HP Jet Fusion 5600 機械特性

ホワイトペーパー HP Jet Fusion 5600シリーズ 3Dプリンティングソリューション 機械特性

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 はじめに HPは、部品設計者と部品メーカーの、3Dプリンティングの可能性を最大限に引き出し、来たるデジタルマニュファクチャリング の時代に向けて必要な技術情報とリソースを提供しています。 このホワイトペーパーでは、HP Jet Fusion 5600 3Dプリンティングソリューションにて利用可能なHP 3Dプリンティング材料の 機械特性について、以下の項目に基づいて説明します。 (Merged to the text above （No.8）) HP 3D High Reusability（HR）PA 12（Evonik社開発）i、HP 3D HR PA 12 S（Arkema社開発）ii、HP 3D HR PA 12 FR （Evonik社開発）iii、HP 3D HR PA 12 Wの主な機械特性 これら機械特性の数値を得るために用いられたサンプル・試験片の造形条件およびテスト条件の詳細な説明 一般的な熱可塑性樹脂材料の機械特性に関する補足情報、本書で用いられている重要な語句の用語集 HP 3Dプリンティング材料の機械特性 機械特性評価するためのテストジョブ HP Jet Fusion 5600 3Dプリンティングソリューションのベースラインとなる機械特性は、標準ジョブ 「Half_Commercial_Datasheet_Job」を使用して評価されました。このジョブでは、349個の診断用部品が、プリント可能体積 全体に配置されています。テストジョブの構成は図1をご覧ください。 図1「. Half_Commercial_Datasheet_Job」部品特性テストジョブ テストジョブの条件 Half_Commercial_Datasheet_Job テストピースの総数 349 充填率（テストピースの総体積/造形エリア体積） 6% 表1. テストジョブの条件 i. HP 3D High Reusability PA12（Evonik社開発）を使用したHP Jet Fusion 3Dプリンティングソリューションは、最大80%のパウダー再利用率で、連続するバッチで機能的部品を生産できます。テストでは、材料 は実際の造形条件同等のエージングをされ、パウダーは世代（再利用回数）ごとに追跡されています（再利用性に関するワーストケースを想定するため）。その後、各世代から部品が製造され、機械特性と精 度がテストされます。 ii.HP 3D High Reusability PA12 S（Arkema社開発）を使用したHP Jet Fusion 3Dプリンティングソリューションは、最大85%のパウダー再利用率で、連続するバッチで機能的部品を生産できます。テストでは、材 料は実際の造形条件同等のエージングをされ、パウダーは世代（再利用回数）ごとに追跡されています（再利用性に関するワーストケースを想定するため）。その後、各世代から部品が製造され、機械特性と 精度がテストされます。 iii.HP 3D High Reusability PA12 FR（Evonik社開発）を使用したHP Jet Fusion 3Dプリンティングソリューションは、最大60%のパウダー再利用率で、連続するバッチで機能的部品を生産できます。テストでは、材 料は実際の造形条件同等のエージングをされ、パウダーは世代（再利用回数）ごとに追跡されています（再利用性に関するワーストケースを想定するため）。その後、各世代から部品が製造され、機械特性と 精度がテストされます。 iv. HP 3D High Reusability PA12を使用したHP Jet Fusion 3Dプリンティングソリューションは、最大75%のパウダー再利用率で、連続するバッチで機能的部品を生産できます。 テストでは、材料は実際の造形条件同等のエージングをされ、パウダーは世代（再利用回数）ごとに追跡されています（再利用性に関するワーストケースを想定するため）。その後、各世代から部品が製造さ れ、機械特性と精度がテストされます。

