Rapid Tooling 101:最新の製造におけるプロセス、利点、およびアプリケーション

ラピッド ツーリングは、ラピッド プロトタイピングと従来のツーリングを組み合わせて、金型や金型を迅速かつコスト効率よく作成する高度な製造技術です。リードタイムを 4 ～ 8 週間からわずか 24 時間に短縮することで、時間とコストの両方を大幅に節約しながら、1 つの部品から 10,000 個のユニットまでの生産を可能にします。

迅速なツーリングが重要な理由

迅速なツーリングにより、コンセプトと量産の間のギャップが埋められ、メーカーは次のことが可能になります。

• リードタイムを 75% 以上短縮する
• 従来のツールと比較して初期費用を 40%～50% 削減
• 製品グレードの素材を早期にテストして、製品の品質を向上させる
• 従来の方法ではコストがかかるか不可能だったコンフォーマル冷却チャネルなどの複雑な形状を導入する
• 短期間の部品やカスタマイズされた部品の設計の柔軟性を維持する

ラピッド ツーリングとは何ですか?

「ソフト ツーリング」または「プロトタイプ ツーリング」とも呼ばれるラピッド ツーリングは、積層造形と CNC 機械加工を使用して、従来の方法に比べて数分の 1 の時間とコストで金型、パターン、ダイを製造します。一般的な材料には、アルミニウム、軟鋼、高温ポリマー、最大 240 °C までの射出成形温度に耐えることができる耐熱樹脂が含まれます。

従来のツールとの主な違い

迅速なツーリングのワークフロー

このプロセスは社内または外部委託で実行でき、通常は次の 5 つの手順に従います。

直接ツールと間接ツール

• 直接 – CAD から直接金型を構築するため、マスター パターンのステップが不要となり、納期が 24～72 時間に短縮されます。
• 間接的 – 最初にマスターパターンを作成します。次に、そのパターンを使用して 1 つまたは複数の型を作成します。この方法は、複雑な形状や材料のテストに最適です。

ラピッド ツーリング テクノロジー

ダイレクトラピッドツーリング

• 3D プリント (SLA、SLS、DMLS) – 最大 0.45MPa の射出圧力に対応できる高温インサートを製造します。
• CNC 加工 – 優れた放熱性を備えたアルミニウムまたは軟鋼インサートを迅速に製造します。
• 直接金属堆積 (DMD) – ベースに金属層を追加することで、ツールの迅速な反復と修理が可能になります。
• バインダーのジェッティング – 強度を高めるために浸透させることができる砂や金属の型を作成します。
• 電鋳 – マスター パターン上に薄い金属シェルを堆積し、高い表面仕上げと寸法精度を実現します。

間接的なラピッドツーリング

• シリコンモールドキャスティング – 低コスト、10 ～ 100 個の部品に最適。ロストワックスやその他の鋳造方法に適しています。
• 真空鋳造 – 気泡のない、優れた表面ディテールを備えたプラスチック部品を製造します。
• 砂型鋳造 – 3D プリントされたパターンを使用して、小型から中型の金属部品用の費用対効果の高い砂型を作成します。
• インベストメント キャスティング – 優れた仕上げを備えた高精度の金属部品を提供します。 3D プリントされたワックス パターンによりプロセスがスピードアップされます。
• 3D プリントされたパターンを使用した射出成形鋳造 – 短期間の射出成形を合理化し、最終的な金型の製造も可能

適切なラピッド ツーリング アプローチの選択

• 予算とスケジュール – 直接方式（SLA、CNC）により、初期費用が削減され、リードタイムが短縮されます。
• パーツのサイズと複雑さ – 複雑な形状は加算技術の恩恵を受けます。大きな部品には CNC 加工が必要になる場合があります。
• ボリュームと耐久性 – ポリマーインサートは 1,000 個未満の部品に適しています。アルミニウムまたはスチールの金型は最大 10,000 個の部品をサポートします。
• 直接的か間接的か – 直接実行すると時間を節約できます。 indirect は再利用可能なマスター パターンを提供し、複数のマテリアルをテストするのに最適です。

高度なテクニックとハイブリッド アプローチ

外部形状の CNC 加工と内部形状の 3D プリンティングを組み合わせたハイブリッド製造は、両方の長所を実現します。チャネルが金型の輪郭に沿ったコンフォーマル冷却により、冷却時間を最大 66% 短縮できます。

機器の概要

一般的なラピッド ツールのセットアップには次のものがあります。

• 3D プリンター (SLA、SLS、DMLS)
• CNC フライス盤 (厳しい公差に対応する 5 軸)
• 円筒フィーチャー用の旋盤
• 射出成形機（デスクトップから産業グレードまで）
• 真空鋳造チャンバー
• ポスト浸透炉を備えたバインダー ジェッティング システム
• 電鋳ステーション

ラピッド ツールとラピッド プロトタイピング

ラピッド ツーリングの利点

• 製品サイクルの加速:金型の所要時間は 24～48 時間です。
• コストの削減:先行投資が 40%～50% 削減されます。
• 自由な設計:複雑な形状や冷却チャネルも簡単に実現可能
• リソース効率:サブトラクティブ手法と比較して材料の無駄が少なくなります。
• 短期間の適合性:プロトタイプ、市場テスト、小規模生産に最適です。
• プロセスの最適化:本格的な生産の前に射出パラメータの微調整が可能になります。

コストに関する考慮事項

• 材料:ソフト ツール (シリコン、ポリマー) $1,000～$5,000;ハードツール (アルミニウム) $5,000～$20,000;従来のスチール金型は 20,000 ドル以上。
• 複雑さ:複雑な設計により、加工時間と後処理時間が増加します。
• 量:少量の実行では迅速なツールが優先されます。大量の実行では従来のツールの使用が正当化される場合があります。
• 労力と後処理:CNC の機械加工と仕上げによりコストは増加しますが、全体のサイクル タイムは短縮されます。

はじめに