適切な CNC プラスチックの選択:包括的な選択ガイド

どのタイプの CNC プラスチックがあなたのプロジェクトに最適であるか考えたことはありますか? ABS、アクリル、POM などのオプションがあり、それぞれに独自の利点があり、適切なものを選択するのは大変だと感じるかもしれません。適切なプラスチックを使用すると、プロジェクトの耐久性、精度、パフォーマンスを向上させることができます。 CNC プラスチックの世界に飛び込んで、加工ニーズに最適な材料を見つける方法を見つけてみましょう。

CNC 加工にプラスチックを使用する理由

プラスチックは、CNC フライス加工、旋削、穴あけ、その他のプロセスで製造する際の利便性、柔軟性、耐久性、安価さのため広く使用されています。これは、自動車産業や航空宇宙産業などのコンポーネントの重量削減に役立ちます。なぜなら、プラスチックは軽量で使いやすいことを知っているからです。

さらに、プラスチックは製造時に多くの労力を必要としません。一部の金属のように切削工具を傷つけることなく、正確に設計できます。一方、プラスチックは過酷な環境条件にさらされても腐食したり化学反応を起こしたりしません。したがって、医療用食品や工業用にも使用できます。

必要に応じて、強度絶縁や透明性の要件を満たす ABS、アクリル、さらにはナイロンなどのさまざまな種類のプラスチックを使用できます。次のセクションでは、CNC テクノロジー用のさまざまな種類のプラスチックを見てみましょう。

CNC プラスチックの種類

CNC 加工は、軟質ポリエチレン (PE) から硬質 POM や PC まで、幅広いプラスチックに対応します。金属加工との主な違いは、工具と、切削速度や深さなどのプロセス変数です。

「互換性のあるプラスチックに関する RapidDirect のプラスチック CNC 加工サービスの包括的な詳細は、その特性、加工特性、表面仕上げオプションなど、以下のリストで確認できます。」

ABS
パソコン
アクリル (PMMA)
ポム
ナイロン (PA)
PE (HDPE およびLDPE)
ピーク
PP
PBT
PEI
ペット
追伸
PVC
PTFE (テフロン)

ここで、各 CNC プラスチックについて詳しく説明しましょう。

ABS

アクリロニトリルブタジエンスチレンの略語である ABS は、人気のある合成ポリマーの 1 つです。 ABS CNC パーツは、材料の加工の容易さと十分な寸法安定性のために 3D プリントでよく使用されます。

ABS は堅牢で軽量、衝撃に耐えることができ、成形コストも安価であるため、自動車部品、玩具、家庭用電化製品によく使用されています。ただし、耐紫外線性が低いため、日光に当たると変色したり故障したりすることがあります。さらに、他の CNC プラスチックと比較して、耐熱性が比較的低いです。

どこで使用されるか :

このCNCプラスチック機械は、さまざまな自動車部品や家電製品に使用されています。また、その強度と多目的能力により、家庭用機器やラピッドプロトタイプにも使用されています。

パソコン

透明で強靭なポリマーであるため、過酷な衝撃強度や温度にも耐えることができます。ポリカーボネート (PC) はかなり軽く、優れた光学的透明性を備えています。

安全メガネ、エレクトロニクス、コンパクトディスクの分野では、透明でありながら耐久性と衝撃に耐えられる PC の方がはるかに人気があります。優れていると考えられていますが、それでも傷がつきやすく、他のプラスチックに比べて価格が高くなります。 UV 処理は行わないでください。一定の時間が経過すると劣化する可能性があります。

どこで使用されるか :

保護メガネ、自動車のライト、ヘルメット、電子機器の筐体などにPCが使用されています。さらに、天窓や防弾窓などの建築構造物にも一般的に使用されています。

アクリル、PMMA

アクリル、またはポリメチルメタクリレートの略称である PMMA は、非常に軽量で優れた耐候性を備えたガラス代替プラスチックです。

理想的な耐候性と優れた光透過性を備えた看板、レンズ、水族館には、飛散防止機能も備えた PMMA が最適です。力がかかると脆くなり、非常に傷がつきやすいため、より丈夫なものを探す場合には最適な選択肢ではありません。

どこで使用されるか :

アクリルは、看板、光源ケース、展示ケース、水族館などの製造に使用される主要な部品です。透明度が高いので、レンズや窓などに使用できます。

ポム

ポリオキシメチレンとしても知られる POM は、摩耗に容易に耐え、低摩擦により優れた性能を発揮する強固なプラスチックです。しかし、POMは耐紫外線性や可燃性に劣ります。さらに、強酸や塩素も劣化を引き起こす可能性があります。

