3Dプリンターで水漏れが発生する原因と対策！防水強化の方法 | メディア | 宇都宮市の水道工事なら水漏れの専門家 株式会社ヤタベ設備 | 専門的な施工

積層の隙間と造形の密度不足

3Dプリンターで造形したパーツが水漏れを起こす大きな原因の一つが、積層の隙間と造形密度の不足です。FDM方式の3Dプリンターでは、フィラメントを溶かして層ごとに積み重ねていくため、各層の間にわずかな隙間が生じることがあります。この隙間が水を通しやすくする要因となります。

造形密度と水漏れの関係
3Dプリンターの積層密度が低いと、内部に隙間が生じ、強度が不足します。その結果、水漏れを引き起こしやすくなります。造形密度（インフィル率）は、基本的に100%に近いほど水密性が向上しますが、完全な密閉を保証するものではありません。

隙間が発生する原因

• レイヤー同士の接着が不十分
• ノズルの温度設定が低い
• プリント速度が速すぎる
• インフィルの形状が適切でない（例：ハニカム構造は隙間ができやすい）

フィラメントの特性（PLA、ABS、PETGなど）

フィラメントの選択も3Dプリント製品の水密性に影響を及ぼします。一般的に使用されるPLA、ABS、PETGなどの素材には、それぞれ異なる特性があります。

PLAの問題点 PLA（ポリ乳酸）は吸湿性が高く、長期間水に触れると脆くなります。そのため、耐水性が求められる用途には向いていません。

ABSの特性 ABSは耐水性がPLAより優れていますが、FDMプリント時に収縮しやすく、積層の隙間が発生しやすい欠点があります。アセトン処理などで表面を滑らかにし、密閉性を向上させることが可能です。

PETGの利点 PETG（ポリエチレンテレフタレートグリコール変性）は、水密性が高く耐久性もあるため、水漏れを防ぐには最適なフィラメントの一つです。FDMプリント時の接着力も強いため、層間剥離が起こりにくくなります。

ノズル温度や印刷設定の影響

ノズル温度とプリント設定が適切でない場合、レイヤー同士の接着が不十分になり、隙間が生じることがあります。特に温度が低すぎると、フィラメントの溶融が不十分で、密着性が悪くなります。

造形方式の違い（FDM vs 光造形）

3Dプリンターにはいくつかの造形方式があり、それぞれ水密性に影響を与えます。特にFDM方式と光造形方式の違いを理解することが重要です。

FDM（熱溶解積層方式） FDM方式は積層構造のため、水密性を確保するには追加処理が必要です。インフィル設定や後処理（アセトン処理・塗装）が水密性を向上させる鍵となります。

光造形（SLA/DLP） SLAやDLP方式では液体レジンをUV硬化させるため、積層の隙間がなく、水密性が高くなります。しかし、レジンの種類によっては経年劣化しやすい点に注意が必要です。

経年劣化と樹脂の劣化メカニズム

3Dプリントした造形物は、環境要因によって経年劣化し、ひび割れや変形を起こすことがあります。

積層の精度を高めるプリント設定

3Dプリンターで造形物の水漏れを防ぐためには、積層精度を最大限に高めることが重要です。FDM方式の3Dプリンターでは、溶融したフィラメントを層ごとに積み重ねるため、各レイヤー間に微細な隙間が生じることがあります。この隙間を最小限に抑え、密閉性を向上させるための設定を紹介します。

積層高さ（レイヤーハイト）の調整

• 積層高さを0.1mm以下に設定することで、細かい積層を実現し、隙間を減少させる
• 高精度なプリントには0.05mm～0.1mmの設定が推奨される
• 低積層高さではプリント時間が長くなるが、水密性の向上には不可欠

インフィル設定の最適化

• インフィル率を80%～100%に設定し、内部の空洞を減らす
• グリッドインフィルやジグザグインフィルは密閉性が高く、適している
• ハニカムインフィルは軽量化には適しているが、水密性を確保するには不向き

高密度造形に適したフィラメントの選び方

3Dプリントの水密性を向上させるためには、フィラメント選びも重要です。特に耐水性の高い素材を選択することで、プリント後の防水処理を最小限に抑えることができます。

推奨フィラメント

1. PETG（ポリエチレンテレフタレートグリコール変性）
   
2. 耐水性が高く、耐衝撃性も兼ね備えている
3. 接着力が強いため、層間剥離が起こりにくい
4. 温度変化や湿度にも強い
5. ナイロン（PA）
   
6. 高強度でありながら柔軟性があり、耐水性に優れる
7. 水分を吸収しやすいため、印刷前に乾燥が必要
8. PP（ポリプロピレン）
   
9. 水を弾く特性があり、化学的に安定している
10. 造形時の収縮が激しく、プリント難易度が高い

避けるべきフィラメント

• PVA（ポリビニルアルコール）：水溶性であるため、耐水用途には不向き
• PLA（ポリ乳酸）：水に対する耐性が低く、長期間の使用には適さない

造形中の温度管理と冷却の工夫

水密性の高い造形を実現するためには、適切な温度設定と冷却方法の工夫が必要です。温度が適切でないと、フィラメントがしっかりと密着せず、層間の隙間が生じやすくなります。

