早くて安いホットグルー注入式ソリッドプリントのストレステスト

Text by kanai

ソリッド（インフィル100%）なモデルをプリントすると、強度は抜群に強くなる。しかし、インフィルを高く設定すると、プリントにかかる時間が非常に長くなり、当然、素材もたくさん使う。

そこで私たち、Lantern Roboticsでは、面白いソリューションを考えた。Hot Melt Adhesive（HMA）を注入するというものだ。HMA（一般にホットグルーと一般に呼ばれている）は、摂氏180度前後で溶ける熱可塑性樹脂だ。これならプリントに注入しても、プリントが熱で変形したりはしない。

結果としては、完全にソリッドな、安くて早い、しかもシェルを調整すれば、固くも柔らかくもなるオブジェクトができる。やり方を説明しよう。

必要なもの：

・ホットグルーガン（ABSで使うなら高温型、PLAなら低温型）
・ホットグルースティック（どんなものでもいい）
・ドリルまたはピンバイス

Step 1
インフィル0%でプリントする。我々の場合、シェルは3から4が最適だった。

step1

Step 2
2つの穴を開ける。ひとつはホットグルーを注入する口。もうひとつは空気抜きの穴だ。穴の大きさはグルーガンの先端がピッタリ合わさるぐらい。そうすることで適度な背圧がかかり、漏れも防げる。

step2-1 step2-2

Step 3:
プリントにHMAを注入する。空気穴から溢れるまで入れて、あとは冷ます。

step3-2 step3-1

コツ

この方法は、中央が空洞なもの、または大きな空洞があるものに向いている。
先端が金属のグルーガン（上の写真参照）を使うと確実な作業ができる。
PLAに注入するときは、できる限り低い温度で行う。
くっついたHMAはイソプロピルアルコールでたいてい落とせる。これを覚えておけば、掃除をするとき、またはモデルの外側にHMAが付着してしまったときに役に立つ。
大きなモデルの場合は、数カ所に穴を開ける。
最初からデザインに穴を設けておけば、より正確に充填ができる。
屋外や高温の場所で行うときは、穴をABS＋アセトンで塞ぐ。

良い点は？

価格：HMAは、3Dプリンター販売店で買うフィラメントに比べると劇的に安い。

素材	平均価格
HMA (Hot Melt Adhesive)	$5-$7.50 / kg
ABS – ホビー向けプリンター用スプール	$30-$50 /kg
PLA – ホビー向けプリンター用スプール	$30-$50 / kg
ABS – 業務用カートリッジ	$200+ /kg

ホットグルースティックは自分で作ることもできる。自作すれば、長さや色や素材も選べて、コストもずっと安くなる。

時間：空洞のモデルは中身をプリントしなくてよいため、プリント時間はうんと短くなる（もちろん、全体のサイズにもよるが）。

ユニークな特徴：HMAは固いがゴムのような弾力もある。そのため、これを注入したオブジェクトは、内側からホットグルーが支えているので割れにくくなる。

・スナップフィットさせるパーツや、ある程度の柔軟性が欲しいパーツによい。
・シェルを調整すると、注入後のオブジェクトの固さや弾力を調整できる。シェル1から2でオブジェクトはしなやかになり、シェル3から4で固くなり、歯車や構造材に使えるようになる。

強度はどうか？

HMAを注入したプリントと、インフィルを高めたプリントとの強さを比較するために、圧縮強度と引っ張り強度の簡単なテストを行った。テスト用に、ABSの組とPLAの組を用意した。

圧縮テスト

本来、耐荷重テストのデータを取るためには、プリントの形状、構造、インフィルの量、プリント温度、ロード方向などなど無数の可変要素を揃える必要があり、正確に計測するための専用の装置も必要なのだが、ここではテスト範囲を限定して、テスト用オブジェクトもひとつに絞って簡易に行うことにした。テストに使ったオブジェクトは 60ミリのロボットホイールだ。

ダイヤルゲージと目盛り付きの万力を使って、それぞれのホイールの歪み、割れ、弾性反発、破断を調べた。