TPU材料の独特な分子構造
TPU（Thermoplastic Polyurethane、熱可塑性ポリウレタン）はブロック共重合体の一種であり、その分子鎖はハードセグメントとソフトセグメントが交互に構成されています。ハードセグメントは通常、ジイソシアネートと鎖延長剤から成り、材料に剛性と耐熱性を与えます。一方、ソフトセグメントは長鎖のポリオールから成り、材料に弾性と柔軟性を与えます。この独特な微視的構造により、TPUはゴムの弾性と樹脂の加工性を兼ね備え、FDMプリントで柔軟部品を造形する理想的な選択肢となります。
ショア硬度の区分と用途シーン
TPU材料はショア硬度（Shore Hardness）に基づいて複数のグレードに分けられます：
- ショア85A-90A：ソフトTPU。スマホケース、インソール、シールリングなど、高い弾性が必要な用途に適しています
- ショア95A-98A：中程度の硬度。防振パッド、ヒンジ、フレキシブルカップリングなどに適しています
- ショア60D-70D：ハードTPU。キャスター、工具のハンドル、耐摩耗ブッシュなど、ある程度の剛性が必要な部品に適しています
適切な硬度グレードを選ぶことが、印刷成功の鍵です。TPUは硬度が低いほど印刷難易度は高くなりますが、弾性は向上します。逆に硬度が高いほど印刷は安定しますが、弾性は低下します。初心者には、ショア95A前後のTPUから試すことをおすすめします。
FDMでTPUを印刷するための重要なプロセスパラメータ
エクストルーダータイプの選択
TPUは柔軟材料であるため、送り込み時に曲がったり絡まったりしやすいです。そのため、ダイレクトドライブ式エクストルーダー（Direct Drive Extruder）がTPU印刷の第一選択です。ボーデン式エクストルーダーと比べて、ダイレクトドライブは押出経路が短く、柔軟材料の曲げ変形リスクを低減し、送退料の制御もより正確になります。
どうしてもボーデン式エクストルーダーを使う必要がある場合は、より硬いTPU（ショア95A以上）を選び、PTFEチューブの長さを短くして、送り込み経路を最適化してください。
温度パラメータの設定
| パラメータ | 推奨値 | 説明 |
|---|---|---|
| ノズル温度 | 220-250°C | 材料の仕様に応じて調整。硬度が低いほど温度設定はより精密である必要があります |
| ヒートベッド温度 | 50-60°C | 初層の密着を助け、反りを防ぎます |
| 印刷速度 | 15-35mm/s | 低速印刷により糸引きを減らし、精度を向上させます |
| リトラクト速度 | 20-25mm/s | 高すぎないようにし、材料の伸び変形を避けます |
| リトラクト距離 | 1-2mm | ダイレクトドライブ式では短めのリトラクト設定が可能です |
冷却とレイヤー高さの設定
TPU印刷時の冷却ファンは、通常30-50%に設定します。過度な冷却は層間の結合力を低下させ、部品の機械特性に影響します。レイヤー高さはノズル径の50-75%を推奨します。たとえば、0.4mmノズルでは0.2-0.3mmのレイヤー高さを使用すると、良好な表面品質と層間結合が得られます。
よくある印刷トラブルと解決策
問題1：送り込み詰まり
原因：TPUがエクストルーダーのギア部分で曲がり、堆積する
解決策：
- 送り込み速度を下げ、ギアの噛み込み力を減らす
- エクストルーダーのテンションを調整し、過度な圧縮変形を避ける
- コンストレイントブロック（Constraint Block）を使用して、材料をギアへ誘導する
- TPUフィラメントが乾燥していることを確認する。湿った材料はノズル内で膨張して詰まりやすい
問題2：ひどい糸引き
原因：TPUは流動性が高く、移動中に漏れ出しやすい
解決策：
- リトラクトパラメータを最適化する：リトラクト距離1-2mm、リトラクト速度20-25mm/s
- コースティング（Coasting）機能を有効にし、移動前の押出量を減らす
- 印刷温度を5-10°C下げ、材料の流動性を抑える
- 移動速度を上げ、漏れ出し時間を短縮する
問題3：層間の割れ
原因：温度不足または冷却が速すぎる
解決策：
- ノズル温度を5-10°C上げる
- 冷却ファン速度を20-30%に下げる
- 印刷速度を下げ、層間が十分に融合するようにする
- 材料が乾燥しているか確認する。湿った材料は層間接着力