ASAの強度は冷やし方で変わる？冷却ファンとチャンバー温度を引張試験で比べた結果｜好きを副業に変える研究室

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ASAは、熱や日光に比較的強く、屋外で使う部品の候補になる材料です。ただ、冷却ファンやチャンバー温度など、印刷条件で迷いやすい材料でもあります。

私は3Dプリンタで設計した部品を製造・販売している50代の会社員です。PETGでは耐熱性が心配な用途にASAを試したくて、冷却ファンとチャンバー温度設定を変えて引張試験をしました。この記事は、その試験の詳細をまとめたものです。

なぜ販売する部品にはPETGを使っているのか、という話は ASA・PCも試した私が、実用品にPETGを選ぶ理由に書きました。この記事はその続きです。

先に結論です。

チャンバー設定55℃で、FAN100%はFAN25%より層を引き離す向きの強さが約23%低かった
FAN25%で、チャンバー設定55℃は35℃より約13%高かった
ただし本数が少なく、ばらつきも大きいので、傾向として見るのが妥当
私なら、熱に強くしたい部品で、層を引き離す力があまりかからないところに使う。印刷の設定には敏感で、私には少し上級者向けの材料

動画：試験の様子を7分で

なぜASAを試したのか

ASAで作ったシリカゲル用の容器（動画より）

きっかけは、シリカゲルを入れる容器です。オーブンの熱風設定100℃で60分加熱したところ、シリカゲルの色が戻り、容器に見た目の変形はありませんでした。ただし実温や荷重下の耐熱性は測っておらず、同じ加熱をおすすめするものでもありません。

そして、熱に強いことと、引っ張って強いことは別です。そこで引張試験をしました。

試験の条件

ASA・FAN25%・チャンバー設定55℃の条件札と、引張試験機の計器に141.4Nと表示された様子

条件札と試験機。計器にピーク保持の141.4Nが表示されている（動画より）

主役は、層を引き離す向き（Z方向）の試験です。試験片を立てて印刷します。

項目	内容
材料	PRINSFIL ASA（黒・1.75mm）
プリンター	PRUSA CORE ONE（試験札には「CORE1」と表記）
試験片	自作のダンベル形。中央部の設計断面10.0mm²
ノズル／ベッド	260℃／110℃（スライス用ファイルの記載）
冷却ファン	25% / 50% / 100%
チャンバー	設定35℃ / 設定55℃（実測ではなく設定値）
本数	条件ごとに5本
強度の出し方	計器のピーク保持値（N）÷ 設計断面積10.0mm²

穴付近で破断した試験片は、集計から除外しました。穴には力が集中し、中央部の強さとして扱えないためです。したがって以下の平均は、条件全体の平均ではなく、中央で破断したものだけの平均です。

結果1：冷却ファンの比較（チャンバー設定55℃）

ASAのZ方向の強さ。チャンバー設定55℃でFAN25%は13.5MPa、FAN100%は10.4MPa（中央で破断した試験片のみ）

FAN25%と100%の比較（動画より）

冷却ファン	中央で破断	平均（MPa）	標準偏差	範囲（MPa）
25%	5本／5本	約13.5	約0.8	12.3〜14.2
100%	4本／5本	約10.4	約2.3	7.6〜12.7

FAN100%は25%より平均で約23%低い結果でした（25%側を基準にした低下率）。

ただし、FAN100%側は値の幅が広く、25%側の最低値と一部重なっています。本数も4〜5本です。「強く冷やすと必ず弱くなる」と言える数字ではなく、今回の条件での傾向です。

結果2：PETG-Toughの過去試験との比較

PETG-Toughの過去の参考試験。QIDI Q2でファン30%は39.2MPa、100%は37.6MPa

PETG-Toughの過去の試験（動画より）

以前、QIDI Q2でPETG-Toughも調べています。ファン30%は平均39.2MPa（5本）、100%は37.6MPa（10本）で、低下は**約4%**でした。ASAの約23%と比べて、私は「ASAのほうが冷やし方に気を使う材料」と感じました。

ただし、プリンター・形状・チャンバー条件・本数が違う別の試験です。同じ条件の比較ではないので、感覚を裏づける参考程度に見てください。PETGの冷却とチャンバーの比較は、こちらの記事にまとめています。

結果3：チャンバー温度設定の比較（FAN25%）

ASAのZ方向の強さ。FAN25%でチャンバー設定35℃は11.9MPa、55℃は13.5MPa（中央で破断した試験片のみ）

チャンバー設定35℃と55℃の比較（動画より）

チャンバー設定	中央で破断	平均（MPa）	標準偏差	範囲（MPa）
35℃	3本／5本	約11.9	約1.4	10.4〜13.1
55℃	5本／5本	約13.5	約0.8	12.3〜14.2

55℃設定のほうが、平均で約13%高い結果でした。ただし値の範囲は重なっており、35℃側は中央で破断したのが3本だけです。因果までは言えません。

なお、35℃設定・ファン100%の5本は、すべて穴付近で破断し、平均を出せませんでした（ファン50%は3本／5本で約11.1MPa）。穴で折れた本数は、「弱さ」として数字にはしていません。

補足：XY方向ではPETG-Toughより約26%低かった

XY方向の引張試験。PETG-Toughは48.7MPa、ASAは35.9MPa（各5本）

層に沿って引くXY方向の比較（動画より）

QIDI Q2で、以前のPETG-Toughと同じ形状（公称断面6.5mm²）の試験片を使い、各5本を引きました。PETG-Toughは約48.7MPa、ASAは約35.9MPa（5本とも中央で破断、標準偏差は約0.5）で、ASAは約26%低い結果でした。外周数など印刷条件は材料ごとに違うので、材料そのものの順位ではありません。引っ張る強さだけを求めるなら、私はまずPETG-Toughを使います。

冷やしすぎても、冷やし足りなくても

では、ファンを弱くすればいいのでしょうか。単純にそうとは言えませんでした。

印刷した試験片の表面。うねりや乱れが見える（動画より）

表面にうねりや乱れが出ることがあります。私は冷える時間が足りなかった可能性もあると考えていますが、原因はこの写真だけでは断定できません。

小さい部品は、一層をすぐに印刷し終わります。下の層が柔らかいうちに次の層を重ねると、形が崩れやすくなります。かといって風を強くすると、層のつながりが弱くなることもあります。そこで、風の強さに加えて次の層までの時間も調整します。

印刷速度を落とす
複数の部品を並べて、一層ずつ順番に印刷する

ただし、今回も5個並べて印刷しているので、複数にすれば必ず解決するわけではありません。

周りの空気の温度も関わる

「中を温めながらファンで冷やすのは、反対のことでは？」と思うかもしれません。ポイントは、どんな温度の空気を当てるかです。

周りが開いたプリンターは、部屋の空気で冷やします。寒い部屋やエアコンの風が当たる場所では、冷えすぎることがあります。囲いの中を温めておけば、冷却ファンもその温まった空気を使い、外からの風も遮れます。同じファン25%でも、風の強さと空気の温度のセットで冷え方が変わります。ただし囲い付きとオープン型の比較試験はしていないので、囲いの優位性を証明したわけではありません。

CORE ONEは専用のチャンバーヒーターを使わず、ベッドの熱と排気ファンで温度を調整します。私の環境では55℃まで上がりました（印刷中ずっと一定とは限りません）。QIDI Q2には専用のチャンバーヒーターがあります。方式は違いますが、ASAを使うなら、私は周囲の温度を管理しやすい囲い付きのプリンターを選びたいです。