ABS 射出成形をマスターする:優れた材料、プロセス、デザイン

ABS は製造で使用される最も一般的な熱可塑性プラスチックの 1 つであり、靭性、耐衝撃性、手頃な価格のバランスが優れています。 ABS は押出成形スタイルの 3D プリントなど、いくつかの方法で加工できますが、プラスチックの融点が比較的低く、流動特性が優れているため、ABS のプラスチック射出成形が主力の製造プロセスです。

射出成形された ABS 部品がいたるところで見られます。自動車のダッシュボード、家電製品の筐体、さらにはレゴブロックなどは、ABS 射出成形を使用して製造される日用品のほんの一部であり、低コストの材料の望ましい機械的特性の恩恵を受けています。さらに、医療から建設に至るまで、さまざまな業界で応用が可能です。

この記事では、お客様にご満足いただいている射出成形サービスを提供してきた当社の長年の経験に基づいて、ABS 射出成形の基本について説明し、プロセスパラメータ、材料とフィラーのオプション、表面仕上げ技術などについて説明します。

ABS とは何ですか?

アクリロニトリルブタジエンスチレン (ABS) は、1954 年にボルグワーナーコーポレーションによって初めて販売され、耐衝撃性、靭性、剛性で知られる一般的な熱可塑性ポリマーです。ポリブタジエンの存在下でスチレンとアクリロニトリルを重合させることによって作られます。

ABS の 3 つのコンポーネントは、さまざまな材料特性に寄与します。

あクリロニトリルは、材料に一定レベルの耐薬品性と熱安定性を与えます。
B ウタジエンは靭性と耐衝撃性を生み出します。
すタイレンは剛性と光沢を与えます。

全体として、この素材は比較的強く、耐久性があり、軽量です。また、熱可塑性プラスチックであるため、大きな劣化を引き起こすことなく、何度でも溶かして形状を整え、再溶解することができます。このため、射出成形や、ブロー成形、3D プリント、材料の押し出しなどの他のプロセスに適しています。

射出成形の場合、ABS はプラスチックペレットの形で供給されます。これらは、材料を長いストランドに押し出し、次にそれをより小さな断片に切断することによって作られた小さくて均一な顆粒です。 ABS ペレットのコストは 1 キログラムあたりわずか数ドルで、3D プリント用のフィラメントなどの他の材料フォームよりもはるかに安く、射出成形機のホッパーに簡単に入れて溶かすことができます。

ABS 射出成形プロセス

ABS 射出成形は、プラスチック部品を大量に製造するための迅速かつ経済的な製造プロセスです。射出成形機は大型で高価な機器であるため、このプロセスは通常、専門のメーカーによって実行されます。

このプロセスは、射出成形機のホッパーに供給される ABS ペレットの取得から始まります。往復スクリューによって熱可塑性樹脂ペレットが加熱されたバレルに押し込まれ、そこで約 180 ～ 240 °C の温度で溶解されます。次に、溶融した ABS が金型キャビティに圧力をかけて射出され、材料にその形状が与えられます。

溶けたABSは金型内で冷えて固まります。プラスチックは良好な流動特性を備えているため、通常は問題なく微細なディテールを実現できます。このため、ABS 射出成形は、正確な形状と詳細な表面テクスチャを必要とする複雑な部品の製造に非常に適しています。固化後、金型が開かれ、エジェクターピンを使用して部品が取り出されます。金型のサイズやその他の要因に応じて、射出成形の全体的なサイクル時間は、約 10 秒から最長で 2 分までの範囲になります。

ABS 射出成形の長所と短所

ABS は射出成形によく使用される熱可塑性プラスチックであり、加工が非常に簡単で、優れた機械的特性を備えています。 ABS 射出成形の唯一の注目すべき欠点は、材料とプロセスの組み合わせではなく、材料自体に関係しています。

利点

良好な流動特性
強度や靭性などの優れた機械的特性
材料は金型キャビティの隅を簡単に埋めることができるため、微細な形状が可能
低コストの素材
特に高温は必要ありません
後処理が簡単

