射出成形の主な用途と主な利点

射出成形の一般的な用途は何ですか?製造プロセスとしての特徴は何ですか?この記事では、射出成形の主な利点について説明し、射出成形が業界のアプリケーションに適しているかどうかについての洞察を提供します。

業界では、軽量化、性能特性、コスト削減、腐食やその他の種類の摩耗に対するさまざまな耐性、それに起因する生産時間の短縮などの理由から、金属製コンポーネントからプラスチック製コンポーネントへの切り替えが進んでいます。プラスチック部品の製造にこれらの利点をもたらすことができるプロセスは射出成形です。

世界中のプラスチック部品の 40% 以上の供給源であり、2022 年半ば時点で 3,000 億ドルの市場がある射出成形は、金型内でコンポーネントを形成する製造プロセスです。近年、特に環境に優しい生分解性材料の需要の高まりと、高品質でコスト効率の高い部品を実現できる能力により、医療業界での注目が高まっています。

射出成形の多用途性により、CNC 加工や 3D プリンティングなどの他のプロセスと比較して、より低い部品価格と高速で大量の部品を生産できます。射出成形と互換性のある 25,000 を超える加工材料から選択でき、製品を数千、さらには数百万に拡張することもできます。

プロジェクトには射出成形を検討してください。

それには年間大量生産が必要です。
これには、複雑な設計と形状が含まれます (設計がアンダーカットや部品の厚さなどの IM 設計制約を考慮している限り)。
部品の統合または金属からプラスチックへの変換が必要です。
表面仕上げが重要な要素である場合。
他の製造プロセスでは高価になりすぎる材料を使用します。
高価な材料を使用するため、機械加工すると予算上の問題が発生します。
または、設計が同じままになる可能性が高い場合、または数年間 (および生産期間) にわたって少しずつしか変更されない可能性が高い場合。

射出成形の一般的な用途と、この大量生産プロセスの主な利点について詳しく見ていきましょう。

射出成形ではどのような種類の部品を作成できますか?

射出成形はさまざまな業界で一般的です。射出成形プラスチック部品は、建設、食品および飲料、消費財など多くの業界で目にすることになるでしょう。

Protolabs Network プラットフォームで見つかる最も一般的なアプリケーションは次のとおりです。

航空宇宙
自動車
エレクトロニクス
医療

射出成形の航空宇宙部品

航空宇宙部品は特定の基準を満たす必要があります。軽量で耐久性があり、極端な温度変化に耐えられる必要があります。

航空宇宙用の最も一般的な射出成形部品には次のものがあります。

ベゼル
シャーシコンポーネント
エンクロージャ
ハウジング
パネル

射出成形自動車部品

長年にわたり、輸送技術はさらに進歩してきました。自動車には、エンジンブロックからドライバーに安全性やメンテナンスの問題を警告する小さなセンサーに至るまで、内部および外部に平均 30,000 個の部品が含まれています。バンパーなどの外装部品だけでなく、車内のほぼすべてのプラスチック部品が射出成形されています。

自動車用に射出成形されるその他の標準コンポーネントには次のものがあります。

ハウジング
カップホルダー (およびその他の収納コンパートメント)
ダッシュボードのコンポーネント

自動車業界で使用される最も一般的な 3 つの射出材料は次のとおりです。

重要ではない部品にはポリプロピレン (PP) を使用
PVC による耐候性
ABS による高い衝撃強度

射出成形家電部品

射出成形ハウジングは、今日私たちが使用している電子部品の保護に役立ちます。耐食性プラスチックの筐体は、金属コンポーネントを過酷な環境や温度変化から保護します。

射出成形で作られたその他の電子部品には次のものがあります。

アセンブリ
バッテリーエンクロージャ
導管
ラップトップおよびデスクトップコンピュータ用のコンポーネント
回路基板のケースとエンクロージャ
電気スイッチ

ABS およびポリスチレン (PS) は、優れた耐衝撃性と優れた電気絶縁性により、電子機器に好まれています。

射出成形医療技術部品

医療製品や医療技術の設計と製造には、厳格なポリシーを遵守し、患者へのリスクを防ぐための厳格な国内および国際ガイドラインが適用されます。たとえば、米国では、医療部品を製造するメーカーは、FDA の承認シールと ISO 認証を取得した樹脂を使用する必要があります。

Protolabs Network では、さまざまな医療機器用のプラスチック筐体、透明部品、MRI 装置のコンポーネントを製造しています。

Protolabs Network は、射出成形医療部品用のさまざまな滅菌可能および生体適合性材料を提供しています。医療グレードのシリコンが最も人気があります。ただし、熱硬化性樹脂であるため、特別な機械とプロセス制御が必要となり、コストが増加します。

要件がそれほど厳しくないアプリケーションでは、ABS、ポリプロピレン (PP)、ポリエチレン (PE) などの材料を使用できます。

射出成形の利点は何ですか?

