント、コンプライアントグリッパー、動的ハウジング
医療機器：ブレース、パディング要素、人間工学的ハンドル
産業製品：ホイール、ローラー、ポリウレタンブッシュ、防振マウント
この材料を選択すべき時期
設計に高い柔軟性、弾性回復、またはエネルギー吸収が必要な場合
部品が動�荷重または繰り返しの機械的運動を受ける場合
ソフトタッチまたは人間工学的特性が不可欠な場合
複雑な柔軟形状を従来の方法で成形できない場合
油、燃料、汗、または溶剤に対する耐薬品性が必要な場合
軽量で回復力のある部品を低い工具コストで製造する必要がある場合
多材料統合またはウェアラブル機能が必要な場合
製品プロトタイプがゴムのような性能を再現する必要がある場合
