CNC 加工プラスチック プロトタイプ:それは最良の選択ですか?

プラスチックの多様性と多くの利点により、プラスチックは今日最も重要なエンジニアリング材料の一部となっています。 BMW は、6 シリーズ クーペのリア トランク リッドとフロント ウィングに金属を使用せず、熱可塑性樹脂と複合材料を使用することで、最大 100 kg の重量を削減しました。間違いなく、BMW はプロトタイプを作成してテストを実行することなく、この大胆な一歩を踏み出すことはできませんでした。

たとえば、大きなアイデアがあり、新しい製品または部品の設計を作成したとしましょう。加工方法を問わず、プラスチックの試作品を作成する必要がありますよね?違う！ BMW は教えてくれないかもしれませんが、プロジェクトの成功は、これらの部品を作成するために使用する機械加工方法と、選択したサードパーティ メーカーに大きく依存します。

この記事では、プラスチック プロトタイプを作成するさまざまな方法、特に CNC 加工について説明します。プロジェクトに最適な計画を決定するのに役立ちます。

プラスチック プロトタイプを CNC 加工する理由

CNC 加工には多くの利点があります。ここでは、CNC プラスチック加工を正当化する 4 つのシナリオを紹介します。

シナリオ 1:プラスチック プロトタイプの設計は細部にまでこだわっています

小さな半径のパターンを特徴とし、厳しい公差を必要とするデザインをお持ちですか?その場合、CNC 加工はおそらくあなたのプロジェクトに適しています。 CNC フライス盤は、R0.05 mm という小さな半径と 4 μm という厳しい公差を達成できます。

シナリオ 2:高品質の表面仕上げが必要

コンセプトやアイデアを視覚化するためだけにプラスチックの試作品を製作しようとしている場合は、CNC 加工を検討する必要があります。高品質の表面仕上げを提供し、3D プリント プロセスで一般的なレイヤー マークを残しません。

シナリオ 3:特殊なプラスチック材料を使用したい

PVC、PEI、POM、PEEK などのプラスチックやポリマーを 3D プリントすることはほとんど不可能です。 CNC マシンは、これらのプラスチックなどと互換性があります。機械工は、プラスチック材料のブロックがあれば、CNC プラスチック プロトタイプ デザインを問題なく作成できます。

シナリオ 4:順応性が高く高速な加工方法が必要

設計上の欠陥をトラブルシューティングするためにテストできる、機能的なプラスチックのプロトタイプを作成したいとお考えですか? CNC マシンは 3D CAD モデルとコンピュータの指示に基づいて機械加工されたプラスチック プロトタイプを作成するため、設計をすばやく変更して新しいテストを実行できます。

プラスチック プロトタイプを作成するための代替方法

方法 #1:3D プリント

アディティブ マニュファクチャリングとしても知られる 3D プリンティングは、ラピッド プロトタイピングのツールとして 1980 年代に始まりました。これには、溶融堆積モデリング (FDM)、ステレオリソグラフィー (SLA)、および選択的レーザー焼結 (SLS) など、いくつかの異なる技術が含まれます。これらはすべて、プラスチック材料を層状に追加してプラスチック部品を構築することを含みます。

3D プリントと CNC 機械加工の両方のプロセスは、3D デジタル モデルに依存して部品を作成します。ただし、CNC 機械加工よりも 3D プリントの方が材料の無駄が少なくなります。

さらに、3D プリントはツールの製造を不要にし、複雑な形状の作成を可能にします。この技術は、ABS、ナイロン、PLA、ULTEM などの熱可塑性プラスチックと互換性があります。

方法 #2:射出成形

射出成形は、プラスチックのプロトタイプ部品を迅速に製造するためのもう 1 つの理想的な方法です。このプロセスは、ランナー システム (溶融プラスチックが金型のキャビティに流れるようにするチャネル) を備えたアルミニウムまたはスチールの金型の作成から始まります。溶融プラスチック材料を金型に注入し、冷却して固化させると、目的のプラスチック プロトタイプ形状が形成されます。

射出成形を使用することで、試作品の製造後に追加の作業や表面処理をほとんど必要としません。プラスチック射出成形は、射出成形金型にフィラーを使用できるため、強度も向上します。そのうえ？このプラスチック プロトタイプ作成方法は費用対効果が高く、複雑な設計の製造に使用できます。

方法 #3:真空鋳造

ポリウレタンまたはウレタン キャスティングとも呼ばれる真空キャスティングは、高品質のプラスチック プロトタイプを作成するための技術です。このプロセスでは、シリコン型と注入可能な鋳造樹脂を使用して、マスター パターンのコピーを作成します。これらのプラスチック コピーを使用して、アイデアを視覚化したり (アルファ プロトタイプ)、設計上の欠陥をトラブルシューティングしたり (ベータ プロトタイプ) できます。

真空鋳造部品は、射出成形の試作品に匹敵する物理的品質と表面仕上げを示します。真空鋳造プロセスは、さまざまな種類のウレタン (またはポリウレタン) を成形して、指定された硬度と目的の表面テクスチャを作成できるため、汎用性もあります。

プロトタイプに最適な方法を決定する方法

CNC 機械加工、3D プリント、射出成形、真空鋳造には、さまざまなシナリオに適した機能と利点があります。

たとえば、扱いにくいプラスチック材料を使用したり、構造的完全性を向上させた複雑なプロトタイプを作成したりしたい場合は、CNC 機械加工が最適なオプションです。射出成形は、構造的完全性と優れた機械的特性も向上させますが、大規模なプロトタイプや生産に適しています。これは、アルミニウムまたはスチールの金型の作成に関連するコストが高いためです。

真空鋳造プロセスのシリコン金型は、最大 25 個の部品を作成できます。したがって、このプロセスは少量生産に適しています。それにもかかわらず、真空鋳造プラスチック プロトタイプは通常、優れた表面仕上げを備えており、デザイン コンセプトを視覚的に表現するのに最適です。

真空鋳造プロセスと同様に、3D プリントも少量生産に使用する必要があります。ただし、3D プリントではプロトタイプを数時間で準備できますが、真空鋳造では最大 5 日かかります。

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