欠点

耐熱性がかなり低い
耐紫外線性がかなり低い

ABS 射出成形パラメータ

他の熱可塑性プラスチックと比較すると、ABS 射出成形パラメータは中程度の温度と圧力であり、ポリカーボネート (PC) や強化ナイロンなどの材料よりも加工が容易です。ただし、パラメータは ABS グレード、部品の形状、その他の要因によって異なる場合があります。

ABS 射出成形温度に関しては、ABS の実際の溶融温度がバレル温度よりわずかに高くなることに注意してください。溶融温度は高温計で測定できます。

バレル温度 :180 ～ 240 °C。一般に汎用 ABS は耐熱 ABS (190 ～ 240 °C) よりもわずかに低い温度 (180 ～ 230 °C) を必要とします。難燃グレードでは、わずかに低い温度が必要な場合があります。温度はバレルの前部で最も高く、後部で最も低くなります。
金型温度 :50 ～ 80 °C。良好な表面仕上げに必要な高温と、サイクル時間を短縮できる低温の間のバランスが取れています。金型の温度制御は、望み通りの方法で部品を製造するための優れた方法です。
射出圧力 :10,000～20,000 psi。耐熱グレードや薄肉で微細な形状の部品にはより高い圧力が必要です。
注入率 :低速から中程度。
水分コントロール :ABS ペレットは吸湿性があるため、乾燥した場所に保管する必要があります。成形中の問題を防ぐために、ペレットを約 80 °C の温度で数時間乾燥させることができます。

射出成形用 ABS 材料

ABS は射出成形用にさまざまなグレードと種類があり、さまざまな用途に適したさまざまな分子構造と添加剤が用意されています。場合によっては、再生 ABS が使用される場合があります。

汎用 ABS 靭性、剛性、加工のしやすさのバランスが取れています。
耐衝撃性 ABS 余分なブタジエンゴムが含まれており、高レベルの応力を受ける部品の耐衝撃性が向上します。
高耐熱 ABS 余分なアクリロニトリルが含まれているため、熱安定性が向上し、自動車などの業界で役立ちます。
難燃性 ABS 可燃性を低下させるために添加剤が使用されており、電気機器によく使用されます。
透明 ABS 医療などの分野で使用するために、より高いレベルの透明性を提供するように設計されています。
金属メッキ ABS 金属コーティングによく接着するように設計された改良グレードで、シャワーヘッドなどのアイテムに役立ちます。
ヘルスケアグレードの ABS 生体適合性があり、滅菌可能です。このような素材は、米国食品医薬品局などの機関から承認を得ている場合があります。
再生 ABS 主にリサイクル ABS から作られており、多くの場合、未使用 ABS と同等のレベルで性能を発揮します。

ABS 射出成形ペレットの主要な化学メーカーには、LG Chem、SABIC、RTP Company などがあります。

一部の ABS ペレットには強化剤が混合されています。これらにはガラス繊維が含まれる場合があります。、剛性と寸法安定性を追加するミネラル 炭酸カルシウムなどの剛性と耐熱性を高めます。難燃性 ABS グレードはハロゲン化化合物を添加することで製造できます。、リンベースの化学物質、または水酸化アルミニウムなどの無機化合物。

一般的な ABS ブレンドにはPC/ABS が含まれます。純粋なABS よりも高いレベルの耐熱性を持つPVC/ ABS です。耐薬品性が向上します。 ABS/ナイロン ブレンドは純粋な ABS よりも優れた耐摩耗性を実現できます。

ABS ペレットは、熱に安定した顔料と混合することもできます。成形中に均一な色の部品のバッチを生成します。マスターバッチ濃縮物は乾燥顔料よりも良い結果をもたらしますが、どちらも使用できます。

ABS 用金型材料

ABS の大量生産用の射出成形金型は、通常、P20、H13、または S7 などの硬化工具鋼から作られます。低コストのアルミニウム製金型は短納期に適していますが、鋼製金型よりも摩耗が早くなります。 ABS は流動性に優れているため、金型は比較的複雑で微細な形状を含むことができるため、複雑な部品を一貫した寸法精度で製造できます。

ABS 成形品の表面処理

ABS 成形品は、取り出された後、後処理ステップで改善できます。まず、余分な材料を除去するトリミングとバリ取りから始まり、部品の表面仕上げ品質を向上させるための仕上げ処理に進みます。