どこで使用されるか :

ギア、ベアリング、ファスナー、自動車部品などに使用されています。 POM は、精密で頑丈な部品に役立ちます。

ナイロン (ペンシルバニア州)

ナイロンは、高い弾性と優れた強度を特徴とする重要なポリマーです。耐摩耗性や耐薬品性に優れています。アミノ複合体は嵩高く脂肪分が多いため、吸水性が高く、寸法安定性に影響を与える可能性があります。また、低温では脆くなります。

どこで使用されるか :

ナイロンポリマーは、ギア、ブッシング、コンベヤベルト、その他の機械部品に一般的に使用されています。さらに、繊維、自動車部品、スポーツ用品にも使用されています。

PE (HDPE およびLDPE)

ポリエチレン (PE) は比較的低密度のポリマーで、低密度ポリエチレンと高密度ポリエチレン (HDPE およびLDPE) の両方の形態で入手できます。 HDPE は硬くて耐衝撃性に優れていますが、LDPE は丈夫ですが軽量です。これらは国際的な耐熱性が低く、特定の添加剤が存在しない場合は紫外線劣化しやすいです。

どこで使用されるか :

HDPE はパイプ、特定の容器、まな板の製造に使用できます。一方、LDPE はパッケージ、袋、チューブの製造によく使われます。

ピーク

PEEK という用語は、ポリエーテルエーテルケトンの略です。強度、耐薬品性、耐熱性に優れた高性能熱可塑性ポリマーです。他の CNC プラスチックと比較すると、非常にコストが高く、多くの技術と実装が必要です。

どこで使用されるか :

PEEK は、ストレスの多い条件下で高いパフォーマンスを必要とする航空宇宙産業、医療インプラント、自動車産業に適用できます。

PP

ポリプロピレン (PP) は、その驚くべき柔軟性と耐薬品性でよく知られている、丈夫で軽量なプラスチックです。紫外線に弱いので腐りやすいです。さらに、低温にさらされると脆くなる可能性があります。熱暴露制限もいくつかあります。

どこで使用されるか :

現在、食品容器、自動車部品、医薬品、その他の繊維に PP が使用されています。材料の特性により、PP はさまざまな用途に簡単に使用できます。

PBT

ポリブチレンテレフタレート (PBT) も強力なポリマーです。電気絶縁性とともに耐熱性も大幅に向上しています。優れた耐薬品性と寸法安定性を備え、電気部品に最適です。 PBT は、低温、放射線、長時間の紫外線暴露では脆くなります。

どこで使用されるか :

PBT は、その靭性と信頼性により、電気コネクタ、自動車部品、家庭用電化製品に応用されています。

PE

ポリエーテルイミド (PEI) は、非常に高い耐熱性を備えた丈夫なプラスチックです。優れた特性と安定性を提供します。しかし、価格は高く、市場では資源が不足しています。さらに、応力亀裂が発生する可能性もあります。

どこで使用されるか :

ポリエーテルイミドは、主に航空宇宙、医療機器製造、エレクトロニクスの分野で応用されています。高い耐熱性が要求されるデバイスに見られると言えます。

追記

ポリスチレン（PS）は発泡ポリスチレンとも呼ばれます。軽量で丈夫なポリスチレンで、固形物と発泡体があります。安価で製作も簡単。しかし、壊れやすく、生分解性がなく、衝撃に弱いという弱点があります。また、耐熱性はありませんが可燃性です。

どこで使用されるか :

多用途性とコストに基づいて、ポリスチレンは梱包、梱包カップ、断熱材、モデルキットで人気があります。

PVC

ポリ塩化ビニルという言葉は、PVC プラスチックとも呼ばれ、最も耐久性があり、安定した種類の材料の 1 つです。化学薬品に対して強い耐性を持っています。添加剤を配合しているため、経済的であり、難燃性もあります。しかし、PVC は他の製品と同様に環境に優しいわけではなく、燃焼すると有害なガスが発生します。一部の配合物は、時間の経過とともに脆くなる場合があります。

どこで使用されるか :

ポリ塩化ビニルは配管、窓、床板、電気の波長などに利用されています。その強度により、建築から窓まで用途が多岐にわたります。

PTFE (テフロン)

PTFE またはテフロンは、伸縮性がありながら耐熱性を備えた非粘着性の生地として多くの人に知られています。また、化学的および電気的に伝導性の材料です。残念ながら、処理が非常に複雑で高価です。高エネルギーの放射線や衝撃により劣化する可能性があります。

どこで使用されるか :