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 「Half_Commercial_Datasheet_Job」部品特性テストジョブには、長手方向をそれぞれX、Y、Z方向に向けて造形する3種類 の規格品の引張試験片が含まれ、それぞれの数値を別々に測定可能なようビルド構成されています（X軸はプリントヘッドの 動作方向、Y軸はリコーティング動作方向、Z軸はプリンターの垂直方向）。 サンプルの内訳 XY YX ZX 引張試験用サンプルI 22 20 42 引張試験用サンプルV 30 30 70 アイゾット衝撃試験 片3.2mm 30 30 60 密度測定用キューブ 15（2サイズ） 表2. 「Half_Commercial_Datasheet_Job」テストジョブに含まれるサンプル内訳 HP 3D HR PA12（Evonik社開発、バランスプリントモードを使用）でのテスト結果 HP 3D HR PA12i、ii、iii 平均（XY） 平均（Z） 試験規格 引張強度（MPa）iv 54 54 ASTM D638 引張弾性率（MPa）iv 2150 2150 ASTM D638 降伏点伸び（%） 11 9 ASTM D638 破断伸び（%） 18 10 ASTM D638 衝撃強度（kJ/m²）v 4.5 4.4 ASTM D256 密度（g/cm³） 1.02 ASTM D792 i. 社内テストに基づき、「HP Half_Commercial_Datasheet_Job」を使用して、材料品質管理ガイドラインに従って2つの材料ロットを使用して測定されています。他の形状、ジョブ、材料ロット、 材料条件では、結果は異なる場合があります。 ii. HP 3D HR PA12（Evonik社開発）を、20%のリフレッシュレートで利用し、バランスモードのプリントプロファイルを使用して自然冷却にて造形しました。造形後には、5～6 barにてビーズブラ スト処理を行っています。結果は、HP 3Dプロセス ディベロップメントソフトウェアを使用して調整できます。 iii. プリンター設定は全てHP推奨設定および調整方法に従い、位置合わせされたプリントヘッドを使用しています。 iv. 引張強度の大部分（部品の95%）は50～56 MPaの範囲内に留まります。一方、引張弾性率の値は2000～2300 MPaの範囲内にあります。 v. ASTMD 256規格に従い、@ 3.2mmの切欠き試験片とアイゾット試験法Aを使用しています。 新旧MJFソリューション でのバランスプリントモードの比較 下の表は、5600と旧来のMJFソリューションを比較した場合の機械特性のばらつきの改善を示します（95%の部品がこれら の範囲内に収まります）。HP 3Dプロセス ディベロップメントソフトウェアを使用すれば、さらなる改善が可能です。 HP 3D HR PA12i 4200 5200 5600 引張強度［MPa］ 45～55 45～55 50～56 引張弾性率［MPa］ 1500～2100 1650～2200 2000～2300 i. 詳細については、各製品の機械特性ホワイトペーパーを参照してください。

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 HP 3DHR PA12（Arkema社開発）でのテスト結果 この表は、HP Jet Fusion 5600シリーズ3DプリンティングソリューションのHP 3D HR PA12 S（Arkema社開発）において、バランスモードで のPA12 SプリントプロファイルとタイプI引張試験片を用いて、ASTM D638規格に準拠した値を示しています。 HP 3D HR PA12 S（Arkema社開発）i、ii、iii 平均（XY） 平均（Z） 試験規格 引張強度（MPa）v 45 43 ASTM D638 引張弾性率（MPa） 1700 1700 ASTM D638 降伏点伸び（%） 10 5 ASTM D638 破断伸び（%） 12 5 ASTM D638 衝撃強度（kJ/m²）v 2.5 2 ASTM D256 密度（g/cm³） 0.98 ASTM D792 I.社内テストに基づき、「HP Half_Commercial_Datasheet_Job」を使用して測定されています。