プラスチック プロトタイプを作成するための最良のガイド

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プラスチックのない現代産業は考えられません。最新の工業グレードのポリマーは、製造と加工が容易です。それらはかなりの強度、優れた耐食性を備えており、何よりも、あらゆる種類の金属と比較して非常に軽量です。それが、工業デザイナーの間で非常に人気がある理由です。その人気のおかげで、プラスチックのプロトタイピング技術はここ数十年で順調に進んでいます。彼らが今私たちに提供できるものを見てみましょう。

今日のプラスチック プロトタイプ

長い間、プラスチック製造は大量生産の領域でした。射出成形用金型と、金型にプラスチックを射出する工作機械が必要でした。システム全体は非常に高価であり、そのようなシステムの設計を変更するには、非常にコストがかかります。これが、特にデジタル システムとその結果としてのコンピュータ数値制御マシンの急速な発展以来、金属が長い間、試作材料の第 1 位であった理由です。しかし、ラピッド プロトタイピング プロセスの登場により、状況は変わりました。

ラピッド プラスチック プロトタイピングの開発

それらの最初のものは、硬い金型を柔らかい金型に置き換える真空シリコーン鋳造技術でした。シリコン型ははるかに安価で、製造が簡単です。

次の変化は、ブランクや工具をまったく必要としない革新的な付加製造プロセスによってもたらされました。それとは別に、比類のないデザインの自由度を提供します。

最後に、CNC 機械加工プロセスにより、迅速なプラスチック射出成形が可能になりました。インスツルメンタル スチールに比べて製造性に優れたアルミ製の交換可能な金型は、金型のリード タイムを最大 60% 短縮できます。それに加えて、アルミニウム金型のキャビティの変更は、熱処理された鋼のキャビティの変更よりもはるかに簡単です.

ラピッド プラスチック プロトタイピングを実装する利点

• プラスチック プロトタイプのコスト プラスチック材料は通常、溶融温度が低く、メンテナンス性が高く、全体的に加工が容易です。これにより、プラスチックの試作品の生産が非常に安価になります。予算があまりない場合は、基本的にシリコンを購入し、それをマスター モデル (必要に応じて手動で作成) に注ぎ、待ってから、自宅でパーツを鋳造します。
• 耐久性 .プラスチック素材は耐久性に優れています。それらは、良好な安定性、疲労強度、および摩擦特性を備えています。ただし、一部のポリマーはそのような条件下では脆くなるため、紫外線や低温から遠ざけるようにしてください。
• 信頼性 .プラスチックのプロトタイピング プロセスは十分に開発されています。このような技術を毎日採用しているプロの射出成形サービスはたくさんあります。最適な方法の選択とその実行方法について疑問がある場合は、いつでもプロに相談できます。
• リサイクル性 .プラスチック汚染が最大の環境問題だった時代は終わりました。最新の工業用プラスチックは、リサイクルできるように設計されており、主要な有害廃棄物を一切出さずに製造されています。
• リードタイム .最新のラピッド プロトタイピング プロセスは、少量のプラスチック パーツ バッチの製造に最適です。場合によっては、射出成形サービスに注文することで、1 週間以内にプロトタイプを入手できます。これはすべて、プラスチックのプロトタイピングに必要な後処理がほとんどないという事実によるものです。

プラスチック プロトタイプが役立つ場所

プラスチック製の試作部品は、キッチン用品や家電製品の製造に使用されるだけではありません。それらにはさらに多くの用途があります。たとえば、一部のポリマーは人間の組織とよく結合し、非常に軽量であるため、医療グレードの製品の多くはプラスチックでできています。透明なプラスチック部品は、自動車の照明に広く使用されています。それらはガラスよりも脆くない。多くのプラスチックは、優れた絶縁または断熱部品を提供するため、製品に加熱または高電圧下にある表面がある場合、プラスチック製のハンドルと筐体がユーザーの安全を確保します。摩擦特性が優れているため、一部のポリマーは安価で効率的なベアリングの製造に使用されています。

ラピッド プラスチック プロトタイピング オプションの上位 4 種類

製造業、鋳造、3D 印刷、射出成形、CNC 機械加工の急速な進歩に伴い。クイック ターンの 3D CAD ベースのプロトタイピング ツールに基づくこれらの技術は、プラスチック部品で広く使用されています。

1. プラスチック プロトタイプ製造のための鋳造技術

シリコーン キャスティングは、金型を作成するためにマスター モデル (サンプル) が必要なため、少量のプラスチック プロトタイプの製造に最適なプロセスです。通常、空のタンクにマスター モデルを吊り下げます。次に、プラスチックを流し込むチャネルや換気など、いくつかの技術的要素 (通常はプラスチックも) をモデルに追加します。その後、液体シリコンをタンクに注ぎ、固まるまで待って、時々オーブンで硬化させます。金型を半分に分割すると、最大 25 個のプラスチック パーツを製造する準備が整います。設備投資は不要です

2.プラスチックの試作に 3D プリントを使用する方法

アディティブ マニュファクチャリング、または 3D プリントと呼ばれることが多いのは、さまざまな部品を製造する比較的革新的なプロセスです。 3D プリンティングを定義するのは、質量の変化です。通常、ブランクは最終パーツよりも大きくなります。しかし、AM の場合はまったく異なります。ブランク部分はパウダーか細い糸のどちらかです。これをプリンタのベース プレートに層ごとに塗布し、焼結または硬化して部品の現在の断面をコピーします。 1980 年代の発明から、AM は大きな一歩を踏み出しました。積層造形の精度、表面仕上げ、材料の選択、リード タイム。

選択的レーザー焼結 (SLS)

選択的レーザー焼結は、ラピッド プラスチック プロトタイピングに使用される多くの付加製造技術の中で最初のプロセスです。これは、実質的にあらゆる種類の材料に使用できる最も汎用的なアディティブ プロセスです。その中には、もちろんプラスチックも含まれています。それらは一緒に焼結するのに多くのレーザー出力を必要とせず、ベースプレート上に粉末を広げることの主な利点は、突出した要素のサポート構造として機能することです.