適正なノズル温度設定

• PETG：230～250℃
• ABS：230～250℃
• ナイロン：240～270℃

冷却の工夫

• PETGは冷却ファンを50%以下で使用すると層間の密着が良くなる
• ABSやナイロンは冷却ファンをオフにすることで層剥がれを防ぐ
• 造形後の急激な温度変化を防ぐため、室温で自然冷却する

3Dプリンター用レジンやフィラメントの選定基準

耐水性を求める場合、フィラメントやレジンの選定が重要です。以下の基準を満たす材料を選ぶことで、水密性を確保できます。

選定基準

• 耐水性試験をクリアしたものを選ぶ
• メーカーが防水用途として推奨するフィラメントを使用する
• 吸湿しにくいフィラメント（PETG、ナイロン）を選択する

適切な材料とプリント設定を組み合わせることで、水漏れを防ぎ、耐久性のある造形物を作成できます。

透明エポキシ樹脂でのコーティング

3Dプリンターで造形したオブジェクトの防水性を向上させるために、透明エポキシ樹脂をコーティングする方法があります。エポキシ樹脂は硬化後に強靭な防水層を形成し、水の侵入を防ぐのに適しています。

エポキシ樹脂の特性とメリット

• 高い防水性：硬化後の表面は水を通さず、長期間耐水性を維持できる。
• 強度の向上：造形物全体の強度を高めるため、耐久性を向上させる効果もある。
• 透明度の高さ：透明な仕上がりのため、造形のデザインや色合いを損なわない。

エポキシ樹脂コーティングの手順

1. 表面処理：3Dプリント後のサポート材を除去し、表面の凹凸をヤスリや研磨剤で滑らかにする。
2. 樹脂の選択：乾燥後の収縮率が少なく、適切な粘度を持つエポキシを選ぶ。
3. 塗布作業：筆やスプレーを使い、薄く均一にエポキシ樹脂を塗布する。
4. 硬化：24時間以上の時間をかけて自然硬化させる。加熱乾燥する場合は、40～50℃程度の低温でゆっくり行う。

耐水性を向上させる塗装方法

造形物の防水性を高めるために、塗装処理を施すことも効果的です。特に耐水塗料やシリコンベースのコーティングは、高い撥水性能を持ち、外部環境に対する耐性を向上させます。

使用する塗料の種類

塗装の手順

1. 下地処理：サンドペーパーで表面を整え、油分を除去する。
2. プライマー塗布：塗料の密着性を向上させるため、プライマーを塗布。
3. 耐水塗料の塗布：スプレーまたは筆で薄く均一に塗る。
4. 乾燥と仕上げ：適切な時間をおいて乾燥させ、追加塗布を行うことで防水効果を高める。

超音波溶着による隙間埋め

超音波溶着は、3Dプリンターで作成した部品の層間隙間を密閉するための高度な加工方法の一つです。この技術を活用することで、造形物の防水性能を向上させることができます。

超音波溶着の原理

• 高周波振動による接着：樹脂同士を摩擦で加熱し、強固に結合させる。
• 気密性の向上：隙間をしっかりと埋め、水漏れリスクを軽減。
• 追加の接着剤不要：接着剤を使用せず、純粋に材料の特性を活かす。

超音波溶着の実施手順

1. 対象部品の準備：3Dプリントしたパーツの接合面を平滑に整える。
2. 超音波溶着機の設定：周波数20～40kHzの溶着機を使用。
3. 圧力と振動を加える：高周波振動で接合部分を加熱し、一体化する。
4. 冷却と強度確認：溶着後は冷却し、気密性や強度をチェックする。

シリコンシールやゴムパッキンの活用

3Dプリンターで作成した部品の防水性能を向上させるために、シリコンシーラントやゴムパッキンを使用する方法も有効です。

シリコンシーラントの特徴

• 柔軟性が高く、隙間を埋めやすい
• 水に対する耐性が強い
• 紫外線や温度変化にも耐久性がある

ゴムパッキンの特徴

• 取り外し可能な防水対策が可能
• 長期間の使用でも劣化しにくい
• 高圧環境下でも耐水性を維持

施工手順

1. 造形物の接合部分を確認し、密閉が必要な箇所を特定。
2. シリコンシールの塗布：シリコンを均一に塗り、隙間を完全に埋める。
3. ゴムパッキンの設置：適切なサイズのゴムパッキンを装着し、水密性を確保。

