射出成形コストを見積もる方法は？

簡単な答え：プラスチック射出成形金型は、3Dプリントされた少量射出成形金型の100ドルから、大量生産用の複雑なマルチキャビティ鋼金型の10万ドル以上の費用がかかります。これは、一般に、射出成形で最も重要な固定起動コストを表します。成形。ただし、これらのコストは数百または数千の部品に分散されるため、射出成形はプラスチック部品を手頃な価格で大量生産するための理想的なプロセスです。

このガイドでは、射出成形の総コストを構成するさまざまな要因の詳細な内訳を提供します。

はじめに：射出成形の費用はいくらですか？

射出成形は、プラスチックを製造するための主要なプロセスの1つです。公差の厳しい同一部品の量産に広く使用されています。これは、大規模な量産用の高品質の部品を生み出す、費用対効果が高く、非常に再現性の高い技術です。

これは、金型内に溶融材料を射出するために高い熱と圧力が必要となる、高速で集中的なプロセスです。溶融材料は、製造プロジェクトの範囲によって異なります。最も人気のある材料は、ABS、PS、PE、PC、PP、TPUなどのさまざまな熱可塑性プラスチックですが、金属やセラミックも射出成形できます。金型は、射出された溶融材料を収容するキャビティで構成され、成形品の最終的な特徴を厳密に反映するように設計されています。

通常、射出成形の主なコスト要因は金型のコストであり、金型コストとも呼ばれます。金型の設計と構築のコストは、必要な生産量、部品設計の複雑さ、金型の材料、および金型の作成に使用されるプロセスによって異なります。

単純な少量の3D印刷された金型のコストはわずか100ドルですが、大量生産用の複雑な金型の設計と製造のコストは10万ドルに達する可能性があります。かなりの固定された初期費用にもかかわらず、射出成形プロセスは、安価な熱可塑性材料、短いサイクル時間のために変動費が低く、自動化と規模の経済のために労働ニーズは徐々に減少します。これは、生産の変動費が低く、プロセスがより効率的になり、コストが数百または数千の部品に分散されるにつれて、部品あたりのコストが大量に減少することを意味します。

このビデオでは、射出成形サービスプロバイダーのMultiplusと提携して、3Dプリント金型を使用した射出成形プロセスの手順を説明します。 。

射出成形のコストの種類

射出成形に関連するさまざまなタイプのコストを理解するには、プロセスの詳細な分析が必要です。

機器のコスト

専用機は射出成形に使用され、企業が社内で使用できる小型のデスクトップ射出成形機から、主にサービスプロバイダー、契約メーカー、大手メーカーが運営する大型の工業用射出成形機までさまざまです。

射出成形で少量の部品を製造することは、小型のデスクトップ射出成形機と3Dプリント金型で最も費用効果が高くなります。射出成形に不慣れで、限られた投資でテストすることを検討している場合は、HolipressやGalombModel-B100などのベンチトップ手動射出成形機を使用することをお勧めします。デスクトップマシンMicromolderや油圧マシンBabyplast10 / 12などの自動化された小規模射出成形装置は、小さな部品の中型生産の優れた代替手段です。

大型の工業用射出成形機は、50,000ドルから200,000ドル以上の費用がかかる可能性があります。これらの機械には、より厳しい設備要件もあり、操作、保守、および監視に熟練した労働力が必要です。その結果、インジェクションモールディングがコアコンピタンスでない限り、ほとんどの企業は大量生産をサービスプロバイダーや契約メーカーにアウトソーシングしています。その場合、機器のコストはサービスコストに含まれます。

金型コスト（ツーリングコスト）

冒頭で述べたように、金型コストまたは金型コストは通常​​、射出成形の主なコスト要因です。

射出成形用の金型は、通常、次の3つの方法で作成されます。

• CNC加工： CNCマシンは、高精度レベルのアルミニウムおよびステンレス鋼の金型を製造するために最も一般的に使用されるツールです。 CNC機械加工は、回転工具と固定部品によって材料を除去します。機械加工により、キャビティの設計が非常に複雑な金型を製造できますが、複数の工具交換が必要になる可能性があり、プロセスが遅くなる可能性があります。つまり、複雑さに応じてコストが増加します。 CNCマシンは、熟練した労働力と専用のスペースを必要とする産業用ツールです。つまり、多くの企業が金型の製造をサービスプロバイダーにアウトソーシングしています。

