シリコーン射出成形 vs 3Dプリント：エラストマー部品製造の最適解を選ぶ

工業用ガスケットから靴底まで、エラストマー部品は至る所にあり、かつユニークです。エラストマー（弾性重合体）——ゴムのようなポリマーのグループ——から作られるこれらの柔軟で伸縮性があり、衝撃吸収性に優れたコンポーネントは製造が容易で、いくつかの方法で生産可能です。

エラストマー部品の製造方法の一つが射出成形です。熱可塑性樹脂の射出成形ではなく、液状シリコーンゴムのような熱硬化性樹脂の射出成形です：この材料は液体状態で射出され、その後硬化させて固体にします。しかし今日、液状シリコーン射出成形の優れた代替手段があります。それが、TPEやTPUのような柔軟な材料の3Dプリントです。もはや特殊材料ではなく、TPEとTPUは今や低コストFDMプリンターで3Dプリント可能です。

本記事では、エラストマー部品の基礎——特性、用途、そして射出成形か3Dプリントのどちらを選ぶべきか——を解説します。

エラストマーとは

エラストマーは、低ヤング率、高破断歪み、粘弾性——粘性と弾性の組み合わせ——を持つポリマーと定義されます。単にゴムと呼ばれることもありますが、エラストマーは非硫化材料も含むより広いカテゴリです。

平たく言えば、エラストマー（弾性ポリマー）は、室温でさまざまな程度で弾性があり、伸縮性があり、柔軟で、変形可能な材料です。これは弱い分子間結合によるものです。この特性により、エラストマーは非常に有用です。曲げたり伸ばしたりしても破損しないため、より剛性の高い材料では目的を果たせない多くの用途で使用されます。

エラストマーは熱硬化性（加熱しても溶けない）または熱可塑性（加熱すると溶ける）のいずれかであり、最も一般的なエラストマーには以下があります：

• 天然ゴム
• ブタジエンゴム
• スチレン・ブタジエンゴム
• エチレン・プロピレン単量体

しかし、本記事はプロトタイピングと2つの特定製造プロセスに焦点を当てているため、シリコーン、熱可塑性エラストマー（TPE）、熱可塑性ポリウレタン（TPU）により多くの注意を払います。シリコーンは熱硬化性、TPEとTPUは両方とも熱可塑性で、したがって3Dプリンターで押出可能です。

エラストマー部品の例

エラストマーは非常に一般的で、シンプルな日用品から複雑な産業アセンブリまで見つかります。ここでは業界別、および材料固有の用途に分けてさまざまなエラストマー部品を紹介します。

1. 自動車

タイヤをはじめ、エラストマーは多くの自動車コンポーネント製造に不可欠です。

• タイヤ
• 振動減衰装置
• ワイパーブレード
• サスペンション部品
• シールとガスケット

2. 産業

エラストマーは産業で広く使用され、特に水密・気密アセンブリ用のシールとガスケットに用いられます。

• シールとガスケット
• 電気絶縁
• コンベアベルト
• 駆動ベルト
• ホースとチューブ

3. 石油・ガス

エラストマー、特に合成エラストマーは石油・ガス産業で見られ、しばしばオイル漏れ防止の役割を果たします。

• 油圧シール
• パイプワイパー
• パッカーカップ
• ホース

4. 消費財

サッカーボールから鉛筆の消しゴムまで、膨大な数の消費者製品がエラストマーから作られています。

• アウトソールを含むフットウェア
• レインコート
• スポンジ
• 鉛筆の消しゴム
• ボールを含むスポーツ用品
• 食品容器

材料固有の用途例

本記事は射出成形可能な液状シリコーンゴムと3Dプリント可能なTPE・TPUフィラメントに焦点を当てているため、これら3材料の一般的な用途を紹介します：

• シリコーン： 生体適合性医療機器、義肢、製氷皿など食品安全デバイス、シール・ガスケット、オーバーモールド部品
• TPE： シール・ガスケット、ボトルキャップライナー、スノーモビルトラック、カテーテルなど医療コンポーネント、工具ハンドル、サスペンションブッシング、オーバーモールド部品
• TPU： 電子機器ケース、キャスターホイール、医療コンポーネント、駆動ベルト、フットウェア、膨張式アイテム、ワイヤージャケット・チューブ

