プラスチックプロトタイプの製造：4つのプラスチックプロトタイプ技術の調査

プラスチック部品は、私たちの世界で果たした役割にふさわしい信用を得ることはあまりありません。コンピューターのキーボードからコーヒーカップの蓋まで、それらを見つけずに入る場所はほとんどありません。しかし、すべてのプラスチック製品はプロトタイプとして始まりました。これが、プロトタイプのプラスチック部品を作成するために利用できる方法を検討するためにここにいる理由です。さあ、始めましょう！

重要性プラスチックプロトタイプ

ご存知かもしれませんが、プロトタイピングは起業家や企業にとって強力なツールです。本格的な生産を開始する前に、物理的な製品を評価するのに役立ちます。プラスチックのプロトタイプを使用すると、プラスチック製品の物理的表現をできるだけ早く処理できます。

また、潜在的な投資家にあなたのアイデアを提示し、彼らがそれらをテストできるようにする機会があります。プロトタイプのプラスチック部品は、発売前に製品への関心を評価するために潜在的な顧客に提供する部品です。

このプロセスにより、設計者はプロトタイピング会社のサポートを受けて、プラスチック製品を製造する前に適切な変更を加えることができます。最終的には、メーカーと最終製品の両方のユーザーにメリットがあります。その他の利点は次のとおりです。

プラスチックプロトタイプでさまざまな設計機能をテストします
設計機能を確認します
追加機能を開発するためのテストベンチマークを作成します
顧客からのフィードバックを促進します
大量生産に先立って、プロトタイプのプラスチック部品で発生する可能性のある欠陥や不規則性を特定します
製造の効率化のために定義を改良できます

開発する前に準備しておくべきことプラスチックプロトタイプ

プラスチックのプロトタイプを製造する前に最初に推論するのは、CADモデルです。コンピューター支援設計（CAD）モデルは、対象製品のデジタル表現であり、製品がどのように見えるかをユーザーとメーカーに示します。

CADモデルは、プラスチック部品がどのように組み合わされ、製品が全体として機能するかも示しています。 CADモデルの準備視覚的または機能的な物理的なプロトタイプモデルを作成するのに役立ちます。

ビジュアル –視覚的なプロトタイプにより、製品の最終的な外観がわかります。最終製品として機能するために視覚的なプロトタイプは必要ありません。したがって、3D印刷は、それらを開発するための最も安価で迅速な方法を提供します。
機能的 –一方、機能的なプロトタイプは、材料から力学まで、望ましい最終製品を表しています。これらは、大量生産段階に移行する前に製品設計をテストするために使用できるプロトタイプのタイプです。

作成したいプラスチックのプロトタイプの種類に関係なく、いくつかの方法があります。ただし、これらの方法のうち4つがより広く使用されています。それらには以下が含まれます：

真空鋳造
3Dプリント
CNC機械加工
射出成形

プラスチックプロトタイプの作成プロセス

プラスチックプロトタイプの製造は、ラピッドプロトタイピングで最も柔軟なプロセスの1つです。プロトタイプのプラスチック部品を効果的に製造するために、さまざまな手順から選択できます。このセクションでは、プラスチックのプロトタイピングに最も効果的な4つの方法について説明します。

真空鋳造

真空鋳造を使用すると、製造業者はいくつかのプロトタイプのプラスチック部品を複製できます。これには、マスターモデルを使用して、テストに適したパーツを作成することが含まれます。プラスチックの試作品製作に真空鋳造を使用する場合、このプロセスでは、原材料をシリコーン型に射出します。ただし、シリコーン型を作成する前に、マスターモデルが必要です。

マスターモデルは、3D印刷またはCNC機械加工を使用して作成できます。マスターモデルが完成すると、シリコーンベースの鋳造金型が開発されます。原材料は、真空ベルジャーを使用して金型キャビティに射出されます。プロトタイプの正確な複製を作成するために、結果のキャストを硬化させるのに約30〜40分かかることがよくあります。

真空鋳造は、透明から不透明まで、幅広い材料と互換性があります。さらに、製造業者はシリコーン型を再利用して最大25のプロトタイプを作成できます。このプロセスは、設計を迅速に実現して、製品開発と大量生産をより緊密にするのに役立ちます。

プラスチックプロトタイプに真空鋳造を選択する利点

真空鋳造を使用する主な理由は次のとおりです。ラピッドプロトタイピングの場合：

製造業者が細部まで高精度のプロトタイププラスチック部品を作成するのに役立ちます。
シリコーン型は、短期間で複数の同一のプロトタイプを再現できます。
複雑な形状の部品を製造するための理想的なプロセスです。
適切な金型材料により、目的の最終製品と同じ品質のプロトタイプが得られます。
さまざまな剛性、柔軟性、質感を備えたさまざまなプラスチック材料と互換性があります。

3Dプリント

アディティブマニュファクチャリングまたは3Dプリントいくつかの製造技術を網羅しています。これは、製造業の世界を変革するインダストリー4.0に続く革新的な技術の1つです。すでに述べたように、3Dプリントは包括的な用語です。 3Dプロトタイププラスチック部品の製造で最も一般的な3つの方法は次のとおりです。

