概要：
静電気放電（ESD）は、製造時および稼働中の精密電子機器に損傷を与える可能性があります。静電気保護が重要な用途において、3Dプリント技術はESD対策ツール、筐体、部品を効率的に製造する手段を提供します。 ストラタシスのFDMおよびDLP技術は、Antero® 840CN03、ABS-ESD7、PC-ESD、Loctite 3D IND3380™など複数の静電気散逸性材料をサポートし、精密な機械的・熱的・電気的特性を備えたカスタム低量生産部品を実現します。 本ガイドでは、ESD対策材料とその性能特性、ならびに用途に適したプロセスの選定方法について解説します。
静電気放電（ESD）は、カーペットの上で足をこすったときに初めて経験し、無防備な兄弟を静電気で驚かせるなど、誰もが遭遇したことがある一般的な現象です。妹を困らせるいたずらとしては無害かもしれませんが、敏感な電子機器には取り返しのつかない損傷を与える可能性があります。
ESDはプリント基板（PCB）や電子機器を損傷させ、高額なリコールを招く可能性があります。射出成形やCNCフライス加工など、ESD対策部品の製造には多くの実績ある手法が存在します。しかし射出成形は大量生産・量産時のみ経済的に有効です。CNCによる部品加工は高コストかつ長いリードタイムを要します。3Dプリンティングはカスタム部品や少量生産に適しています。
ESD対策済み3Dプリントが最適な選択肢となり得る事例をいくつか挙げます：
ここでの共通点は、カスタム、少量生産、または単品生産であり、ESD対策が必須であることです。
積層造形によるESD対策部品の製造は、生産ライフサイクルに大きなメリットをもたらし、ビジネス全体に波及効果をもたらします。
射出成形やCNCフライス加工などの従来型製造方法と比較して、3DプリンティングによるESD部品の製造は材料廃棄物と人件費を大幅に削減します。高価な金型や機械加工のセットアップが不要なため、少量生産やカスタムプロトタイプ、工具、生産部品に最適です。
機械加工部品が数週間かかるのに対し、3DプリントされたESD対応生産補助具や部品は数時間から数日で完成します。設計変更が容易なため、迅速に設計を改良・最適化できます。これにより生産補助具を早期に導入できるだけでなく、設計最適化の機会も増えます（各反復が大幅に迅速化されるため）。つまり、より人間工学的で効率的、あるいは単に優れた設計の生産ツールを入手できるのです。
同様に、積層造形技術は軽量でありながら強靭で耐久性のある部品の製造を可能にします。これは軽量素材の使用に加え、従来の方法では実現不可能な内部ラティス構造や充填パターンを備えた部品を製造できる特性によって達成されます。
複数のコンポーネントを単一の最適化された部品に統合することも可能であり、これにより組立時間と故障点を削減できます。
3Dプリントはオンショアリングやオンデマンド型デジタル在庫管理に最適です。オンショアリングはリードタイムを短縮し、政治的・経済的混乱を軽減する上で不可欠です。部品を自社内で生産できれば、外部サプライヤーへの依存から解放されます。これは自社の知的財産を厳重に保護したい場合にも有益です。
デジタル在庫は予備部品の保管コスト削減に有効です。またオンデマンド印刷は本質的に持続可能であり、不要なものを製造しないためです。
ストラタシスでは、ESD対策済み材料をサポートする2つの技術を有しています：
静電気散逸部品の製造においては、特定の用途要件に応じて、これらの各手法が独自の利点を提供します。
FDMは熱可塑性フィラメントを用いた押出式3Dプリントプロセスです。このフィラメントには導電性または静電気散逸性を付与する材料を注入でき、ESD対応フィラメントに変換可能です。FDMは生産補助具、治具、電子機器筐体など、大型で耐久性のあるESD対応部品の製造に活用できます。
ESD用途におけるFDM 3Dプリントの利点：
この樹脂ベースのプロセスは、デジタル光投影により液状フォトポリマーの層を硬化させ、高精度で等方性、滑らかな表面仕上げの部品を製造します。DLPは、精密さが重要な小型で複雑な電子機器筐体、コネクタ、高精度部品に最適です。部品は射出成形品とほとんど見分けがつきません。
ESD用途におけるDLP 3Dプリントの利点：
適切な材料を選ぶことは、長期的に見て多くの時間と手間を節約できます。主な考慮点は、もちろん材料仕様をアプリケーション要件に適合させることです。ただしその前に、一歩引いてご自身のニーズに最適な3Dプリント技術を選択することをお勧めします。
以下の表は、産業用グレードのFDMとDLP印刷技術の非常に大まかな比較です。簡略化のため、表は広範な概要で構成されています。特定の仕様や詳細については、当社ウェブサイトをご覧いただくか、専門家にお問い合わせください。
