柔軟性の解き放ち：シリコーン3Dプリントの包括的ガイド

Lisa Ernst · 20.03.2026 · テクノロジー · 15分

シリコーンから複雑で柔軟なオブジェクトを作成する能力は、医療機器から一般消費財まで、数多くの産業に革命をもたらしました。長年、エンジニアやデザイナーは、これらの柔らかくしなやかな部品の製造の課題に苦慮し、しばしば高コストと長いリードタイムに直面していました。現在、3Dプリントのイノベーションは、前例のないスピードとデザインの自由を提供するこの状況を劇的に変えつつあります。

出典: この画像は、シリコーン部品製造における3Dプリントの変革的な影響を強調しており、多様な産業のために現在作成できる複雑で柔軟なオブジェクトを示しています。

クイックサマリー

シリコーン3Dプリントに関してカバーする内容の概要を以下に示します。

• 直接シリコーン3Dプリント: FormlabsのSilicone 40A Resinのような材料を用いた最近の進歩により、優れた柔軟性と耐久性を持つ100%純粋なシリコーン部品の直接プリントが可能になりました。この方法​​は、ラピッドプロトタイピングおよび少量生産に最適です。
• シリコーンライクな素材: さまざまな3Dプリント技術（FDM、SLA、SLS）は、シリコーンライクな特性を持つ材料を提供しており、それぞれ精度、コスト、材料特性の点で独自のトレードオフがあります。
• シリコーン鋳造のための3Dプリント金型: 非常に効果的な間接的な方法として、3Dプリントされた金型を作成し、そこに実際のシリコーンを鋳造することが挙げられます。このアプローチは汎用性が高く、コスト効率が高く、さまざまな種類のシリコーンの使用を可能にするため、プロトタイプから最終製品まで幅広い用途に適しています。
• 主な検討事項: ショア硬度、硬化時間、金型設計（一体型対二体型、ベント、アライメント機能）などの要因は、シリコーン部品製造の成功にとって重要です。

シリコーン部品とその製造の進化

小ロットで柔らかい、または柔軟な部品を製造することは、しばしば大きな技術的ハードルとなり、費用と時間がかかることが証明されています。多用途な合成ゴムであるシリコーンは、シール、コネクター、ウェアラブル、医療機器、ロボットグリッパー、調理器具、さらには熱または電気絶縁など、 vast な用途に合わせて構成できます。従来のシリコーン製造は、主に射出成形、圧縮成形、または鋳造などの確立された方法に依存しています。シリコーンの直接3Dプリントは存在しますが、その高い粘度は歴史的に精密なプリントを非常に困難にしていました。さらに、光硬化性樹脂とは異なり、シリコーンは熱や押出が容易ではなく、通常UV光で硬化もしません。

手頃な価格のシリコーン3Dプリントソリューションの状況は、最近になってようやく現れ始めました。長らく、100%純粋なシリコーンを扱えるシリコーン3Dプリンターは実験的であり、しばしば100,000ユーロを超える巨額のコストがかかっていました。しかし、Formlabsが真にアクセス可能な初の100%純粋シリコーン製3Dプリント材料であるSilicone 40A Resinを導入した2023年は転換点となりました。FormlabsのPure Silicone Technology™をベースにしたこの革新的な素材は、鋳造シリコーンの望ましい特性と3Dプリントの否定できない利点をシームレスに融合させています。これにより、従来の金型製作や鋳造プロセスを完全に不要にし、数時間以内に純粋なシリコーン部品を社内で製造できます。

Formlabsによる直接シリコーン3Dプリント

Formlabsの専用3Dプリントソリューション（Form 3B+プリンター、3,499ユーロから）を活用することで、企業は現在、100%シリコーン部品を社内で製造できます。Silicone 40A Resinでプリントされた部品は、ショア硬度40A、引裂伸度230%、引裂強度12 kN/mを示します。これらの堅牢な特性により、繰り返し引き伸ばし、曲げ、圧縮が必要な柔軟性と耐久性が求められる用途に理想的です。これらの3Dプリント部品は、34%という印象的な反発弾性も誇り、 -25°Cから125°Cの広い範囲で化学的および熱的耐性を維持します。重要なことに、0.3 mmまでの微細なディテールを再現でき、最も複雑な形状にも対応できます。