溶融堆積モデリング（FDM）

FDM 3D印刷は、プラスチックのプロトタイプ製造で使用される3D印刷の最も一般的な形式です。このプロセスでは、最終製品が形成されるまで、プラスチック材料の層ごとの堆積に押し出しを使用します。

工業用グレードのFDMプリンターを使用すると、製造業者は、関係する材料に応じて、強度と解像度を向上させたプロトタイプを作成できます。また、PLA、ABS、ナイロン、PETG、ポリカーボネートなどのいくつかの材料と互換性のある柔軟な手順です。

ステレオリソグラフィー（SLA）

FDMはフィラメントを発行しますが、SLA 3D印刷では、プラスチック樹脂材料を使用して3Dプロトタイププラスチック部品を作成します。それは、樹脂のバットを使用して来るモデルを固めるのを助ける高出力レーザーを使用することを含みます。メーカーは、歯科、医療、一般消費者向けコンポーネントなど、いくつかのプロトタイピングの目的でこの方法を使用しています。

選択的レーザー焼結（SLS）

SLS技術も高出力レーザーを利用しています。ただし、SLAとは異なり、粉末材料を一緒に焼結して3Dモデルを形成します。このプロセスは、FDMよりも優れた印刷品質を備えています。この方法で作成されたプロトタイプのプラスチック部品は、より機能的で高解像度であることがわかります。一般的に、FDMプリントよりも耐久性と柔軟性があります。

プラスチックプロトタイプに3D印刷を選択する利点

プラスチックのプロトタイプを作成するために3D印刷を使用すると、次のようなメリットがあります。

3D印刷は、製造プロセスの全体的なコストを削減しながら、プラスチックのプロトタイプをより迅速に作成するのに役立ちます。
CADファイルを3Dプリンターソフトウェアに直接アップロードし、マシンで効果的に読み取ることができるため、ワークフローがスムーズになります。
柔軟な材料の選択が可能になるため、メーカーはプロトタイプのプラスチック部品を作成するときにさまざまな材料をテストできます。
3D印刷では、製品のCADファイルをプリンターに送信する前に更新することで、簡単に変更を加えることができます。したがって、非常に短時間で設計に対して可能な限り多くの反復を行うことができます。
3Dプリンターを使用する製造業者は、通常、24時間以内に製品設計からプロトタイプを作成できます。

CNC加工

CNC加工プラスチックプロトタイプ製造のための別の実行可能でペースの速い方法を提供します。このテクノロジーは、さまざまなツールを使用して、材料の固いブロックからデザインの3Dモデルを作成します。プラスチックCNCプロトタイプの作成には、サブトラクティブプロセスが含まれます。つまり、積層造形である3D印刷とは異なり、ソリッドブロックから材料が除去されます。ただし、これは、製造業者が異なる材料でプラスチックのプロトタイプを作成できないことを意味するものではありません。

デジタルフライス盤は、プロセスをより効果的にするのに役立ちます。製造業者は、アップロードされた3Dファイルを使用してフライス盤を指示するために利用可能なコンピューターを使用して、適切なプロセス自動化を保証します。プロトタイプのCNCプラスチック部品を作成するには、金型を使用する必要はありません。したがって、費用対効果が高く、CNCプラスチックプロトタイピングを開始するために必要なのはCADレンダリングのみです。

プラスチックプロトタイプにCNC加工を選択する利点

CNC機械加工は、最も効果的なラピッドプロトタイピング技術の1つであり、次の利点があります。

射出成形金型を製造せずに、プロトタイプのプラスチック部品の適合、形状、および機能をテストできます。
CNC機械加工により、厳しい公差、アンダーカットとねじ山、およびサイズ制限の可能性が高まります。
この技術により、研磨から塗装、粉体塗装など、プロトタイプにいくつかの表面仕上げを作成することもできます。
CNC機械加工は、プラスチックのプロトタイプモデルの複雑さに応じて、迅速なターンアラウンドタイムも提供します。
さまざまな材料を使用できるため、製造する材料を簡単に選択できます。
結果として得られるプロトタイプは、射出部品に近い機械的特性を持つ傾向があり、外観と目的の機能に基づいて結果が異なります。

射出成形

限られた試作品の生産でプラスチックの試作品の製造方法が必要な場合は、プラスチック射出成形を選択する必要があります。。射出成形は大量生産で人気がありますが、プラスチックのプロトタイプを製造するための貴重な手段も提供します。この技術には、金属ダイの作成が含まれます。次に、製造業者はプラスチック樹脂を加熱されたバレルに送り、そこで混合されて金属ダイに強制的に注入されます。

最後のステップは、プラスチックを急速に冷却して固体コンポーネントにすることです。その結果、優れた機械的特性と高品質の表面仕上げを備えたプロトタイプが完成しました。人気のプラスチック材料オプションと互換性があります ABS、ポリエチレン、ポリカーボネート、ナイロン、HIPSなどのように。プロトタイプのプラスチック射出成形は、完全な生産工程に必要な後続の金型の基礎を築きます。自動車、電子機器、医療、包装業界など、多くの業界がこの方法を利用しています。

