高品質プラスチック試作作成のエキスパートガイド

今日のプラスチック試作

現代産業においてプラスチックなしでは想像できません。現代の工業グレードポリマーは製造と加工が容易で、相当な強度、優れた耐食性、何よりあらゆる金属と比較して非常に軽量です。それが産業デザイナーの間で非常に人気がある理由です。その人気により、プラスチック試作技術はこの数十年で急成長してきました。何が提供できるか見てみましょう。

ラピッドプラスチック試作の発展

長い間、プラスチック製造は大量生産の領域でした。射出金型とプラスチックを金型に射出する工作機械が必要でした。システム全体が非常に高価で、そのようなシステムの設計変更は非常にコストがかかります。これが、金属が長い間試作材料のナンバーワンだった理由です。特にデジタルシステムの急速な発展、ひいてはCNC工作機械の発展以来です。しかし、ラピッドプロトタイピングプロセスの登場により状況は変わりました。

最初は真空シリコーン鋳造技術で、ハードツーリングをソフトツーリングに置き換えました。シリコーン金型は安価で製造しやすいです。次に、革新的な付加製造プロセスが変化をもたらしました。ブランクやツーリングを一切必要としません。それに加えて、比類なき設計自由度を提供します。最後に、CNC加工プロセスによりラピッドプラスチック射出成形が可能になりました。工具鋼より製造性に優れたアルミニウム交換可能金型により、ツーリングリードタイムを最大60%短縮できます。さらに、アルミニウム金型のキャビティ変更は焼入れ鋼よりはるかに容易です。

ラピッドプラスチック試作導入のメリット

• プラスチック試作コスト。 プラスチック材料は通常低融点、良好なメンテナンス性、全体的に加工しやすいです。これによりプラスチック試作生産はかなり安価です。予算が大きくなくても、基本的にシリコーンを買い、マスターモデル（手作りでも）にかけて、待って、自宅で部品を鋳造できます。
• 耐久性. プラスチック材料は優れた耐久性を持ちます。良好な安定性、疲労強度、摩擦特性があります。ただし、UVライトと低温から遠ざけるよう努めるべきです。一部のポリマーはそんな条件下で脆くなります。
• 信頼性. プラスチック試作プロセスはよく開発されています。このような技術を毎日採用するプロフェッショナルな射出成形サービスがたくさんあります。最適な方法の選択と実行方法に疑問がある場合、いつでもプロに相談できます。
• リサイクル性. プラスチック汚染が最大の生態学的問題だった時代は終わりました。現代の工業用プラスチックはリサイクル可能に設計され、主要な有害廃棄物なしで生産されます。
• リードタイム. 現代のラピッドプロトタイピングプロセスは、少量プラスチック部品バッチの製造に最適です。場合によっては、射出成形サービスから注文すれば1週間以内に試作を入手できます。これはすべて、プラスチック試作が非常に少ない後処理を必要とするためです。

プラスチック試作が役立つ場面

プラスチック試作部品はキッチン用品と家電製品の作成だけでなく、もっと多くの用途があります。例えば、多くの医療グレード製品はプラスチック製です。一部のポリマーは人体組織とよく適合し、非常に軽量だからです。透明プラスチック部品は自動車照明で広く使用されます。ガラスより脆くありません。多くのプラスチックは良好な絶縁性や遮熱性を提供するため、製品に加熱される表面や高電圧下の表面がある場合、プラスチックハンドルと筐体がユーザーの安全を確保します。優れた摩擦特性により、一部のポリマーは安価で効率的なベアリングの製造に使用されます。

ラピッドプラスチック試作のトップ4オプション

製造業の急速な進歩により、鋳造、3Dプリント、射出成形、CNC加工が、クイックターン、3D CADベースの試作ツールに基づく技術としてプラスチック部品で広く使用されています。

1. プラスチック試作製造のための鋳造技術

シリコーン鋳造は、マスターモデル（サンプル）を必要とするため、少量バッチのプラスチック試作製造に最適なプロセスです。通常、マスターモデルを空のタンク上に吊るします。次に、プラスチック注入チャンネル、換気などの技術的要素（通常もプラスチック）をモデルに追加します。その後、液体シリコーンをタンクに注ぎ、固まるまで待ち、時々オーブンで硬化させます。金型を半分に割れば、最大25個のプラスチック部品を生産可能です。資本投資は不要です。

2. 3Dプリントをプラスチック試作に使用する方法

付加製造、しばしば3Dプリントと呼ばれるのは、異なる部品を製造する比較的革新的なプロセスです。3Dプリントを定義するのは質量の変化です。ブランクは通常最終部品より大きいです。しかし、AMでは完全に異なります。ブランク部分は粉末または細い糸です。プリンターのベースプレートに層ごとに供給され、焼結または硬化して部品の現在の断面をコピーします。1980年代の発明以来、AMは大きな飛躍を遂げました。付加製造された部品の精度、仕上げ面、材料選択、リードタイムは大幅に向上しました。