ABS 部品の望ましい表面粗さを実現するには、さまざまな表面仕上げ方法を使用できます。光沢にはダイヤモンドバフが最適で、粗い質感にはドライブラストが適しています。大規模または中規模の部品バッチの場合、金型にテクスチャを追加するほうが、個別のプラスチック成形品を後処理するよりもコスト効率が高くなります。これは一度だけ実行する必要があるためです。

プロセス 機能 ABS の互換性 サンディングと研磨表面を滑らかにしてマークを除去簡単に実行できる蒸気平滑化光沢のある密封仕上げを作成アセトンまたは MEK 塗装とコーティング色を追加し、保護特性を追加できます表面によく接着電気メッキ装飾的または機能的プレコーティングが必要パッド印刷ロゴまたはテキストを追加良好なインク密着性

ABS 射出成形設計ガイド

ABS 射出成形用の部品設計を開発するエンジニアは、射出成形プロセスの制限と、程度は低いですが、成形プロセスの状況における ABS プラスチックの特有の機能を考慮する必要があります。成形 ABS の製造向け設計 (DFM) 原則には、壁厚の制約と抜き勾配が含まれます。

デザインルール

壁の厚さ

1.1 ～ 3.5 mm

すべての射出成形部品には推奨肉厚範囲があります。薄すぎると金型に充填するのが難しくなり、部品が壊れやすくなります。厚すぎると、材料が金型キャビティ全体で不均一な速度で冷却される可能性があります。 ABS は、ポリエステル、アセタール、アクリルなどの他のプラスチックよりもわずかに厚い壁を必要としますが、ポリウレタンよりは薄くなります。

抜き勾配角度

0.5 ～ 1°

抜き勾配は射出成形設計に組み込まれているため、金型から部品を簡単に取り出すことができます。抜き勾配はすべての成型プラスチック部品に不可欠であるため、ここで推奨される角度は ABS に固有のものではありません。例外は、テクスチャード加工された表面を持つ部品です。これらにより金型の内部との摩擦が大きくなるため、抜き勾配を 2 ～ 3° にすることをお勧めします。

半径

0.5 ～ 1 mm または 1/2 の壁の厚さ

鋭いコーナーは応力や流れの問題を引き起こす可能性があるため、射出成形品には推奨されません。ABS は脆い性質があるため特に敏感です。その代わりに、内側と外側の角を丸くすることで、効果的な成形と取り出しが容易になります。最小半径は壁の厚さの約 4 分の 1 である必要がありますが、その値を壁の厚さの半分に増やすと優れた強度が得られます。

リブ

リブの高さは壁厚の 3 倍まで。リブの厚さ壁の厚さの 1/2

リブは、成形品の壁に対して垂直に走る薄く盛り上がった部分です。これらは壁を厚くすることなく強度を高めるために使用されますが、通常はより多くの材料が必要になり、別の問題が発生する可能性があります。

ボス

ベースの厚さ壁の厚さの 1/2

ボスは、部品を損傷することなくネジなどの留め具を配置できる盛り上がった円筒形のフィーチャーです。 ABS パーツの場合、ボスのベースの最大厚さはパーツの壁厚の約半分以下である必要があります。

許容範囲

0.1 ～ 0.3 mm

ほとんどの ABS 成形品の公差は約 0.1 mm 未満であってはなりません。ただし、非常に小さい部品や精密な部品の場合は、0.05 mm の公差を指定できる場合があります。一般に、過剰な金型製造コストを避けるために、厳密に必要な場合 (たとえば、連結部品など) にのみ厳密な公差を設定することをお勧めします。

ゲート

ゲートにより、材料が金型キャビティに入ることができます。他のプラスチックと同様に、ゲートは成形品の厚い部分に配置するのが最適です。エッジゲート、ピンゲート、サブマリンゲートが一般的です。

通気口

0.02 ～ 0.05 mm

金型の通気は、火傷やボイドの原因となるガストラップを防ぐのに役立ちます。 ABS は優れた流動特性を備えており、大きな穴から簡単に逃げることができるため、これらの穴はかなり小さくなければなりません。

