射出成形 vs 3Dプリント：適切な生産方式の選び方

今日の企業には、ほぼあらゆる材料から部品を製造するこれまで以上の選択肢があります。プラスチック部品の製造では、ほとんどが射出成形と3Dプリントのどちらかを選択します。

3Dプリントの選択肢は、コンシューマーレベルのユーザーにも利用可能なため一般によりよく知られていますが、今日の時点で射出成形市場の方がはるかに大きいです。射出成形は約2,600億ドルの価値があり、2020年時点でわずか1,600万ドルの3Dプリント市場を圧倒しています。

しかし現実には、これら二つのプロセスは必ずしも競合関係にあるわけではなく、それぞれ独自の貴重なニッチを満たし、特定の状況で独自の利点を持っています。どちらも時として似たような結果を生み出せますが、製造に使用するプロセスはかなり異なります。

そこで、両者の仕組み、最も一般的な用途、それぞれが提供するメリット・デメリットをより深く理解していただくために、射出成形vs 3Dプリントについて知っておくべきすべてを掘り下げてみましょう。

基本原理

射出成形vs 3Dプリントの違いを分解する前に、まず各プロセスの基本原理を理解する必要があります。

驚くべきことではありませんが、両者とも主にプラスチックを扱うため、かなりの類似点もあります。

例えば、両方とも非常に精密で、複雑な設計でも完璧な部品を生み出せます。つまり、わずかなエラーも許されない航空宇宙や医療のような業界で使用できます。

さらに、両方とも様々なプロトタイプを低コストで製造・テストするのに最適で、製品の改良や能力テストに不可欠です。

最終的に、両者は似たような結果を生み出せ、機能も重複します。それでも、そこに至る方法に最大の違いがあります。

それでは、両者の基本原理を探ってみましょう。

射出成形

名前から推測できる通り、射出成形は金型を使用してプラスチック材料から複雑な形状を作ります。

必要なプラスチック材料はバレル内で混合され、液体状に溶かされます。その後、圧力で金型に注入され、金型の正確な形状を隅々まで取ります。

その後、温度を下げて材料を固化させ、次の部品の製造を開始します。プロセスは非常に短時間で完了するため、大量の部品を迅速に製造できます。

しかしプロセス開始前に、射出金型自体の設計と製作が必要で、これが実はプロセス全体で最も難しい部分です。

実際、作りたい部品の複雑さによっては、要件を満たす射出金型の設計に数週間から数ヶ月かかることがあります。したがって、洗練された射出成形プロセスを持ち、必要な時間を短縮できる経験豊富な会社と協業すべきです。

射出成形におけるハードツーリングとソフトツーリングの考慮事項もあり、ソフトツーリングは少量生産に適し、ハードツーリングは大量生産に適しています。

3Dプリント

射出成形プロセスがプラスチックを形作って部品の寸法と要件を満たすことに焦点を当てるのに対し、3Dプリントは全く異なるアプローチを取り、オブジェクトを層ごとに積み上げて必要な形状にします。

プラスチック材料は前の層に追加され、即座に結合され、構造的完全性と様々な外圧に耐える能力を確保します。

3Dプリントの仕組みにより、内部の穴、隙間、異常な形状など、ピースの完全性を損なわない限り、最も複雑な形状も製造可能です。

3Dプリントを活用する業界には、スポーツ、航空宇宙、自動車、さらには古い遺物の再構築があります。

射出成形プロセスと同様に、プロセス開始前にいくつかのステップが必要です。つまり、CADソフトウェアで部品を設計し、特定のプリントジョブ向けにマシンを準備する必要があります。しかし3Dプリントでは、プロセスが通常より短く、異なるオプションを比較的迅速にテストできます。