• 放電加工（EDM）： EDM法は、一般的に、標準的な機械加工方法では簡単に再現できない非常に複雑な金型設計を作成するために使用されます。 EDMでは、ワークピースとツール電極を使用して、目的の金型形状を作成します。ツール電極とワークピース電極は誘電性流体によって分離され、繰り返し電流放電を引き起こす電圧にさらされます。放電は、ワークピース電極を最終的な型に成形する役割を果たします。 EDMは非常に正確であり、通常、追加の後処理は必要ありません。 CNC機械加工と同様に、EDMも多くの企業が機械工場に外注している工業プロセスです。

• 3D印刷： 3D印刷は、射出成形金型を迅速かつ低コストで製造するための強力なソリューションです。必要な機器は非常に限られており、CNCの時間と、その間に他の高価値のタスクに熟練したオペレーターを節約できます。メーカーは、社内の3D印刷の速度と柔軟性を活用して、デスクトップと工業用成形機の両方で使用できる金型を作成できます。さらに、製品開発は、大量生産用のハードツールに投資する前に、設計を繰り返し、最終用途の材料をテストする機能の恩恵を受けます。ステレオリソグラフィー（SLA）3D印刷技術は、射出成形に最適です。滑らかな表面仕上げと高精度が特徴で、金型が最終部品に移動し、離型も容易になります。ステレオリソグラフィーによって生成された3Dプリントは、完全に緻密で等方性になるように化学的に結合されています。 Formlabsが提供するようなデスクトップSLAプリンターは、5,000ドル未満から始まり、実装、操作、保守が簡単なため、射出成形ワークフローにシームレスに統合できます。

3D印刷された金型は、100以上の部品を手頃な価格で数日以内に製造できます。

より複雑な金型を開発するには、技術的な専門知識が必要です。その結果、企業は、金型の設計や製造など、射出成形プロセスの特定の側面を外部委託することがよくあります。

射出成形用の機器とツールを使用している企業にとって、技術的なノウハウも利用できる場合は、社内で金型を作成することを選択するのが最も安価なオプションになる可能性があります。射出成形に必要なツールがすぐに利用できない場合は、アウトソーシングによって金型の開発に関連するコストを削減できます。

シンプルな少量の3D印刷された金型は、わずか100ドルでSLA3Dプリンターで製造できます。約1,000〜5,000ユニットの中量生産用のアルミニウム金型は、2,000〜5,000ドルの範囲内にあります。より複雑な形状を持ち、約10,000ユニット以上の大規模な生産を行うために準備された金型の場合、金型のコストは5,000ドルから100,000ドルの範囲になります。

白書

3Dプリント金型による少量の急速射出成形

射出成形プロセスで3D印刷された金型を使用してコストとリードタイムを削減し、Braskem、Holimaker、およびNovusアプリケーションの実際のケーススタディを確認するためのガイドラインについては、ホワイトペーパーをダウンロードしてください。

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注入された材料費

ABS、PS、PE、PC、PP、TPUなど、最終部品の要件に応じて、さまざまなプラスチックを射出成形に使用できます。

型の材料を購入するコストは、選択した材料によって異なります。熱可塑性ペレットの価格は1kgあたり約1ドルから5ドルです。

材料費は、モデルの設計、選択した材料、および射出成形プロセスの実行に使用される材料の量によって定義されます。

人件費またはサービス費

射出成形に関連する機器は、一般的に自動調整式であり、自動化に依存して作業を完了します。 CNCマシン、EDMマシン、および3Dプリンターは、CAD設計の仕様に基づいて金型を製造します。射出成形機は、金型に材料を射出するための自動化にも依存しており、産業用IMマシンは、多くの場合、完成品を自律的に冷却して排出します。

