小ロットの機能確認試作部品や最終製品（補給部品）への適用が可能自動車（xEV、FCV、ICE）、航空宇宙、産業機器用途向け3Dプリンタ用 PPS、PA6 造形物
Additive Manufacturing（3D プリンティング、以下、AMと表記）は、複雑形状やカスタム部品が容易に造形出来る事に加え、従来工法に比べ短納期、低コスト化出来る画期的な工法であり、従来の形状確認用試作部品や模型などに加え、小ロットの機能確認試作部品や最終製品（補給部品）への適用が広がり、新たな価値を生み出しています。東レはポリマーメーカーとして、機能性の高いPPS、PA6に着目し、3D 造形物を自動車（xEV、FCV、ICE）、航空宇宙、産業機器用途などに展開しています。更に、3D 造形物の後加工を実施する事で、お客様の要求に応えて参りました。
今回は採用事例を中心に、最先端の AM 材料と技術のコラボレーションをご紹介します。

AM工法
AMは、①開発期間の短縮、②金型レス、③複雑部品形状の造形が可能であり、形状確認用試作部品や工具・治具、模型等に留まらず、昨今は、性能確認用試作部品や樹脂型、最終部品への適用が進んでいます。AM工法の中で最も工業用に使用されているPowder Bed Fusion(PBF)方式は、460mm×460mm×490mmの造形エリアを備え、①形状を保持する為に必要なサポート剤が不要（形状自由度が高い）、②複数個を同時に造形する事により１個当たりのコストを低減できるなど、より生産性の高い工法として活用が進んでおり、耐熱・耐薬品性などを有する高機能樹脂である東レPPSやPA6の造形が可能です。
【図1

PBF方式3Dプリンタの概略図】
レーザー

粉末素材

粉末素材

東レのAM素材（PPS、PA6）
PPSは①電気特性（絶縁性）、②耐薬品性、③低吸水、④耐熱性などに優れたスーパーエンジニアリングプラスチックであり、xEV、FCVなどの次世代モビリティや、ICE、水周り部品などに使用されています。PA6は、①耐薬品性、②耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックでありICE、電動工具、オフィスチェアなどに使用されています。共に、AM材料の中で最高峰の機械特性を持つ材料の1つです。
【表１東レのAM材料を使用した造形物の物性一覧（代表値）】

測定項目（X-Y方向）

PPS造形物
非強化

GF25%強化

CF20%強化

GF30%強化

280

280

280

225

弾性率(MPa)

3,300

5,200

4,000

5,500

強度(MPa)

6391

92

104

弾性率(MPa)

2,100

6,200

6,300

6,500

強度(MPa)

49

66

71

64

密度(g/cm3)

1.22

1.47

1.38

1.32

HDT(℃)(1.8MPa)

123237247

ー

HDT(℃)(0.45MPa)ーーー215線膨張係数(×10-5/K)

5.5

3.2

3.0

3.5

50%

50%

融点(℃)
曲げ
引張

難燃性
粉末リサイクル率【表2PA6造形物

ーV-0相当80%70%

GF強化PPSの電気特性】
測定項目

3D造形物

射出成形

体積固有抵抗率(Ωcm)

10^1310^14

絶縁破壊強度(kV/mm)1414

比誘電率(εr)3.94.3

誘電正接(tanδ)

0.002

0.003

PPS採用事例
トレミルR
1.自動車（ｘＥＶ）(1)モーター
Ａ．インシュレーター
ａ．お客様の狙い︓従来、射出成形（金型）前の機能性試作ではPPS切削を使用し、高温環境下（120-150℃、1-2時間）で電気特性などを確認していたが、車体開発の期間短縮を求められる中、更なる短納期化を求めていた。
ｂ．解決策︓AMで東レGF強化PPSを活用。金属部品やワイヤーなども後加工で圧入しお客様が求めるモデルを作った。また、性能として求められるPPSの絶縁性、耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓従来と同じ機能性評価を行う事が出来、PPS切削品対比、納期を2週間から1週間に短縮、コストを半減する事が出来た。

Ｂ．バスリング、レゾルバ、端子台
ａ．お客様の狙い︓形状が複雑で、PPS切削では加工に時間とコストが掛かり、射出成形品を使用していた為、コストダウンを図りたい。試作では、性能確認（角度検証、絶縁性）を実施していた。
ｂ．解決策︓AMで東レGF強化PPSを活用。金属圧入も実施。表面粗さが粗い為、後加工として手磨きを実施。また、性能として求められるPPSの絶縁性、耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓従来と同じ機能性評価を行う事が出来、PPS射出成形品対比、納期を2ヶ月から1週間に短縮、コストを10分の1に削減する事が出来た。

(２)パワーコントロールユニット
Ａ．ケース、バスバー、電流センサー
ａ．お客様の狙い︓形状が複雑で、PPS切削では加工に時間とコストが掛かっていた為、コストダウンを図りたい。試作では、性能確認（絶縁性）を実施していた。
ｂ．解決策︓AMで東レGF強化PPSを活用。金属圧入も実施。表面粗さが粗い為、後加工として手磨きを実施。また、性能として求められるPPSの絶縁性、耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓従来と同じ機能性評価を行う事が出来、PPS切削品対比、納期を2週間から1週間に短縮、コストを半減する事が出来た。