エラストマーの射出成形

エラストマー部品の製造方法は多数ありますが、特に大量生産において最も信頼性が高いのが射出成形です。

射出成形は、液体材料を圧力で金属金型（通常鋼またはアルミニウム製）に射出してプラスチック部品を作るプロセスです。プロセス中、射出成形機が原材料を金型に供給し、その形状は最終部品のネガティブ印象（キャビティ）で、通常2つのセクションで構成され、その間にキャビティがあります。

射出成形は熱硬化性エラストマーの液状シリコーンと互換性があり、大量に柔軟で耐衝撃性・耐熱性に優れた部品を製造する優れた方法です。成形前に、2液性シリコーン溶液を混合し、片方にシリコーンを固体に硬化させる白金触媒を含ませます。

液状シリコーン射出成形では、ガスケット、医療機器、厨房機器、マルチマテリアルアセンブリのオーバーモールド部分などを製造できます。

メリット

シリコーン射出成形には、大量生産の高速化、高いディテールレベル、優れた材料特性、中〜大量生産での低部品単価など、いくつかのメリットがあります。

デメリット

液状シリコーン射出成形の制限には、高額な金属金型コストと、薄肉・R形状必須など成形プロセス固有の幾何学的制約があります。

エラストマーの3Dプリント

液状シリコーン射出成形の代替手段として、TPEやTPUのようなフレキシブルフィラメントの3Dプリントがあります。これらの材料も射出成形可能ですが、3Dプリントはワンオフプロトタイプなど、異なる種類のプロジェクトに適したよりラジカルな代替手段を提供します。

TPEやTPUのようなエラストマーを3Dプリントする最大のメリットの一つは、これらが熱可塑性樹脂であり、溶融・押出可能なFDM 3Dプリントフィラメントにできる点です。FDMは機械・運用コスト両面で最も安価な3Dプリント形式であり、誰でも高品質なエラストマー部品を作れることを意味します。

TPEとTPUフィラメントにはそれぞれ用途があります。TPUはTPEより硬く、密度が高く、より剛性があり、耐摩耗性に優れ収縮しにくいです。しかしTPEほど柔軟ではなく、ゴムバンドのように柔軟な部品を作るにはTPEが適しています。

エラストマーの3Dプリント、特にTPEでは注意が必要です（プリント速度を遅くし、ダイレクトドライブエクストルーダーの方がボーデン式より適しています）が、実質的にあらゆるFDMプリンターでこれらの材料を処理できます。

一般的な3Dプリントエラストマー部品には、TPU製フットウェアミッドソール・ウェアラブルエレクトロニクス、TPE製ハンドル・ホース・スマートフォンスキンがあります。

メリット

フレキシブルフィラメント3Dプリントのメリットには、少量でも非常に低コスト、金型コストゼロ、内部・外部形状のほぼ無制限の自由度があります。これによりプロセスはエラストマープロトタイピングに非常に適しています。

デメリット

TPE・TPUからのエラストマー部品3Dプリントの制限には、精度とディテールレベル（射出成形と比較）、生産速度、スケーラビリティがあります。コスト・時間両面で規模の経済が働かないためです。

結論

液状シリコーン射出成形とFDM 3Dプリントは、どちらもエラストマー部品製造の優れた方法です。部品品質とスケーラビリティでは射出成形がリードしますが、3Dプリントはプロトタイプ、特にワンオフに便利で安価な選択肢です。

エラストマー部品やプロトタイプを作る際は、予算、個数、必要な材料特性、将来の生産ニーズなどを考慮して次のアクションを決定すべきです——この決定を3ERPがお手伝いします。

3ERPは射出成形と3Dプリントの両方を提供するプロトタイピングスペシャリストです。エラストマー部品の無料見積もりを今すぐご請求ください。