便利なソフトウェア機能

多くの CAD ツールには、ABS 部品の設計を容易にする射出成形特有の機能が備わっています。これらの機能には次のものが含まれます。

D ふ M 分析 :壁の厚さ、抜き勾配、アンダーカット、ゲートの配置をチェックして、提案されたデザインが成形可能であることを確認します。
プロセス分析 :特定のソフトウェアパッケージは、提案された金型キャビティ内で溶融 ABS がどのように動作するかをシミュレーションする金型流動解析などの高度な機能に加え、収縮予測や有限要素解析 (FEA) などのその他の機能を提供できます。
モールドの作成 :ソフトウェアを使用すると、パーツの 3D モデルに基づいて、エジェクターピンの配置やその他の機能を備えた 2 つのパーツからなる金型を自動的に生成できる場合があります。
CAM の統合 :一部のプラットフォームは製造装置を制御する CAM ソフトウェアと統合されていますが、これは設計者よりも製造業者に関係します。

ABS 射出成形の応用

ABS 射出成形は汎用性の高い熱可塑性プラスチックとして、玩具から自動車部品や建築資材に至るまで、幅広い製品を製造するために多くの業界で導入されています。一般的な用途には、自動車部品、家庭用電化製品のハウジング、ヘルスケア機器、工業用部品などがあります。ここでは、ABS 成形部品の例を業界別に見ていきます。

自動車 :ABS 成形部品は多くの車両、特に内装トリムに使用されています。フォードやトヨタなどの自動車メーカーは、ダッシュボードパネル、グローブコンパートメント、ドアトリムなどの部品に ABS を使用していることが知られており、部品は激しい熱にさらされないものの、高レベルの靭性と寸法安定性が必要とされますが、BMW はグローブコンパートメントに ABS/PC ブレンドを使用しています。 1968 年から 1988 年にかけて、シトロエンは、カラフルな ABS 外装ボディワークを特徴とする、メハリと呼ばれる非常に珍しい多目的車を製造しました。自動車における ABS 射出成形の利点の 1 つは、特に美しい内装部品の場合、部品の着色、仕上げ、テクスチャリングが容易であることです。
家庭用電化製品 :エレクトロニクス企業は、耐久性のあるハウジングに ABS の射出成形を採用することがよくあります。たとえば、Dell と HP は、耐傷性と耐熱性を兼ね備えた ABS/PC ブレンドをラップトップやコンピュータのモニターの筐体に使用していますが、Canon と Epson は、その剛性の高さからプリンタの筐体に ABS を使用していることが知られています。 ABS ハウジングを備えたもう 1 つの人気の家電製品は PlayStation 4 です。（新しい PlayStation 5 は ABS とポリカーボネートの混合物を使用しています）。ハウジングは通常壁がかなり薄いため、射出成形プロセスに適しています。
消費財 :電子機器以外では、玩具 (レゴブロックを含む) などの多くの消費財、プラスチックカヤックなどのスポーツ用品、リコーダーなどのプラスチック楽器が ABS 成型で作られています。キッチン家電や掃除機のハウジングも ABS 材料の良い候補です。掃除機会社のダイソンは、真空によって発生する熱が ABS の熱たわみ温度（約 80 °C）よりもはるかに低いため、一部の製品にこの素材を使用していることで知られています。
ヘルスケア :ABS は、温度が高すぎるためオートクレーブ滅菌はできませんが、滅菌できるため、医療ハウジングや送達システムなどの部品としてヘルスケア分野で人気があります。 Philips Healthcare は、IntraSight ユニットで見られるように、診断装置のケーシングに ABS を使用しています。 3M は、素材の軽量性を活かして、吸入器や呼吸器に ABS を採用しています。成形 ABS はドラッグデリバリーシステムにも使用できます。
建設 :建設およびさまざまな産業分野では、壁板、電気スイッチ、ハウジングなどの部品に耐熱および難燃グレードの ABS が使用されることがあります。 ABS パイプと継手も一般的です。産業機器の観点では、Stanley Black &Decker は工具のハウジングや電力機器のケーシングに成形 ABS を組み込んだ注目すべき企業の 1 つです。