人件費には以下が含まれます：

• セットアップ/構成コスト： セットアップ作業は、金型と完成品を製造するために使用する機器を構成するのにかかる時間に重点を置いています。

• 修理費用： 修理および保守作業には、欠陥部品の交換と、保守プロセスを実行するためのツールの使用が含まれます。

• コストの監視： 自動化に依存しているにもかかわらず、機器のオペレーターは射出成形プロセスの進行状況を監視することが期待されています。プロセス中に発生したオペレーターの賃金は、射出成形の総コストに追加されます。

自社生産の場合、これらのコストは人件費に計算されます。企業が射出成形を外部委託する場合、サービスプロバイダーの労力とマークアップがサービスコストに追加されます。

射出成形コストの概要

次の表は、電子機器の小さな筐体など、架空のプラスチック製品の射出成形に関連するコストを示しています。これにより、射出成形のコストダイナミクスが理解しやすくなります。

生産量 メソッド モールド 最終部品までのリードタイム 必要な機器 金型コスト 材料費 人件費またはアウトソーシング費用 総製造コスト パーツあたりのコスト

	少量生産	中量生産	大量生産
100	5,000	100,000
自社での金型製作と自社での成形	金型の製造と成形を外部委託	金型の製造と成形を外部委託
3Dプリントポリマー	機械加工されたアルミニウム	機械加工鋼
1〜3日	3〜4週間	4〜8週間
3Dプリンター、デスクトップ射出成形機*	-	-
$ 100	$ 3,000	$ 20,000
$ 0.5 /パーツ	$ 0.5 /パーツ	$ 0.5 /パーツ
$ 2.5 /パーツ	$ 1.5 /パーツ	$ 1 /パーツ
$ 400	$ 13,000	$ 170,000
$ 4	$ 2.6	$ 1.7

^{*この例では、これらのツールのコストを複数のプロジェクトに分散できるため、設備コストは生産コストに計算されません。デスクトップ射出成形機とSLA3Dプリンターを購入すると、企業は10,000ドル未満で射出成形を開始できます。}

表の3つのシナリオは、生産量に応じて部品あたりのコストを最小にする方法と金型タイプを示しています。

一般に、射出成形は、コストが数千の部品に分散されるため、大量生産で最も効率的です。ただし、少量の射出成形の部品あたりのコストはわずかに高くなりますが、それでも他の製造方法よりも少量の生産でかなり手頃な価格です。

中量生産は、従来の鋼型よりも低コストであるが、材料や設計などの要因に応じて数千ショットに耐えるのに十分な耐久性がある機械加工されたアルミニウム型で最も効率的です。ほとんどの場合、少量の射出成形は3D印刷された金型でのみ合理的です。この例では、アルミニウム金型を使用して100個の部品を製造する場合、従来の鋼製金型では、部品ごとに30ドルのコストがかかります。パーツごとに200ドルを意味します。

射出成形金型のコストに影響を与える変数

射出成形の金型費は非常に高く、多くのパラメータと設計の複雑さに依存します。射出成形用の金型は通常、アルミニウムまたは工具鋼からCNC機械加工され、ワー​​クピースを成形するためにEDM機械加工されるか、3Dプリントされます。次に、機械加工または印刷された部品は、目的の基準を達成するために仕上げられます。完成した金型は、成形品に必要な表面形状、射出された材料の流れをガイドするランナーシステム、金型をすばやく冷却するための冷却チャネルなどの機能で構成されています。

射出成形プロセスの大部分は冷却専用であることに注意することが重要です。金型の冷却が速ければ速いほど、射出された材料の固化が速くなり、製造サイクルを繰り返すことができます。したがって、冷却チャネルは、特に大量生産の場合に重要な役割を果たし、金型の設計に含める必要があります。 3D印刷された金型を使用した少量生産の場合、圧縮空気を使用した手動冷却がオプションです。