溶融堆積モデリング（FDM）

FDM は、プラスチック プロトタイプの製造に利用できる最も安価で簡単なアディティブ プロセスです。多くの愛好家が自宅で FDM 3D プリンターを作成しています。 FDM は、液化され、部品の現在の断面の形でプレート上に置かれるプラスチック スレッドの形の原材料を使用します。張り出した構造は、別の材料を使用してサポートされています。これは、簡単に除去できる、より脆いタイプのプラスチックです。全体として、FDM は最も安価なプロセスであり、表面仕上げと品質が最悪であり、美学が重要な場合はより多くの後処理が必要です。

ステレオリソグラフィー (SLA)

SLA は、すべての 3D プリント プロセスの父と見なされています。また、最高の部品品質を備えたプロセスでもあります。表面仕上げはほぼ完璧で、精度は UV/レーザー光の直径によってのみ制限されます。このプロセスは、美学が関係する将来の鋳造およびプロトタイプのマスターモデルの製造に広く使用されています。ただし、液体ポリマーは非常に高価であり、かなりの量をタンクに注ぐ必要があるため、SLA は最も高価なプロセスです。 SLA のもう 1 つの問題は、サポート構造です。それらはモデル材料を使用してのみ製造でき、機械的に除去する必要があります。これにより、後処理が必要な表面に傷が残る可能性があります。

マルチジェット印刷 (MJP)

マルチジェット印刷は、FDM が提供する多くの利点があり、SLA プロセスのいくつかの欠点がないため、プラスチック製のプロトタイプの一般的な選択肢の 1 つです。 MJPのポイントは、生のプラスチックを溶かして液滴にし、プリンターのノズルから必要な輪郭で射出することです。 MJP の利点は、パーツの品質が SLA に似ていることですが、液体ポリマーのタンク全体を満たし、残りをどうするかを考える必要がないことです。 MJP は、前述のプロセスの中で唯一のマルチカラー プロセスでもあります。

3D プリント プロトタイプの後処理

アディティブ マニュファクチャリング分野での成果にもかかわらず、多くの場合、プラスチック部品には何らかの後処理が必要です。最も普及している方法には、機械加工、研磨、および化学プロセスが含まれます。最初のテクニックはかなり単純です。製造した部品を工作機械に組み込み、ミルで加工します。研磨は、よく知られているプロセスです。特殊なペーストと研磨器具を使用して、完璧な表面仕上げを実現します。化学処理には、アセトン処理とコーティングが含まれます。それらの最初のものは、気体のアセトンを使用して部品の表面を溶かし、滑らかにします。このプロセスは非常に効率的ですが、限られた数のポリマーに適しています。コーティングはより普遍的です。基本的に、部品を塗料またはその他の要素で覆い、表面の品質を向上させます。

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3.高速射出成形でプラスチック プロトタイプを作成する方法

迅速なプラスチック射出成形は、従来の射出成形金型製造技術のバリエーションです。主な違いは細部にあります。たとえば、迅速な金型にはより多くのジョイントがあります。金型のキャビティはベースに接続されています。そのため、設計を変更する必要がある場合は、他の要素を変更することなく、キャビティを削除して変更するだけで済みます。これにより、精度は低下しますが、柔軟性が向上します。それに加えて、何百万回もの反復に適した硬化鋼の代わりに、アルミニウム合金が使用されています。確かに耐久性は劣りますが、製造性は最大で 5 倍向上します。すべての変更により、プロトタイプでもプラスチック射出成形を使用できるようになります。ただし、プロセスには依然としてかなりのコストがかかるため、最高品質の作品に使用することをお勧めします。

4. CNC 機械加工を使用してプラスチック部品を作成する場合

機械加工されたプラスチックおよび金属部品に関して言えば、多くのプラスチック プロトタイプ メーカーは、プロトタイピング領域での利点から、プラスチック部品の形状、適合性、および機能テストに CNC 機械加工を使用しています。機械加工がもたらす生産グレードの材料選択のアップグレードにより、Wayken では、CNC プロトタイピングを使用してプラスチック プロトタイプと金属部品を作成します。これにより、設計チームは、組み立て作業の有効性を反映しながら、最終製品の外観と機能を厳密にシミュレートできます。設計を変更および最適化するための有効な時間とスペースを提供します。

ラピッド プラスチック プロトタイピング技術の未来

将来、多くの専門家は、アディティブ マニュファクチャリングがプロトタイピング市場のさらに大きな部分を占めるようになると予測しています。やはり、ケースにぴったりです。印刷速度と部品の品質を向上させるために、さらに開発が行われる場合.気孔率も現在の問題です。 3D プリントの欠点を克服するために多くの研究が行われており、別の革新的なプロセスが発明されなければ、今後 10 年間で AM がプラスチックのプロトタイピングに最適な選択肢になる可能性があります。詳細については、当社のプラスチック加工機能をご覧ください。