選択的レーザー焼結（SLS）

選択的レーザー焼結は、ラピッドプラスチック試作に使用される多くの付加製造技術のうち最初のプロセスです。実質的にあらゆるタイプの材料に使用できる最も汎用的な付加プロセスです。その中にはもちろんプラスチックも含まれます。レーザー出力をそれほど必要とせず焼結でき、ベースプレートに粉末を撒く主な利点は、それがオーバーハング要素のサポート構造としてある程度機能することです。

溶融堆積モデリング（FDM）

FDMは、プラスチック試作を製造するために利用可能な最も安価で簡単な付加プロセスです。多くのホビイストが自宅でFDM 3Dプリンターを作っています。FDMはプラスチック糸の形で原材料を使用し、液化してプレート上に部品の現在の断面の形で積層します。オーバーハング構造は、別の材料（より脆いタイプのプラスチックで容易に除去可能）でサポートされます。全体的に、FDMは最も安価なプロセスですが、最悪の仕上げ面と品質を生み、美観が重要ならより多くの後処理が必要です。

ステレオリソグラフィー（SLA）

SLAはすべての3Dプリントプロセスの父と見なされています。また、最高の部品品質を持つプロセスです。仕上げ面はほぼ完璧で、精度はUV/レーザー光の直径のみによって制限されます。このプロセスは、将来の鋳造用マスターモデルの製造や、美観が懸念される試作に広く使用されます。しかし、SLAは液体ポリマーが非常に高価で、かなりの量をタンクに注ぐ必要があるため、最も高価なプロセスです。もう一つの問題はサポート構造です。モデル材料のみで製造でき、機械的に除去しなければなりません。これにより表面に傷が残り、後処理が必要になることがあります。

マルチジェットプリント（MJP）

マルチジェットプリントは、プラスチック製試作の人気選択肢の一つです。FDMの多くの利点を備え、SLAのいくつかの欠点を欠いています。MJPのポイントは、原料プラスチックを液滴に溶かし、プリンターのノズルから必要な輪郭で吐出することです。MJPの利点は、部品品質がSLAと同様ですが、液体ポリマーのタンク全体を満たし、残りをどうするか考える必要がないことです。また、挙げられた中で唯一のマルチカラープロセスでもあります。

3Dプリント試作の後処理

付加製造分野の成果にもかかわらず、多くの場合、プラスチック部品には何らかの後処理が必要です。最も普及した方法には、機械加工、研磨、化学プロセスがあります。最初の技法はかなりシンプルです。製造部品を工作機械に取り付け、ミルで加工します。研磨もよく知られたプロセスです。特殊ペーストと研磨器具を使用して完璧な仕上げ面を得ます。化学プロセスにはアセトン処理とコーティングが含まれます。前者は気化アセトンを用いて部品表面を溶かし、より滑らかにします。このプロセスは非常に効率的ですが、限られたポリマーにしか適しません。コーティングはより汎用的です。基本的に塗料やその他の要素で部品を覆い、表面品質を向上させます。

3. ラピッド射出成形でプラスチック試作を作る方法

ラピッドプラスチック射出成形は、従来の射出金型製造技術のバリエーションです。主な違いは細部にあります。例えば、ラピッド金型はより多くのジョイントを持ちます。金型キャビティがベースに接続されています。設計変更が必要な場合、キャビティを取り外して変更するだけで、他の要素を変更する必要がありません。これにより精度は下がりますが柔軟性が増します。さらに、焼入れ鋼の代わりにアルミニウム合金が使用されます。耐久性は劣りますが、製造性は最大5倍良好です。すべての変更により、プラスチック射出成形を試作にも使用可能になります。ただし、プロセスは依然としてかなり高コストであるため、最高品質の仕事に使用することを推奨します。

4. CNC加工でプラスチック部品を作る場合

機械加工プラスチックと金属部品に関して、多くのプラスチック試作メーカーはCNC加工を形状、適合、機能試験に使用します。試作領域での利点があるためです。生産グレード材料選択のアップグレードにより、WayKenではCNC試作を用いてプラスチック試作と金属部品を作成し、あなたの設計チームが最終製品の外観と機能を緊密にシミュレートし、組み立て作業の妥当性を反映し、設計を修正・最適化するための有効な時間と空間を提供します。

ラピッドプラスチック試作技術の未来

将来、大多数の専門家は付加製造が試作市場のさらに大きなシェアを占めると予測しています。結局、それはこのケースに完璧です。印刷速度と部品品質を向上させる更なる開発がなされれば。多孔性も現在の課題です。3Dプリントの不完全さを克服するための多くの研究が行われており、別の革新的なプロセスが発明されない限り、AMは次の10年でプラスチック試作の完璧な選択肢になる可能性が高いです。詳細情報はプラスチック加工能力をご覧ください。