ストラタシスでは、ESDに敏感な用途に適した4種類の材料を提供しています：FDM用3種類とDLPプリンター用1種類です。以下の比較表は、各材料の主な特徴をまとめたものです。詳細については、お近くのストラタシス担当者にお問い合わせください。
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Parameter |
Antero® 840CN03 | |||
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ESD Range [Ω/sq] |
106 – 108 |
104 – 109 |
104 – 109 |
104 –109 |
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Smallest Feature [µm] |
90 (XY) 100 (Z) |
127 (Z) |
127 (Z) |
127 (Z) |
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Elongation at Break [%] |
2 |
12 (XZ) 1.9 (ZX) |
3.4 (XZ) 1.59 (ZX) |
5.2 (XZ) 2.7 (ZX) |
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Yield Strengh [MPa] |
45-50 |
93.9 (XZ) 53.1 (ZX) |
35.4 (XZ) No yield (ZX) |
49.4 (XZ) 37.9 (ZX) |
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Modulus [GPa] |
2.8-3 |
2.94 (XZ) 2.88 (ZX) |
2.69 (XZ) 2.28 (ZX) |
1.96 (XZ) 1.81 (ZX) |
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HDT |
>200 °C |
~ 155 °C |
~ 100 °C |
~ 145 °C |
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Cost |
Lower |
Higher |
Lower |
Lower |
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Other |
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Low outgassing, chemically resistant |
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ESD材料は主に電子機器製造、特に電子機器の筐体やケースに使用されます。電子部品が使用されるあらゆる市場（現代ではほぼ全ての分野）でESD対策が必要です。航空宇宙・防衛産業から自動車、輸送機器、民生用電子機器まで多岐にわたります。
従来の製造方法ではなくストラタシスのESD材料を用いた3Dプリントを選択することで、以下の利点が得られます：
部品に重大な物理的・化学的損傷がない限り、ESD寿命は部品の寿命と同等です。
射出成形は金型設計に非常に高い初期費用がかかります。これは大量生産に最適です。生産量が増えるほど部品単価は低下し、初期費用をより多くの部品で分散できるためです。一方、ESD部品の3Dプリントでは、1個目も1000個目もコストは同じです。これは中小ロット生産やカスタム試作、工具、生産部品に理想的です。
部品の形状やサイズにもよりますが、3Dプリントは通常、5,000個までのロットでより費用対効果が高くなります。具体的な部品をお持ちの場合は、当社の専門家が転換点を算出いたします。
Siemens AG は、プロセス自動化プラントで、敏感な電子機器と密接に相互作用するロボットグリッパーに ESD 3D プリントを使用しました。
Liberty Electronics は、構造用エポキシ樹脂の高温硬化サイクル中に、セラミックコンデンサと温度センサーを取り付ける固定具を作成するのに、ESD 3D プリントが最適なソリューションであると判断しました。
ロッキード・マーティン社は、宇宙飛行の厳しい要件に耐える部品の製造に ESD 3D 素材を使用しました。同社によれば、3D プリンティングは、技術的性能、コスト、スピードという 3 つの要素をすべて満たすものです。従来の製造では、「この 3 つの中から 2 つを選んでください」というのが常でした。
Stratasys の ESD 対応 3D プリンティング素材の詳細をご覧になるか、弊社までお問い合わせください。お客様に最適なソリューションをご提案いたします。