他のジョブや形状では結果は異なる場合があります。 ii. HP 3D HR PA12 S（Arkema社開発）材料を、15%のリフレッシュレートで利用し、バランスプリントプロファイルを使用して自然冷却で造形し、5～6 barでビーズブラスト処理を行った後で測定され ています。 iii. プリンター設定は全てHP推奨設定および調整方法に従い、半自動プロセスで位置合わせされたプリントヘッドを使用しています。 iv. 引張強度の大部分（部品の95%）は40～48 MPaの範囲内に留まります。一方、引張弾性率の値は1600～1900 MPaの範囲内にあります。 v. ASTMD 256規格に従い、@ 3.2mmの切欠き試験片とアイゾット試験法Aを使用しています。 HP 3D HR PA12 FR（Evonik社開発）でのテスト結果 この表は、HP Jet Fusion 5600シリーズ3DプリンティングソリューションのHP 3D HR PA12 FR（Evonik社開発）において、バランスモードでの PA12 FRプリントプロファイルとタイプI引張試験片を用いて、ASTM D638規格に準拠した値を示しています。 HP 3D HR PA12 FR（Evonik社開発）i 平均（XY） 平均（Z） 試験規格 引張強度（MPa）ii 46 46 ASTM D638 引張弾性率（MPa）iii 2580 2540 ASTM D638 降伏点伸び（%） 3.8 3.6 ASTM D638 破断伸び（%）iv 4.7 4 ASTM D638 アイゾット衝撃強度切欠きあり（kJ/m²）v 2.8 2.7 ASTM D256 荷重たわみ温度0.45 MPa（ºC） 172 ASTM D648 荷重たわみ温度1.82 MPa（ºC） 97 ASTM D648 ボールプレッシャー（ºC） 165 IEC 60695 i. 社内テストに基づき、「HP Half_Commercial_Datasheet_Job」を使用して、材料品質管理ガイドラインに従って2つの材料ロットを使用して測定されています。他のジョブと形状、ジョブ材料ロット、 材料条件では、結果は異なる場合があります。HP 3D HR PA12 FR（Evonik社開発）を利用し、バランスモードのプリントプロファイルを使用して自然冷却にて造形しました。造形後には、5～6 bar にてビーズブラスト処理を行っています。プリンター設定は全てHP推奨設定および調整方法に従い、位置合わせされたプリントヘッドを使用しています。引張試験片は、40番目から170番目までに プリントされたものが測定されています。 ii. 測定された引張試験片の95%で、引張強度が38 MPaを超えています。 iii. 測定された引張試験片の95%で、引張強度が2250～2850 MPaの範囲内です。 iv. 測定された引張試験片の95%で、XY方向の破断伸びが3.5%を超え、Z方向の破断伸びが3%を超えています。 v. ASTM D256規格に従い、@ 3.2mmの切欠き試験片とアイゾット試験法Aを使用しています。

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 HP 3D HR PA12 Wのテスト結果 この表は、HP Jet Fusion 5600シリーズ3DプリンティングソリューションのHP 3D HR PA12 Wにおいて、バランスモードでの PA12 WプリントプロファイルとタイプI引張試験片を用いて、ASTM D638規格に準拠した値を示しています。 HP 3D HR PA12 Wi、ii、iii 平均（XY） 平均（Z） 試験規格 引張強度（MPa）iv 49 45 ASTM D638 引張弾性率（MPa） 1900 1850 ASTM D638 降伏点伸び（%） 11 8 ASTM D638 破断伸び（%） 17 9 ASTM D638 衝撃強度（kJ/m²）v 4.5 4.4 ASTM D256 密度（g/cm3） 1.02 ASTM D792 I.社内テストに基づき、「HP Half_Commercial_Datasheet_Job」を使用して測定されています。他のジョブや形状では結果は異なる場合があります。 