PTFE は、調理器具、ガスケット、シール、および電気絶縁体のコーティングに使用されます。また、低摩擦が必要な工業プロセスにも広く普及しています。

プラスチックの機械加工性チャートの概要

CNC プラスチックタイプ
機械加工性
主な特徴
ABS
素晴らしい
機械加工が簡単、低コスト、良好 耐衝撃性 、簡単に熱成形できます。
PC (ポリカーボネート)
まあまあから良い
丈夫で衝撃に強いですが、特定の条件下では割れやすい場合があります。
アクリル (PMMA)
素晴らしい
機械加工が容易で、滑らかな仕上がりになりますが、脆く、応力がかかると亀裂が入る可能性があります。
POM (アセタール)
素晴らしい
低摩擦、 高い剛性 優れた次元 安定性 、ギアやベアリングに最適です。
ナイロン (PA)
まあまあから良い
耐摩耗性に優れていますが、湿気を吸収する可能性があり、加工品質に影響を与える可能性があります。
PE (HDPE およびLDPE)
素晴らしい
柔らかくて加工しやすく、摩擦が少ないですが、適切にサポートしないと変形する可能性があります。
ピーク
公正
高性能で耐熱性のあるプラスチックですが、硬度が高いため機械加工が困難です。
PP (ポリプロピレン)
素晴らしい
機械加工が容易で低コストですが、接着や塗装が難しい場合があります。
PBT
公平
良好な熱と 耐薬品性 ただし、脆くて機械加工が難しい場合があります。
PEI (ポリエーテルイミド)
普通から悪い
剛性が高く、加工が難しい高性能素材です。
ペット
良い
寸法安定性に優れ、加工が容易ですが、応力がかかると反る可能性があります。
PS (ポリスチレン)
素晴らしい
機械加工が容易で、滑らかな仕上がりを実現できますが、脆くて亀裂が発生しやすくなります。
PVC
公平
特に柔らかい配合の場合、機械加工が難しく、有毒なガスが発生する可能性があります。
PTFE (テフロン)
素晴らしい
機械加工が非常に簡単で、摩擦が少なく、耐薬品性に優れていますが、接着が難しい場合があります。

CNC 加工プロジェクトに適したプラスチックを選択する方法

プロジェクトに適したエンジニアリングプラスチックを選択する際には、次の要素を念頭に置く必要があります。

機械的特性

CNC 加工プロジェクトで使用するプラスチックの機械的特性を知ることが重要です。たとえば、PEEK やナイロンなどのポリマーは、高い強度と優れた耐摩耗性を備えており、耐荷重要素に使用できます。

一方、アクリルは、親指への抵抗よりも柔軟性と透明性を重視して設計されたポリマーです。したがって、アプリケーションの機械的要件に適合する材料を選択してください。

耐食性

プロジェクトに化学物質の湿気や極端な条件が含まれる場合は、耐食性の高い CNC プラスチックを使用することをお勧めします。化学物質は PTFE (テフロン) および PVC プラスチックで扱うのが最適ですが、HDPE は湿気の多い場所で最適に機能します。適切な選択を行うことで、長年にわたる信頼性と機能が保証されます。

熱膨張

温度変化にさらされたときの対象のプラスチックの挙動を調べてみましょう。たとえば、PEEK 材料は熱膨張が低いため、高熱用途に適しています。

しかしその一方で、PP などの特定の CNC 材料は、温度変化により必要以上に膨張する可能性があります。

コストと可用性

多くの場合、コストと材料の入手可能性が決定に影響を与える重要な側面となります。 ABS や PP などの汎用プラスチックは安価で容易に入手できます。一方、PEI や PEEK などの特殊な材料は高価ですが、特有の利点があります。パフォーマンスと予算の間の適切なトレードオフが重要です。

表面仕上げの要件

何かを視覚的に見るときは、美しさと表面の品質が最も重要であるかどうかを考慮することが重要です。

使いやすさを考慮すると、POM のような高引張強度の材料は、要件が容易な用途に適しています。最終結果は、機能と美しさが一致するように調和する必要があります。

CNC プラスチック機械を使用する際のヒント

鋭い工具、高送り、低 RPM

CNC 加工するプラスチックの破れを防ぐために、切削工具は鋭利である必要があります。材料の加熱と溶融を防ぐために、高送りと低 RPM のバランスを採用する必要があります。

慎重にクランプしてください

ほとんどの CNC プラスチックは圧力を受けると変形する傾向があります。そのため、エアパッドやソフトパッドを利用して圧力を分散し、機械を締め付けすぎないようにしてください。さらに、同時に、機械の動作中に破壊につながる可能性のある真空テーブルの使用も避けてください。