Silicone 40A Resinによる直接シリコーン3Dプリントは、ラピッドプロトタイピング、製造補助具、工具、少量生産、カスタム単一部品コンポーネントの作成に非常に役立ちます。その用途は、エラストマー製一般消費財のプロトタイピングから、自動車部品、コネクター、グロメット、アクチュエーター、キーパッド、時計バンドなどの産業用アクセサリーまで多岐にわたります。この技術は、カスタムシールなどの限定数量またはユニークな最終製品のコスト効率の高い製造も促進します。例としては、柔軟な鋳造金型、治具、ジグ、マスキング補助具を含む、高品質で耐久性のあるカスタム製造補助具や工具が挙げられます。医療機器部品、患者固有の人工装具、聴覚応用も、この精密なアプローチから大きく恩恵を受けています。

企業はすでにこれらの進歩を積極的に活用しています。例えば、FINISは、スマート水泳ゴーグルの機能プロトタイプに3Dプリントシリコーンガスケットとボタンを使用しました。これにより、FINISチームは8時間で1個あたり10ユーロでガスケットをプリントできました。これは、外部委託されたウレタン鋳造の1,000ユーロのコストと3週間のターンアラウンドタイムとは stark な対照をなします。自動車部品メーカーのDorman Productsは、新製品の圧力テストに効果のあるカスタムガスケットにシリコーン3Dプリントを使用しました。HGM Automotive Electronicsは、厳格な社内テストを経て、Silicone 40A Resin製の3Dプリント部品を最終用途の自動車用途に認定しました。

シリコーンライクな素材と代替品

直接シリコーン3Dプリントは明確な利点を提供しますが、他の3Dプリント方法も魅力的なシリコーンライクな特性を持つ材料を提供しています。

FDM 3Dプリント

溶融堆積モデリング（FDM）は、熱可塑性ポリウレタン（TPU）と熱可塑性エラストマー（TPE）を柔軟な材料として提供し、ショア硬度は45Aから90Aの範囲です。FDM代替品の主な利点は、プリンターと材料の両方ともより手頃な価格であることです。しかし、FDMは通常、精度が低く、寸法精度が低下し、解像度が限られ、一般的に部品の品質、強度、デザインの自由度が低いという欠点があります。シリコーンライクなFDM材料は、通常、標準的なシリコーンよりも耐久性が低く、食品グレードではなく、耐熱性が低く、色や半透明性のオプションが少なくなります。

SLA 3Dプリント

ステレオリソグラフィー（SLA）3Dプリントは、シリコーンライクなプロトタイプまたは最終製品向けに高い精度と幅広い材料を提供します。SLA部品は、FDMよりも滑らかな表面仕上げとより大きなデザインの自由度を示します。シリコーンライクなSLA樹脂は、一般的に標準的なシリコーンよりも堅牢性が低く、食品グレードではなく、通常は生体適合性ではありません（一部は肌に安全な場合がありますが）。耐熱性も低くなります。SLA材料は半透明および着色が可能で、ショア硬度は30Aから90Aまで利用できます。例えば、Formlabsは、優れたシリコーンライクなSLA材料の代替品として、Elastic 50A Resin、Flexible 80A Resin、Rebound Resinを提供しています。

SLS 3Dプリント

選択的レーザー焼結（SLS）は、産業用途で一般的に使用される積層造形プロセスであり、高い精度と無制限のデザイン自由度を特徴としています。シリコーンライクな特性を持つSLS材料には、TPU、TPE、TPAがあり、ショア硬度は45Aから90Aの範囲です。FormlabsのTPU 90A Powderは、特に破断伸長率が高く、引裂強度が増加した耐久性のある製品に適した、非常に弾力性のあるエラストマーです。この粉末は、ウェアラブル、パディング、ダンパー、グリッパー、シール、ソール、スプリント、装具、義肢などの柔軟で肌に安全なプロトタイプおよび最終製品に広く使用されています。シリコーンライクなSLS材料で製造された部品は、寸法精度が高く、耐久性があり、耐摩耗性および耐摩耗性があり、最も高い耐熱性を提供します。後処理により、SLS部品は生体適合性、肌に安全、食品に安全にすることができます。SLSの欠点には、限られた色と半透明のオプション、および冷却中の薄肉設計の可能性のある反りがあります。