ii. HP 3D HR PA12 Wを、25%のリフレッシュレートで利用し、バランスモードのプリントプロファイルを使用して自然冷却にて造形しました。形後には、5～6 barにてビーズブラスト処理を行っています。 iii. プリンター設定は全てHP推奨設定および調整方法に従い、半自動プロセスで位置合わせされたプリントヘッドを使用しています。 iv. 引張強度の大部分（部品の95%）は40～51 MPaの範囲内に留まります。一方、引張弾性率の値は1700～2050 MPaの範囲内にあります。 v. ASTMD 256規格に従い、@ 3.2mmの切欠き試験片とアイゾット試験法Aを使用しています。 この表は、∆E（CMC）で得られる色のばらつきの結果を示します。 HP MJF ∆E 試験規格 新しい造形部品の色の一貫性i 3.5 CI64 X-Rite、14mm、絞り値F2、10ºC 風化試験後の造形部品の色ii 3.5 ASTM G154/ASTM D4329 新しいプリント部品と経年部品の色のばらつきの結果 i. 部品のCIELAB座標とHP白基準の間の∆E：L* = 80.647、b* = 1.866。部品はソリッドと中空の立方体で、異なるパウダーロットと進化したパウダー世代を使用して、デフォルト設定で造形されていま す。厚さが1.5mm未満の部品の場合、局所的な色のばらつきはこれより大きいことがあります。 ii. 新しい部品と加速風化試験後の部品の∆E（試験はASTM G154/ASTM D4329規格に従って実行：60ºCで紫外線を当てて8時間+50ºCで結露状態で4時間、最大1000時間繰り返し）。 4AA8-265EEW、2023年3月 色差∆Eの基準としては、MJFは以下のように設定された業界のベンチマークと同等です。 射出成形 -成形品の新しい部品と経年部品の間の色差は、一般的に∆E=3.5～5であることが要求されます。MJFで造形 した部品の風化試験の結果では、最大色差∆E=3.5です。 -射出成形原材料の仕様は∆E=1です。PA 12 Wの新品パウダーロットの色のばらつきは、樹脂ペレットと同等 です。 製紙業界では、ロット間の色の安定度仕様は、一般的に、標準品質用紙で∆E=2、高品質用紙で∆E=1です。

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 付録1：機械特性の要件に適した材料の選択 材料を選択する際に最も理解が必要な要素の1つは、通常の動作で部品にかかる応力です。選択する材料は、部品の機能に 影響を与えないため、応力下で動作アプリケーションの要件を満たし、降伏点が適切である必要があります。荷重、境界条 件、部品の設計空間は、通常は不変的な要素であり、変更できません。動的条件によって荷重が変動するようなケースでは、 部品が疲労に耐えることを確認するなどのために、他の要因や計算を考慮する必要があります。 用途や部品特有の要件に基づいて、設計者が材料を選択するのが理想的です。しかしながら、この作業は容易ではありませ ん。なぜなら、多くの場合、用途や部品特有の全ての要件が明確化しているとは限りませんし、例え全ての要件が明確化され ていたとしても、これらの最終的な用途や部品特有の要件と一般的な材料特性（一般的な試験法にて取得）、または材料 が使用される環境や条件によっては発生する事象との間に、明確な相関関係がないことがあるからです。材料の選択を簡潔 に行うには、一般的に次の3つのステップを実行します。 ステップ1： 汎用的特性を持つ材料を、重要な属性に基づいて選択します。熱可塑性樹脂の場合、最も一般的に用いられる特性は、引張 強度、引張弾性率、伸びです （ただし、他の特性も考慮される場合があります）。 引張強度は、引張応力下での破断に至る前の材料の最大抵抗力を測定します。 引張弾性率は、弾性率または弾性変形に対する抵抗値を測定します。 伸びは、特定のひずみが与えられたときに部品が受ける変形率（弾性または塑性）を測定します。 応力 ひずみ硬化 ネッキング σ （MPa） 極限強度 破断 降伏強度 垂直方向の変位 ヤング率 = 垂直方向の変位 = 勾配 水平方向の変位 水平方向の変位 3@Y 3@B ひずみ 弾性変形領域 塑性変形領域（不可逆的） 3（%） （可逆的） 図2. 延性材料の一般的な応力-ひずみ曲線