プラスチックプロトタイプに射出成形を選択する利点

プロトタイプのプラスチック射出成形には、次の利点があります。

品質を損なうことなく、製品コンセプトの迅速で費用効果の高いテストを可能にします。
射出成形は、最終製品の実際のほぼ完全な複製を作成することにより、プラスチックプロトタイプの運用機能に関する迅速な洞察を得るのに役立ちます。
この方法は、形状や重量がさまざまな複雑な部品の製造に役立ちます。
プラスチック射出成形は、医療部門など、かなりのテストと認証を必要とする業界に最適です。
これは、最小限の本番稼働に最も効果的な方法です。

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プラスチックラピッドプロトタイピングに関する重要な考慮事項

設計者は、用途に最も適したプラスチックのプロトタイピング方法を選択することが重要です。プロトタイプにはさまざまな必要な品質があります。初期の段階ではプロトタイプと製造部品にほぼ似ている可能性がありますが、開発が開始に近づくと、それらは厳密に一致する必要があります。

したがって、プラスチックのプロトタイプの製造方法を選択する前に、いくつかの要因を考慮するのが最善です。これらの重要なものは次のとおりです。

1。目的プラスチックプロトタイプ

プロトタイプの適用を最初に検討する必要があります。プラスチックのプロトタイプは、さまざまな業界でさまざまな理由で使用されています。プロトタイプは、マーケティングまたは販売のための非機能テスト用である可能性があります。一方、潜在的な消費者による機能テストのプロトタイプが必要になる場合があります。目的の最終製品の正確な色、形状、表面仕上げを備えたプロトタイプ部品を製造する方法を選択する必要があります。

2。フォーム

設計に厳しい公差や複雑な内部機能が含まれていますか？この質問への回答は、プロトタイプに適したプロトタイピング手法を選択するのに役立ちます。デザインの形状に関しては、一部の製造オプションが制限されています。それらのいくつかは、高レベルの製造のための設計を必要とする場合があります（DfM）経済的または費用効果が高くなる前の最適化。プラスチック部品の意図された形状に効果的に準拠できるテクノロジーが最良の選択です。

3。ボリュームとコスト

部品のサイズと体積は、プロセスの最終的なコストと密接に関係しています。作成するプロトタイプの総量は、適切なプロトタイピング手法を選択する上で重要な役割を果たします。一部のプロセスでは、安価な部品を製造する一方で、セットアップとツーリングのフロントコストが高くなる場合があります。対照的に、他のプロセスでは起動コストは低くなりますが、自動化が少なく、サイクル時間が遅くなり、人件費がかかるため、部品コストが高くなります。ボリュームが増えても、そのようなプロセスのコストはわずかに減少します。

4。リードタイム

プロトタイプがどれだけ早く必要になるかは、テクニックの選択にも影響します。一部のプロトタイピング方法では、高度なツールと自動化を組み合わせて、24時間以内にプロトタイプを作成します。ただし、一部のメソッドのツールとセットアップにより、リードタイムが最大で数週間かかる場合があります。非常に迅速にテストを行う必要がある場合は、部品を迅速に製造する方法を選択する必要があります。

5。素材

プロトタイプは特定の応力やひずみに耐える必要がありますか？最適な材料を選択する前に、コストとプロトタイプの美的および機能的要件のバランスをとる必要があります。選択する前に、理想的なアプリケーションの特性を利用可能なプラスチックのプロトタイピング技術と比較してください。

とはプラスチックプロトタイプコスト？

プラスチックプロトタイプのコストにはいくつかの要因が影響します。これらの要因には、使用される材料、部品の複雑さ、および使用されるプラスチックプロトタイプの製造技術が含まれます。ただし、3D印刷は、一般的にCNC機械加工よりも安価です。射出成形は、金型フライス盤のコストのため、最初に述べたプロセスよりもいくらかコストがかかります。

3D印刷の固定費が低いため、規模の経済がゼロになります。つまり、最初のコピーのコストは最後のコピーと同じです。 CNC加工の固定費も低く、総費用は着実に上昇しています。したがって、各部品のコストは、3D印刷で製造された同様の部品よりも少し高くなると予想されます。

プロトタイプのプラスチック射出成形コストの場合、最初のいくつかの部品は比較的高くなります。ただし、ボリュームが増えると価格は下がります。プラスチックのプロトタイプのコストは相対的なものであり、使用する方法と必要な量に大きく依存することは明らかです。

プラスチックプロトタイピング技術	コスト
3D印刷	安価
CNC加工	低いが、3D印刷より高い
射出成形	コストがかかりますが、音量によって異なります

結論

プラスチックのプロトタイピングは、製造プロセスの品質を確保するための効果的な手段です。ただし、プラスチックプロトタイプが成功するかどうかは、利用可能なプロトタイピングテクノロジーを理解し、アプリケーションに最も効果的なテクノロジーを選択するかどうかにかかっています。プラスチックのプロトタイプの開発について詳しく知ったところで、適切な製造パートナーを選択することで競争上の優位性を獲得しましょう。

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