3Dプリント金型を使用したシリコーン部品の作成

3Dプリントのもう一つの重要な用途は、シリコーン部品の成形および鋳造のためのラピッドツーリングの作成です。これにより、製造業者はプロトタイピングとシリコーンコンポーネントの大量生産の間のギャップを効果的に埋めることができます。

金型の設計プロセスはCADソフトウェアで始まり、設計者は圧縮成形、射出成形、オーバーモールド、または犠牲金型に適した金型を細心の注意を払って作成します。次に、適切な樹脂と、FormlabsなどのSLA 3Dプリンターを使用して、金型を精密にプリントします。プリント後、金型は充填のために慎重な準備が必要であり、保護コーティングや離型剤の塗布が含まれます。次に、目的のシリコーン材料を準備し、金型に注ぎます。離型後、シリコーン部品は細心の注意を払ってトリミングされ、必要に応じて後処理されます。この社内ラピッドツーリングは、シリアル生産前に設計と材料選択の重要な検証を促進し、カスタム最終製品の効率的な作成を可能にします。

Google ATAPのような企業は、100,000ドル以上のコストを削減し、テストサイクルを3週間からわずか3日に短縮するために、3Dプリントされたレプリカを利用しました。Dame Productsは、3Dプリントされた金型を使用したインサート成形により、ベータプロトタイプの内部ハードウェアをシリコーンで美しくカプセル化しています。Psyonicは、剛性のある3Dプリントコアにシリコーンをオーバーモールドした人工指にシリコーンインサート成形を使用しています。RightHand Roboticsのようなロボットメーカーは、高度なロボット用のグリッパーを製造するために同じプロセスを使用しています。著名なキッチン用品メーカーであるOXOは、2成分シリコーンの圧縮成形用の3Dプリントダイを使用して、ゴムライクな部品（シールなど）のプロトタイピングに3Dプリントを使用しています。医療技術企業Cosmは、SLA 3Dプリンターで金型をプリントし、生体適合性シリコーンを注入して、患者固有のペッサリーを製造しています。3Dプリントによるカスタム耳栓の製造は、補聴器、耳保護具、イヤホンの広範な応用により、聴覚学に革命をもたらしました。Dreamsmith StudiosのJaco Snymanも、超リアルなシリコーンレプリカやマスクに3Dプリント金型を巧みに使用しました。

出典: property24.com

ここで紹介されているJaco Snymanは、Dreamsmith Studiosのために超リアルなシリコーンレプリカとマスクを作成するために、3Dプリント金型を効果的に活用しました。

シリコーンは、触媒反応によって液体からゴム状の状態に変化するシリコン鎖を含むポリマーで構成されています。室温硬化（RTV）シリコーンゴムは、複雑な表面ディテールを捉え、硬化後、3Dプリント金型に化学的に接着しません。ただし、シリコーンが多孔質表面に注がれた場合、機械的な結合は可能です。液状シリコーンは、2成分または触媒付きの1成分のいずれかです。プラチナ触媒シリコーンはより高価ですが、より優れた長期寸法安定性と低収縮を提供しますが、スズ触媒シリコーンはよりコスト効率が高いですが、耐久性が低く、収縮が大きい傾向があります。液状シリコーンの硬化時間は通常、10分から数時間です。便利な2成分混合物であるシリコーンパテは、手で混ぜられ、ショア硬度40A（消しゴムに似ている）を持ち、20分未満で硬化し、収縮はほとんどありません。安全性と適合性のため、皮膚および粘膜の適合性、および食品の安全性について、必ず材質安全データシートを参照する必要があります。

ゴムライクな材料のショア硬度は、ショア硬度スケールA（柔らかい材料用）またはD（硬い材料用）で正確に測定されます。

出典: super-silicon.com

この詳細なチャートは、シリコーンなどのさまざまな材料の柔軟性と剛性を理解する上で重要なショア硬度スケールを説明しています。

シリコーンは、熱と寒さ（-65°Cから400°C）、さまざまな化学的影響、および真菌に耐性があります。シリコーン金型は本質的に柔軟で軽量であり、壊れやすさや割れにくいため、最大700%の印象的な伸長を可能にします。これらは多くのサイクルで再利用でき、寿命は鋳造頻度と設計の固有の複雑さによって異なります。ただし、シリコーンは一般的にラテックスや有機ゴムよりも高価であり、過度の力で引き伸ばすと裂ける可能性があります。