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 これらの特性と、樹脂と他の材料と比較した相対的な挙動を図3に示しています。 弾性 降伏 プラスチック セラミック 金属 エネルギー吸収 樹脂（高分子材料） 剛性 0.1 10 100 延性 3（%） 図3. 樹脂（高分子材料）、金属、セラミック材料の比較 ステップ2： 材料を選択後、HP Multi Jet Fusionの設計ガイドラインに従って部品の設計を行う必要があります。それにより、 用途や部品 固有の条件によって発生し得るすべての事象に対応するために充分な機械特性の設計マージン（必要に応じて2～3倍の安 全率を確保）を得られます。 ステップ3： これらの原則に従って設計を実行した後でも、設計の精度を確かな物にするため用途や部品固有の検証や調査を実施するこ とを強く推奨します。目的とする部品のパフォーマンス維持力を示す検証データを取得したり、経時、または他の生産方式およ び用途や部品にあるような変動要因を明らかにするためです。 強度 σ （MPa）

ホワイトペーパー | HP Jet Fusion 5600シリーズ3Dプリンティングソリューション用HP 3Dプリンティング材料： 機械特性 付録2：主な用語 引張強度あるいは極限引張強度（UTS）は、一般的に MPa または N/mm2 で表されます。これは、材料が引張荷 重に耐える能力を表します。引張強度は、材料が引っ張られた状態で破断せずに耐えられる最大の応力を表しま す。 引張弾性率（ヤング率あるいは E とも）は、一般的に MPa または N/mm2 で表されます。これは、固体材料の剛 性を表す機械特性です。これは、線形弾性条件での材料の応力と歪みの間の関係を定義します。熱可塑性樹脂は 線形弾性領域がきわめて狭いため、これは 0 にきわめて近い場所での応力 - 歪み曲線の傾きとして計算されます。 引張弾性率は、機械的 FEA シミュレーションへの入力値として必要です。 伸びは、特定の応力が与えられたときに部品が受ける変形率を測定します。熱可塑性樹脂の場合、一般的には元 の部品長さに対する変形の大きさの割合（%）で表されます。 - 熱可塑性樹脂の降伏点伸びは、引張降伏応力に対応した変形であるため、応力 - ひずみ曲線が最大になり ます。 - 破断伸びは、部品の破断点に対応する変形です。 衝撃強度は、材料の衝撃に対する耐性を、破壊時に材料が吸収するエネルギーの大きさで表したもので、材料の 靱性と関連しています。単位は一般的に kJ/m2（単位面積あたりのエネルギー）です。 衝撃強度の標準的な測定 方法としては、アイゾット法とシャルピー法の 2 種類があります。専用の振り子式試験装置で、切欠きありと切 欠きなしの試験片をテストすることで、衝撃強度と切欠きの有無による違いが測定されます。 応力とは、 単位面積あたりにかかる力（内力と有効面積の比）です。応力は、調査対象の断面に対する方向に応 じて、垂直応力とせん断応力の 2 種類に分けられます。 変形とは、応力によって固体に歪みを引き起こされた状態 を指します。弾性変形と塑性変形の 2 種類が区別され ます。弾性変形は、印加された応力が取り除かれると消失します。塑性変形は、応力が材料に固有 の限界を超え た場合に発生します。この場合、応力を取り除いても変形は残ります。すなわち、塑性変形は 不可逆な変形にな ります。 © Copyright 2024-2025 HP Development Company, L.P. 記述されている情報は、単なる情報提供のみを目的としています。HP 3Dプリンターソリューションの販売に関する唯一の契約条件は、 販売契約書で定める契約条件です。HP製品、またはサービスの保証は、当該製品、およびサービスに付随する明示的な保証文によっ てのみ規定されるものとします。本書のいかなる内容も、新たな保証または新たな拘束力のある使用条件を追加するものではありませ ん。HPは、本書中の技術上または編集上の誤謬、欠落についての責任は負わないものとします。本書に記載されている内容は事前の 通知なしに変更されることがあります。 4AA8-3357JPN、2025年3月