防水性能を向上させるアクリルや防水スプレーの使用

防水スプレーやアクリルコーティングを施すことで、3Dプリンターで作成した造形物の防水性を簡単に強化できます。

防水スプレーの種類と特徴

施工手順

1. 造形物の清掃：油分やホコリを除去する。
2. 防水スプレーの塗布：適切な距離（20cm程度）から薄く吹き付ける。
3. 乾燥と追加塗布：1時間以上乾燥させ、必要に応じて再塗布を行う。

防水スプレーは施工が簡単で、初心者でも取り組みやすい方法ですが、長期間の耐水性を求める場合はアクリル樹脂によるコーティングが推奨されます。

以上の方法を活用することで、3Dプリンターで作成した造形物の防水性を向上させ、長期間の耐水性を確保することが可能です。適切な手法を選択し、用途に合わせた防水加工を施しましょう。

3Dプリンターで作成した物品が水漏れを起こす原因は、主に積層の隙間、フィラメントの特性、温度設定、経年劣化に関連しています。特にFDM方式では、積層層間に隙間ができやすく、造形密度が低いと水漏れのリスクが高まります。水漏れを防ぐためには、積層精度を高め、インフィル率を80％以上に設定することが重要です。また、PLAなど水に弱いフィラメントを避け、PETGやナイロンなど耐水性の高いフィラメントを選ぶことが推奨されます。

さらに、ノズル温度やプリント設定も水漏れに影響を与えるため、適切な温度設定と冷却方法が必要です。造形後の後加工としては、透明エポキシ樹脂でのコーティングや、シリコンシール、ゴムパッキンを活用する方法が効果的です。超音波溶着を使って隙間を埋める技術や、防水スプレーを利用することも有効な対策です。

これらの手法を組み合わせることで、3Dプリンターで作成した物品の防水性を大幅に向上させることができ、実用的な防水アイテムを作成することが可能となります。

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お問い合わせ

Q. 3Dプリンターで作った造形物が水漏れする原因は何ですか？
A. 3Dプリンターで造形した物が水漏れする主な原因は、「積層の隙間」「フィラメントの特性」「造形時の温度管理の不適切さ」「経年劣化」の4つが挙げられます。特にFDM方式では積層間に微細な隙間が生じやすく、低密度設定では強度が不足し水が浸透しやすくなります。PLAやABS、PETGなどのフィラメントごとに耐水性が異なり、特にPLAは吸水性が高いため水に弱い傾向があります。また、造形時のノズル温度や冷却設定が不適切だと、層間接着が不十分になり水漏れのリスクが高まります。長期間使用することで紫外線や湿度、温度変化の影響を受け、樹脂が劣化しひび割れが生じることもあります。

Q. 3Dプリンターで水漏れを防ぐための最適なフィラメントは何ですか？
A. 水漏れを防ぐためには、耐水性の高いフィラメントを選択することが重要です。PETGやナイロンは耐水性に優れ、食品容器や防水ケースなどの用途に適しています。ABSも比較的耐水性が高いですが、造形後の処理が必要になることがあります。一方で、PLAは吸水性が高く、長期間の水接触で脆くなるため、防水用途にはあまり適していません。また、PVAなどの水溶性サポート材を使用すると、造形後に水に触れることで崩れてしまうため注意が必要です。防水性能を高めたい場合は、メーカーが耐水性を保証しているフィラメントを選び、適切な後処理を施すことをおすすめします。

Q. 3Dプリンターで作ったコップや花瓶の水漏れ対策として有効な後処理は何ですか？
A. コップや花瓶の水漏れ対策として有効な後処理方法には、「エポキシ樹脂コーティング」「耐水塗料の使用」「アニール処理」「超音波溶着」などがあります。エポキシ樹脂コーティングは、造形表面に均一な層を形成し、水の侵入を防ぐ方法で、特にFDM方式で造形したアイテムに効果的です。また、シリコンベースの耐水塗料やUV硬化塗料を使用することで、防水効果を長期間維持できます。PLA製の造形物にはアニール処理を施すことで結晶構造が強化され、耐水性が向上します。さらに、造形物の接合部分にはシリコンシーラントを塗布したり、ゴムパッキンを使用することで水密性を高めることが可能です。

Q. 3Dプリンターで防水ケースを作る際にIP規格を満たすことはできますか？
A. 3Dプリンターで防水ケースを作る際に、適切な設計と後処理を行えばIP規格を満たすことは可能です。IP65やIP67レベルの防水性を確保するためには、造形時に高密度の設定で出力し、積層の隙間を最小限に抑えることが重要です。また、ゴムパッキンやシリコンシールを使用して接合部の気密性を高めることが推奨されます。さらに、エポキシコーティングやアクリルスプレーを施すことで防水性能を向上させることができます。ただし、完全な防水性能を保証するには、防水試験を実施し、耐圧テストや浸水テストを行うことが必要です。

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