メリットとデメリット

ここまでで、両プロセスがかなり似ている一方で、仕組みに根本的な違いがあることが分かりました。では、どちらが優れているのでしょうか？

主要なメリットとデメリットを見て判断しましょう。

射出成形のメリット・デメリット

メリット

• 効率性。射出成形では、特にすでに使える金型設計がある場合、比較的短時間で大量の部品を製造できます。
• 大量生産。射出成形プロセスが非常に速いため、サービスプロバイダーに十分な設備があれば、数百万個の部品を迅速かつ手頃なコストで現実的に製造できます。
• 耐久性。射出成形で作られる部品は強固な構造的完全性を持ち、異なるプラスチックの組み合わせや液体樹脂へのフィラー添加でさらに強化できます。
• コスト効率。金型設計が一度洗練されれば、部品あたりのコストは非常に低く、多くの企業が大量生産に使用します。
• 優れたディテール。手頃なプロセスながら、射出成形は最も精密な生産方法の一つであり、複雑な部品の作成と厳しい公差の毎回の達成を可能にします。
• 最小限の廃棄物。射出成形の独自プロセスにより、プラスチックがほとんどまたは全く未使用で残りません。つまり材料の廃棄がほぼなく、手法の効果をさらに高めます。

デメリット

• 制約。射出成形プロセスはかなり汎用的ですが、制約もあります。特定の角度は正しく実行するのがより困難で、プロジェクトの複雑さはあなたが協業する会社の経験、能力、知識に大きく依存します。
• 複雑な金型製作。生産開始前に金型を設計・製作する必要があり、これは基本的にあなたの部品の逆版です。このプロセスは容易ではなく、途中で様々な問題に直面する可能性があるため、使用開始まで数週間から数ヶ月かかる覚悟が必要です。金型が失敗すれば、交換にさらに時間とリソースを消費します。
• 高い初期コスト。プロセス開始後は射出成形以上に安い生産方法はないでしょうが、金型設計の初期費用はすぐに膨らみます。したがって、少量生産には必ずしも適しませんが、試作にも成功裏に使用されてきました。

3Dプリントのメリット・デメリット

メリット

• 簡単な調整。3Dプリントでは部品製造に金型が不要なため、ピースのデジタル設計の調整がシンプルです。うまくいかない場合は別のアプローチを試せば、結果をほぼ即座に確認できます。
• 低い初期コスト。射出成形とは異なり、3Dプリントは生産自体までのすべてが特別なソフトウェアプラットフォーム上でデジタルで行われるため、多額の先行投資を必要としません。
• 複雑な設計。3Dプリントの層積み重ね方式により、隙間や穴を含む複雑な形状を製造でき、これは一部のケースで利点となります。

デメリット

• 小さな部品サイズ。3Dプリントの最大の欠点の一つは、作成できる部品のサイズが比較的小さいことです。積層プロセスにはスケーリングの面で限界があり、克服は困難です。確かに世界最大の3Dプリンターは最近ボートをプリントしましたが、通常はより小さな寸法を見ることになります。
• 不完全さ。積層法は一部の面で効果的ですが、製造プロセス中に不完全さを生み出しやすいです。特に表面はしばしば筋状で少し不均一に仕上がります。
• 遅い生産。最終的にどう見ても、3Dプリントは射出成形プロセスほど効率的ではありません。ご想像の通り、プラスチック材料を積層するには単一の部品でも時間がかかり、数百、数千、数百万個を作ろうとすればなおさらです。

適切な選択肢の選び方

両アプローチに欠点がある一方で、それぞれ独自の強みがあり、特定の状況に理想的に適しています。

手頃な価格で大量生産が必要なら、射出成形に勝るものはありません。一方、3Dプリントはより柔軟性があり、設計を迅速に調整できます。

時間がなく今すぐ部品が必要なら、3Dプリントが優れています。しかし最終的にスケールアップが必要なら、初期に費やした時間が後の生産段階で取り戻せるため、射出成形プロセスを選ぶ方が理にかなっています。

決定に影響を与える要因がたくさんあるため、両サービスを提供し、あなたのニーズに最適なアプローチを見つけるのを助けられる経験豊富な会社と相談するのが賢明です。

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結局のところ、これは大きな決断なので、時間をかけて慎重に選択肢を検討するのが合理的です。