3ERP による信頼性の高い射出成形

エンジニアや製品設計者は、射出成形機のサイズとコストを考慮して、通常、サードパーティの射出成形会社を利用して部品やプロトタイプを製造します。これらの企業は通常、金型製造の専門家でもあります。製品デザイナーは、3D デザインを実現するために金型作成の専門知識を必要としない場合があります。

射出成形会社は通常、必要な金型のサイズに応じて、さまざまな型締力の機械を運用しています。

3ERP のような企業は、プロトタイプから量産まで、幅広い ABS 射出成形プロジェクトを実現できます。当社の専門知識により、DFM、金型の作成、製造、表面仕上げを処理し、最終製品が最高の品質と精度の基準を満たしていることを保証します。

次のプロジェクトの見積もりをリクエストして、私たちがどのようにお手伝いできるかを確認してください。

よくある質問 (FAQ)

ABS の射出成形金型の寿命はどれくらいですか?

ABS のような加工しやすい素材を成形すると、金型の寿命が長くなります。よく作られたスチール製金型は数十万、さらには 100 万サイクルにも耐えますが、低コストのアルミニウム製金型は通常、数万回のサイクルに耐えることができるため、少量の成形に最適です。

ABS 射出成形の平均費用はどれくらいですか?

すべての射出成形材料と同様に、ABS 射出成形コストの最大のものは金型の作成です。単純なアルミニウム製の金型の費用は数千ドルですが、鋼製の金型の費用は通常 10,000 ドル以上かかり、複雑な複数の部品からなる金型の場合はさらに高額になります。ただし、ABS 注入あたりのコストは非常に低くなります。少量生産の場合は、大量生産よりも部品あたりの料金が高くなることが予想されます。

射出成形用の ABS の収縮を計算するにはどうすればよいですか?

ABS の成形収縮率は約 0.4 ～ 0.7% です。金型設計者は、最終的な成形品のサイズが小さくならないように、この係数をキャビティの寸法に適用する必要があります。

ABS ペレットはなぜ乾燥している必要があるのですか?

ABSは吸湿性の高い素材で、空気中の湿気を吸収します。射出成形前に ABS ペレットが過剰な水分を吸収している場合、蒸発した水分によりスプレイマークやボイドなどの問題が発生します。このような問題を防ぐために、使用前にペレットを適度な温度 (約 80 °C) で乾燥させることができます。

ABS 成形品の歪みを防ぐにはどうすればよいですか?

ABS の射出成形は特に難しいことではありませんが、金型温度を一定に維持し、均一な肉厚を使用し、完成した成形品をゆっくりと冷却することで、反りを最小限に抑えることができます。

ABS 成型部品は屋外で使用できますか?

ABS は屋外での使用に適した素材であり、ある程度の耐候性を備えています。ただし、要求の厳しい屋外用途では、耐候性 ABS グレードが使用される場合があります。このような素材は優れた耐紫外線性を提供するように設計されているため、日光にさらされても時間が経っても劣化しません。

ABS 3D プリントではなく ABS 射出成形を選択する理由は何ですか?

どちらのテクノロジーにもそれぞれ利点があります。押し出しスタイルの FDM 3D プリンティングは、1 回限りのラピッドプロトタイプを作成するのに最適な選択肢であり、デスクトップ 3D プリンタは非工業環境でも動作できます。一方、射出成形は、薄くても強度があり、優れた表面仕上げを備えた部品を製造する場合に適しています。大量生産の場合、射出成形は 3D プリントよりも大幅に安価です。

ABS ブロー成形についてはどうですか?

ブロー成形は、金型内でプリフォームを使用し、金型の壁にくっつくまで空気で膨張させて、プラスチックボトルのような薄くて単純な部品を作成するために使用されるプロセスです。 ABS はブロー成形中に使用でき、電子機器のハウジング、パイプ、ホースなどの部品に適しています。ただし、他の一般的なブロー成形熱可塑性プラスチックに比べて透明性に欠けており、高密度ポリエチレン (HDPE) やポリプロピレン (PP) などの材料よりも高価です。

ABS 成形品は有毒ですか?

成形 ABS は安定しており、通常は無毒であると考えられています。ただし、燃やすと有毒ガスが発生する可能性があります。コーティングされていない ABS もリサイクル可能であり、リサイクルされた ABS は射出成形プロセス中に再利用できます。

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