金属モールドシェルで組み立てられた3Dプリント射出成形コア。

射出成形プロセスに影響を与え、射出成形のコストに直接関係するその他の変数は次のとおりです。

• パーツサイズ： 成形するアイテムまたは部品が大きいほど、部品を収容するための金型が大きくなります。部品が大きいほど、生産サイクルを完了するためにより多くの射出材料が必要になる傾向があります。金型の設計が大きくなると、通常、同じ設計を製造する場合に比べてコストが高くなりますが、寸法は小さくなります。

• パーツデザイン： 複雑な形状の複雑な部品設計では、プロジェクトを実行するために複雑な金型が必要です。金型の設計には通常、側面Aと側面Bの2つの側面があります。側面Aは、化粧品の側面とも呼ばれ、通常、ユーザーが見る側面です。サイドAは、滑らかで見た目に美しいことが期待されます。サイドBには、パーツの使用をサポートする隠し構造が含まれています。サイドBの構造には、リブやボスなどが含まれる場合があり、その仕上げは通常、サイドAよりもはるかに粗くなります。複雑なサイドAおよびサイドBの設計の金型は、一般に、単純な金型に比べて製造コストが高くなります。アンダーカットを特徴とする複雑な設計では、サイドアクションとコアのスライドも必要になる場合があり、金型のコストが増加します。

• 生産量： 射出成形を使用して生産されるアイテムの数は、金型を作成するときに使用する生産技術と材料の品質を決定します。少量のプロジェクトでは、3D印刷または低グレードの機械加工されたアルミニウム型が必要になる場合がありますが、大量の生産では、製品の品質に影響を与える摩耗や破損なしにプロセスを管理するために、高品質の鋼製の型または複数の型が必要になります。これは金型のコストに影響しますが、もちろん、大量の金型のコストの増加はより多くの部品に分散されるため、通常は部品あたりのコストが低くなります。

• 部品の体積とキャビティ： 成形品の体積とは、金型のキャビティサイズを指します。金型に必要なキャビティまたはキャビティの体積が多いほど、プレス時間は長くなります。プレス時間が長くなると、製造プロセスが遅くなり、コストが高くなります。

射出成形コスト計算機

オンラインの射出成形コスト見積もりまたは射出成形サービスプロバイダーからの見積もりは、ベンチマークを提供し、特定の部品の射出成形のコストを見積もるのに役立ちます。

計算プロセスを支援する射出成形コスト見積もりオプションには、次のものがあります。

• CustomPart

• ICOMold

• 3Dハブ

• プロトラブズ

成形コスト比較表も同様の目的を果たします。射出成形サービスプロバイダーは、コスト比較表を使用して、見込み客にプロセスの概算を提供します。

射出成形コストの削減

金型のコストは、主に複雑さとそれを製造するのにかかる時間によって決まります。射出成形で部品コストを削減するために、製造原則の設計を順守することをお勧めします。

次の設計ガイドラインを適用することで、金型の製造コストを削減できます。

• 射出成形プロジェクトに着手する前に、CADモデルを評価して、その実現可能性を判断します。急な角度、アンダーカット、その他の複雑な形状などの潜在的なボトルネックを排除します。

• モデルの設計を評価して、不要な機能を排除します。これにより、金型のサイズとモデルの開発に使用される材料が削減されます。

• 金型のサイドBの設計を簡素化するコアキャビティアプローチを適用します。コアキャビティアプローチでは、壁のキャビティを金型ベースに沈めることで、表面仕上げを改善しながら急なドラフト角度を成形する必要性を減らします。

• 1つのユニバーサル金型を使用して同様の結果を達成できる場合は、自己嵌合部品の使用を採用して、複数の金型を作成する必要性を減らします。

急速射出成形の開始

射出成形は、工具費が高いため、従来は大量生産のみの製造プロセスと見なされていましたが、3D印​​刷を活用して射出成形金型を製造することで、このプロセスを使用して、プロトタイピングや少量生産用の高品質で再現性のある部品を製造できます。

ベンチトップマシンと産業用マシンの両方で3D印刷された射出成形金型を使用して、数百から数千の機能的なプロトタイプ、製品開発を加速し、コストとリードタイムを削減し、より良い製品を市場に投入するための部品を効率的かつ手頃な価格で製造します。