Ｂ．リアクトルａ．お客様の狙い︓試作ではPPS切削や射出成形品を活用し、電気特性などを確認していた。
車体開発の期間短縮を求められる中、更なる短納期化を求めていた。

ｂ．解決策︓AMで東レGF強化PPSを活用。表面粗さが粗い為、後加工として手磨きを実施。
性能として求められるPPSの絶縁性、耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓従来と同じ機能性評価を行う事が出来、PPS射出成形品対比、納期を2ヶ月から1週間に短縮、コストを10分の1に削減する事が出来た。

２．自動車（ＦＣＶ、水素関連部品）（１）配管、プレート
ａ．お客様の狙い︓試作ではPPS切削や射出成形品を活用し、水素透過性や電気特性などを確認していたが、車体開発の期間短縮を求められる中、更なる短納期化、低コスト化を求めていた。
ｂ．解決策︓AMで東レGF強化PPSを活用。表面粗さが粗い部分があるが後加工（切削）で図面通りに仕上げた。性能として求められるPPSの絶縁性、耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓従来と同じ機能性評価を行う事が出来、PPS射出成形品対比、納期を2ヶ月から1週間に短縮、コストを10分の1に削減する事が出来た。

３．自動車（ICE）（１）水周り／ウォーターポンプインペラなど
ａ．お客様の狙い︓試作ではPPS切削や金属切削＋溶接品を活用し、新規形状のインペラ回転による水流確認、所謂、流路設計に活用されていた。車体開発の期間短縮を求められる中、更なる短納期化、低コスト化を求めていた。
ｂ．解決策︓AMで東レGF強化PPSを活用。表面粗さが粗い部分があるが後加工（切削）で図面通りに仕上げた。性能として求められるPPSの絶縁性、耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓従来と同じ機能性評価を行う事が出来、納期を2ヶ月から２週間に短縮、コストを半減する事が出来た。

４．自動車（モータースポーツ）（１）エンジン部品
ａ．お客様の狙い︓生産数10台/lotのＣＦＲＰ成形品の短納期、低コスト化を実現したい。
また、更なる軽量化を実現したい。
ｂ．解決策︓AMで東レCF強化PPS材料を活用。性能として求められるPPSの耐熱性、耐薬品性などは射出成形品同等である事をデータで示した。
ｃ．結果︓機械特性も問題なく、軽量化出来、従来のCFRPからの切り替えを実現。納期を１ヶ月から１週間に短縮、コストを30%削減する事が出来た。

５．航空宇宙・防衛（１）配管、インペラなど
ａ．お客様の狙い︓生産数10台/lotの為、アルミ切削や、射出金型をおこすコストや設計に掛かる時間があり、削減したい。また、複雑形状の為、効率の良い作り方を実施したい。

ｂ．解決策︓AMで東レCF強化PPS材料を活用。表面粗さが粗い部分があるが後加工（切削）で図面通りに仕上げた。機械特性はデータを取得し提示した。

ｃ．結果︓従来工法（射出成形）比、納期を2ヶ月から1週間に短縮、コストを30%削減する事が出来た。また、事前に難燃性、アウトガス試験などは宇宙空間で使用出来る事を確認頂いた。

PA6採用事例
１．自動車（ICE）（１）インテークマニホールド、オイルストレーナー、エンジンカバー
ａ．お客様の狙い︓従来の機能性試作ではＰＡ１２造形物を使用されており、気密性を上げる為に含侵処理に時間とコストが掛かっていました。また、耐熱性が低い為、評価項目が限られ、組付け確認評価に留まっていました。

ｂ．解決策︓AMで東レPA6材料を活用。簡易的な含侵処理を実施。

ｃ．結果︓PA6は真球粒子による効果により気密性が高く、簡易処理で漏れを無くす事が出来た。また、射出成形と同じ耐熱性を持つため、高温域での評価を実施する事が出来た。

２．電動工具（１）筐体・ハウジング
ａ．お客様の狙い︓形状が複雑で金型をおこす前に機能性を確認したいが、形状が複雑で、従来は耐熱耐薬品性の低いPA12造形物を使用していたので、機能（耐薬品性、強度）などまでは確認できていなかった。
ｂ．解決策︓AMで東レPA6材料を活用。
ｃ．結果︓モーター振動試験でPA12造形物では1回で破損するが、東レPA6の場合、複数回試験をしても破損せず、機械特性が高い事で機能評価を実施する事が出来た。

３．オフィスチェア
（１）オフィスチェア脚
ａ． お客様の狙い︓形状が複雑で金型をおこす前に機能性を確認したいが、形状が複雑で、従来のPA12造形物では機能（塗装による耐薬品性・耐熱性、気密性、強度）などまでは確認できていなかった。
ｂ．解決策︓AMで東レPA6材料を活用。
ｃ．結果︓PA12対比強度が高く、機能性を確認する事が出来た。また、ウレタンなどの粉体塗装時の乾燥工程にも耐える事ができ、より試作の幅が広がった。

東レ株式会社
ケミカル事業部

新事業推進 グ ル ープ

西田 幹也
T E L : 0 3 -3 2 4 5 -5 6 9 3

E -mail :※本資料に記載されたデータは特定条件で得られた測定値の代表例です。
また、本資料に記載された情報、用途例は、お客様製品の品質や安全性を保証するものではありません。