ウレタンキャスティング：材質・着色・透明性・用途の完全ガイド
ウレタンキャスティングは、剛性またはゴムライクなプラスチック部品の製造に適した低コスト成形プロセスです。プロトタイプおよび特定の最終用途部品に適しており、高価なハードツーリングを必要とせず、シリコーン金型を使用して限定数の鋳造を行います。
お客様にはウレタンキャスティングにおいて複数の選択肢があります。剛性・柔軟性の選択に加え、製造中または製造後に容易に着色でき、透明材料を使用してクリアな電子機器ケースやプレゼンテーションボックスなどの製作も可能です。
本記事では、ウレタンキャスティングの主要側面について解説します：定義、使用可能な材質、着色・透明化の方法、適切な用途例など。
ウレタンキャスティングとは
ウレタンキャスティングは、部品の少量生産バッチ向けの生産品質製造プロセスです。射出成形に似ていますが、使用するツーリングが金属ではなく柔軟なソフトツールである点が異なります。そのため、特に少量生産では射出成形より大幅にコスト効率が良く、リードタイムも短縮できます。
ウレタンキャスティングで製造される部品は、一般的に射出成形品より強度は劣りますが、優れた表面仕上げが得られます。これらの高品質部品は比較的厳しい公差で製造可能で、最小限の後処理で済みます。
ウレタンキャスティングのプロセス
- ポジティブなマスターパターンを入手、またはステレオリソグラフィー3DプリントやCNC加工などで製作
- マスターパターンを液状シリコーンの容器にセットし、ネガティブ金型を作成
- 完全硬化したシリコーン金型を半分に切断し、マスターパターンを取り出し
- シリコーン金型にウレタンを充填し、硬化させて鋳造部品を作成。シリコーン金型は約20回再利用可能
ウレタンキャスティングは、真空鋳造やウレタンモールディングと呼ばれることもあります。ただし、ウレタン部品製造に必ずしも真空工程が必要というわけではありません。
シリコーン金型製作の詳細については、シリコーン金型の作り方に関する記事をご参照ください。
ウレタンキャスティング材質
ウレタンキャスティングは、例えばCNC加工（幅広い熱可塑性ポリマーに対応）と比較すると材質選択肢は多くありません。しかし、2種類の異なるウレタンキャスティング樹脂に対応しており、製品開発における重要な柔軟性を提供します。
部品の用途によって剛性材かエラストマー材かは明確です。剛性はほとんどの機械的機能に不可欠、弾力性は衝撃吸収、グリップなどに有用です。
剛性材（ショアD）
ショアDウレタンは、タフで耐久性に優れた剛性ウレタンプラスチック群で、ケース、筐体、家電製品、玩具、包装、レンズ、医療・科学機器、パネルなどの最終部品に使用されます。
エラストマー材（ショアA）
ショアAウレタンは、柔軟で耐衝撃性に優れたソフトウレタンプラスチック群で、ゴムと物理的特性を共有します。ゴムグリップ・スキン、オーバーモールド、ボタン・キーパッド、ケーブルコネクタ、ゴムブーツなどに使用されます。
着色ウレタン鋳造部品
ウレタンキャスティングは材質選択肢が限られるものの、鋳込み着色を含む優れた着色オプションを提供します。
これにより、企業のコーポレートカラーに合わせる必要がある玩具、消費財、ブランド製品に適しています。R&D部門が多色でプロトタイプを作ることも可能です。
鋳込み着色
ウレタンは液体状でシリコーン金型に注入されるため、液体混合物に顔料を添加するのが比較的容易です。
このアプローチには複数のメリットがあります。色がプラスチック全体に混入しているため表面のみではなくチッピングや剥離がなく、部品の表面テクスチャに影響を与えません（特定用途で重要）。
一方で、鋳造前にウレタンに添加する適切な染料量を決定するのは難しく、正しい色相が得られるまで試作鋳造を廃棄する必要がある場合があります。
塗装
鋳造完了後、部品表面に塗料を塗布して着色することも可能です。