冷却剤を避ける

切断されたプラスチックの大部分は、冷却剤を追加する必要がありません。ただし、材料の亀裂を防ぐために使用することはできます。むしろ、材料の過熱を防ぐには、ツール速度を適切に予測して制御することが不可欠です。

ソフト CNC プラスチック用のオーバーサイズカット

LDPE のような柔らかいプラスチックの場合は、必要に応じて大きめのカットを許可します。これは、特に操作の仕上げ時に、エッジ近くにカットを加えたり、反りを防ぐために調整したりすることを意味します。

大きく深くカットする

POM やナイロンなどのプラスチックを加工する場合は、深切りを推奨します。このようなカットにより、素材が元の特性を維持しながら反らないことが保証されます。工具サイズ、工具コーティング、速度、送りを考慮して切込み深さを選択します。

適切なチップクリアランス

エアブラストまたは真空システムを使用して、ブラストまたはポイントブランクでクリーンアップを保証します。これとは別に、切りくずの蓄積が実行中の切断に影響を与えないように、機械加工される材料の上に工具を取り付けてください。

さらに、設計の複雑さと機械の能力を一致させることも重要です。すべての機械が CNC プラスチックワークピースの複雑な機能を作成できるわけではありません。たとえば、複雑な曲面やオーバーハングフィーチャを作成できるのは 3 軸、4 軸、および 5 軸の CNC マシンだけです。

の CNC 加工技術プラスチック部品

CNC マシンは、機械加工プロセスを通じてプラスチック部品を製造します。これらの技術では、材料を除去して、設計要件に合う特定の形状に成形します。複雑さと使用する材料の種類に応じて、希望の出力を得るために多くの機械加工技術を適用できます。

CNC 旋削

この方法では、円筒形のプラスチックワークピース上で切削工具を使用し、それを回転させてプラスチック部品を作成します。ほとんどの場合、切削工具は工具の接触や摩擦を避けるために負のバックすくい角になります。また、材質に応じて逃げ角を変えます。

作成される工具には滑らかな仕上げが必要であり、これを研磨することで実現できます。荒加工の場合は 0.015 IPR という低い送り速度が必要で、仕上げ加工の場合は 0.005 IPR が必要です。角度変更の改善により、脊椎外の精度と仕上がりの滑らかさが向上する傾向があります。

CNC フライス加工

複雑な部品は、回転カッターを使用してワークピースを切断し、プラスチックフライス加工によってワークピースから材料を除去することによって作成されます。プラスチックの強化に使用される切削工具は、結果を向上させるために内側の角を丸くすることができます。

高い主軸速度と適切なクランプにより効率が向上します。さらに、スピンドルと機械の歪みを防ぐのに十分な冷却システムが備えられています。

CNC 穴あけ

この特殊な CNC プラスチック加工プロセスでは、90 ～ 150 度の範囲の角度で配置された特定のドリルビットを使用して、熱可塑性プラスチック内に穴を作成します。この手順ではさらに、冷却システムを使用して、穴あけの結果として発生する熱を放散します。切りくず排出性を高めるためでもあります。損傷を避けるために、穴あけ深さをドリル直径の 3 ～ 4 倍以下に保ち、出口近くの送り速度を下げてください。

CNC ルーティング

平坦または湾曲した形状を必要とするプラスチック材料も、CNC ルーターを使用して制御された方法で切断されます。これらすべてのプロセスと最適な速度により、全体的にスムーズで正確な結果が得られます。

CNC プラスチック部品の産業用途

CNC 加工の出現により、精度と堅牢性が保証され、さまざまな業界での CNC プラスチック加工部品が容易になりました。

医療業界: 外科用器具、重度の補綴物、医療用器具などの製造のニーズは、プラスチック加工の使用によって超越されます。この方法では、厳格な要件に安全性が準拠していることも保証されると同時に、彫刻された詳細を作成することも可能です。

自動車部品: ダッシュボードや空気穴などのプラスチック部品をコンピューターによる数値制御で加工できます。その結果、自動車の車体重量が軽減され、機械加工部品の性能が向上します。

航空宇宙部品: プロトタイプ、内装、および構造のコンポーネントには、耐熱性があり重くないため、航空に関してはプラスチックが使用される材料です。これらの方法で詳細に CNC 加工されたプラスチックは多大なストレスにさらされ、最高の精度が要求されるため、このプロセスは非常に重要です。
電子産業: エレクトロニクス内では 機械加工されたプラスチック部品は、コネクタ、ケーシング、キーパッドなどに使用されます。コネクタをプラスチックと一緒にオーバーモールドすることで、デリケートなシステムの絶縁性と堅牢性が向上します。