1成分シリコーン金型は、平面側があり、深いアンダーカットがないデザインに最適です。2成分シリコーン金型は、平面側がなく、深いアンダーカットがある複雑な3Dマスターモデルを再現するのに適しています。2成分金型は、正確で充填可能な3Dキャビティを形成する2つの半分にインテリジェントに分割されます。円筒形の突起などのアライメント機能は、金型部分の正確で一貫したアライメントを保証します。はがしやすいように、テーパー付きのこじ開けポイントも含まれています。金型のパーティングラインは、設計段階で慎重に考慮する必要があります。金型にシリコーンを注ぐ際は、気泡を最小限に抑えるために、十分な高さ（少なくとも10cm）からキャビティの角に直接流し込む必要があります。粘着させたくないすべての表面には、離型剤を塗布する必要があります。シリコーンの気泡は、振動装置を使用するか、注意深く制御された攪拌によってさらに最小化できます。

2成分RTV成形システム（付加硬化）は、柔軟な部品の作成に特に適しています。ショア硬度A30の注型可能な2成分シリコーン成形コンパウンドは、柔らかいゴムに相当します。参考として、ショア硬度A10はグミベアーに、A50-A70は車のタイヤに、A100は硬質プラスチックに似ています。シリコーンは収縮がほとんどなく、多くの場合食品に安全で、耐熱性は -50°Cから180°C（短時間で最大250°C）です。多成分金型は、シリコーンは勾配角度や軽微なアンダーカットにかなり寛容であるため、クリーンな離型を可能にします。離型ワックスやPVAラッカーのような特殊な離型剤の使用は、シリコーンでは不要であることがよくあります。

成形コンパウンドの成分は重量で正確に混合され、電子キッチンスケールが非常に役立ちます。経験則として、混合シリコーン約1.3グラムは、1 mlまたは1 cm³の体積を生成します。準備された混合物は金型に注意深く注がれ、特定の製品に従って硬化します。通常、数分から48時間の時間枠内です。ポットライフが約30分、硬化時間が24時間の製品は、一般的に多くの用途に適しています。ネガティブ金型は、漏れを防ぐために、ペインターステープまたはパワーテープで効果的にシールできます。より複雑な密閉金型の場合、ベントチャンネル（約1mm厚の穴）を戦略的に設ける必要があります。シリコーンは中央の充填開口部から、すべてのベントからあふれ出すまで導入されます。断面が小さい場合は、追加の空気を導入せずに、軽い圧力（例：注射器で適用）が有効になります。硬化後、余分な材料は鋭利なナイフで注意深く除去されます。離型は、薄くて平らなドライバーまたはナイフの背面を使用して注意深く行われます。ランナーとベントチャンネルは、鋭利なカミソリの刃またはサイドカッターできれいに除去されます。残りの欠陥は、湿らせた細いサンドペーパーで滑らかに除去できます。成形部品は、その後、石鹸と水でよく洗って残留物を除去できます。金型は複数回再利用できます。ベント開口部は時々清掃が必要になる場合があり、必要に応じて新しい離型剤を塗布する必要があります。接続ポイント、アライメントピン、またはベントを最適化するために、金型設計を繰り返し改良することが一般的です。

シリコーン3Dプリント手法の比較概要

プロジェクトに最適なアプローチを選択できるよう、さまざまなシリコーン3Dプリント手法の比較表を以下に示します。

結論

シリコーン部品製造への3Dプリントの統合は、重要でエキサイティングな進歩をマークします。直接シリコーン3Dプリントまたは3Dプリント金型の戦略の使用を介して、製造業者は現在、重要な柔軟な部品を作成するためのより多用途で、コスト効率が高く、迅速な方法を持っています。これらの最先端技術は、反復設計プロセスを可能にし、カスタム製造を促進し、高度に専門化されたアプリケーションを可能にし、最終的には革新的な製品設計から高精度の医療機器まで、さまざまな産業全体でのイノベーションを加速します。材料科学と印刷能力が絶え間ない進化を続けるにつれて、オーダーメイドのシリコーンソリューションの可能性は拡大し、感銘を与え続けるでしょう。