塗装によりより幅広い色調と光沢調整が可能で、部品の表面テクスチャを平滑化する効果もあります。また、高品質塗料は内部顔料よりUV曝露による退色が少ない傾向があります。
塗装の欠点は、チップや傷が発生しやすく、製造工程が1工程増えるため予算が増加することです。
透明ウレタン鋳造部品
ウレタンのメリットの一つは、透明グレードが利用可能なことです。クリア樹脂は、電子機器筐体、レンズ、照明部品などに有用です。
ほとんどの場合、透明部品には真空チャンバーを使用して気泡を除去します。気泡が残ると透明鋳造部品の外観が損なわれるためです。
クリア材料に顔料を混ぜて着色透明部品を作ることも可能です。
ウレタンキャスティングと代替工法の比較
ウレタンキャスティング vs ステレオリソグラフィー（SLA）
ウレタンキャスティングと同様に、クリア部品作成で一般的なのがステレオリソグラフィー（SLA）です。レーザーベースの積層造形（3Dプリント）プロセスで、歯科、宝飾品製造、詳細なクリア部品を必要とする分野で使用されます。
SLAはウレタンキャスティングより複雑な形状と微細なフィーチャーを製作可能です。ウレタンキャスティングがマスターパターンにSLAプリント部品を使用することもあり、モールディングと鋳造で多少のディテールロスが生じるためです。
しかし、同一部品の複数個が必要な場合はウレタンキャスティングが優れます。また、SLA樹脂への顔料添加は不可能ですが、鋳造ウレタンでは可能です。
ウレタンキャスティング vs CNC加工
両者は全く異なる生産技術ですが、時として類似部品の製造に使用されます。両方とも筐体などの剛性プラスチック部品を製造可能で、少量生産に適しています。
CNC加工はウレタンキャスティングより遥かに高精度で、より詳細なフィーチャーを作れます。また、多様な材質に対応可能ですが、ウレタンキャスティングは限られます。
ウレタンキャスティングはあらゆる生産量で安価で、特に複数個必要な場合にコストメリットが大きいです。
ウレタンキャスティング vs 射出成形
両プロセスは多くの類似点を持ち、主な違いは金型材料です：ウレタンキャスティングはソフトなシリコーン金型、射出成形は金属ツーリングが必要。
射出成形は中〜大量ロット、より高強度が必要な部品に適しています。
少量生産では、高価な金属ツーリングが不要なウレタンキャスティングが、射出成形の低予算代替案として適しています。
ウレタンキャスティングの用途
ウレタンキャスティングはプロトタイピングに広く使用されますが、特定の最終用途アプリケーションにも適した生産品質プロセスです。ウレタン鋳造部品は特に高強度ではありませんが、他の望ましい特性を備えています。
医療機器
食品接触製品と同様に、医療機器も無毒材料が使用されるウレタンキャスティングの恩恵を受けられます。ただし、すべての鋳造可能ウレタンが生体適合性を持つわけではない点に注意が必要です。
ハウジング・筐体
着色・透明化オプションにより、家電製品やカスタム医療機器のハウジング・筐体製作に適しています。ウレタンキャスティングでオーバーモールドも可能で、電子部品をゴムライクなシェル内に封入する用途などに有用です。
スポーツ用品
一部のポリウレタンは、小型ホイール、ダンベルグリップ、水中部品、ヘルメットパッドなどのスポーツ用品製造に適しています。
少量生産部品
ウレタンキャスティングは、最大20個程度のバッチでの少量生産に定期的に使用されます。金属ツーリングで加工や成形すると非常に高価になる、自動車バンパーなどの大型部品に特に有用です。
プロトタイプ
その速度と低コストにより、ウレタンキャスティングは様々なプロトタイピングタスクに対応できる汎用的なソリューションです。最終的に射出成形で量産される部品のプロトタイプ製作にも使用されます。
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