同じ部品を大量に製造したい場合、射出成形は他の製造方法よりも全体的に信頼性が高く、効率的です。多種多様な形状や部品サイズを製造できます。

射出成形のその他の利点は次のとおりです。

プラスチックの大量生産、コスト効率の高い、迅速な生産
コスト削減
強度と耐久性の向上
厳しい公差と優れた再現性
素材の柔軟性
優れた外観

射出成形ではどのようにして大量の部品を迅速かつコスト効率よく製造できるのでしょうか?

射出成形は、同一のプラスチック部品を大量に製造する場合にコスト競争力が高くなります。金型を作成し、機械をセットアップすれば、低コストで迅速に部品を生産できます。

射出成形の推奨最小生産量は 500 個です。この時点で、規模の経済が働き始め、工具の比較的高い初期コストが単価に与える影響はそれほど顕著ではなくなります。

Protolabs Network は、部品のサイズによって異なりますが、たった 1 つの金型を使用して ABS から約 100,000 個の部品を平均価格 0.68 ドルで製造できます。

一般的な射出成形サイクルは、部品のサイズと金型の複雑さに応じて、約 15 ～ 60 秒かかります。比較すると、CNC 加工と 3D プリントでは、同じ形状を作成するのに数分から数時間かかる場合があります。

射出成形を使用すると、部品をより迅速に市場に投入し、1 時間以内に互いに同一の複数のオブジェクトを同時に製造できるため、競争上の優位性を得ることができます。

射出成形によりどのようにコストが削減されるのですか?

射出成形には、他のタイプの製造プロセスに比べていくつかのコスト上の利点があります。現在、射出成形プロセスは 1 人の技術者が操作する機械やロボットによって自動化されており、これにより人件費や欠陥や人的ミスによるやり直し作業が削減されています。

DFM (製造容易性を考慮した設計) に焦点を当てると、成形性に関する問題の数が減少するため、コスト上の利点も得られます。 DFM は、OEM、エンジニアリングチーム、顧客の間で協力的なプロセスを作成し、工具交換の回数、機械のダウンタイム、その他の生産遅延を削減します。

金型に充填するのに必要な材料の量は設計プロセス中に決定されるため、射出成形に関連する無駄はほとんどありません。発生した廃棄物や残った材料のスクラップは、リサイクルして他のプロジェクトに再利用できます。

射出成形部品は強くて耐久性がありますか?

射出成形部品の強度は、その単層設計と連続形状によってもたらされます。長年にわたり、強度と耐久性に対する需要が高まっており、今日の軽量熱可塑性プラスチックは、入手可能な一部の金属部品と同等の強度を備えています。

他の設計上の考慮事項のバランスをとり、使用する材料を確認するのに役立つため、設計プロセスの開始時に部品の強度を決定する必要があります。

射出成形ではどのようにして厳しい公差と優れた再現性を実現できるのでしょうか?

射出成形は再現性が高いです。もちろん、時間の経過とともに金型にある程度の磨耗が発生しますが、典型的なパイロットランアルミニウム金型は、交換が必要になるまで平均 5,000 ～ 20,000 サイクル持続します。工具鋼からの本格的な生産金型は、約 100,000 回以上のサイクルに耐えます。

射出成形では通常、公差が ± 0.500 mm (0.020 インチ) の部品が製造されます。状況によっては、公差が ± 0.125 mm (0.005 インチ) までのさらに厳しい公差も可能です。このレベルの精度はほとんどの用途に十分であり、CNC 加工や 3D プリントに匹敵します。

射出成形にはどのような材料を使用できますか?

熱可塑性プラスチック、シリコーン、熱硬化性樹脂、樹脂など、25,000 を超える加工材料が射出成形に対応しています。これは、さまざまな物理的特性を持つ幅広い材料を選択して部品を設計できることを意味します。可能性は無限大です。

射出成形で製造された部品は優れた物理的特性を備えており、ガラス繊維などの添加剤を使用したり、PC/ABS ブレンドなどの異なるパレットを混合することで調整して、必要なレベルの強度を達成できます。

デザインに適した素材を選択する必要があります。パーツの衝撃強度と引張強度、熱たわみ、吸水性、曲げ弾性率に留意してください。

射出成形部品の外観の品質はどのようなものですか?

射出成形では、追加の仕上げをほとんどまたはまったく必要としない製品が製造されます。ほとんどの成形部品は滑らかな仕上げですが、マット仕上げや独特の質感や彫刻を施した製品をデザインすることもできます。

成型部品は高度に研磨して鏡面のような仕上げにすることもできますし、ビードブラストを施してより質感のある仕上げにすることもできます。射出成形コンポーネントで達成できる仕上げのレベルを規定する SPI 規格を確認してください。

完全開示 - 射出成形の欠点は何ですか?

射出成形には他の製造プロセスに比べていくつかの利点がありますが、いくつかの欠点もあります。

まず、主な経済的制約は、工具の初期コストが高いことです。設計エンジニアは形状ごとにカスタムの金型を作成する必要があるため、初期投資コストがかなり高くなります。金型の設計と製造には、5,000 ドルから 100,000 ドルの費用がかかります。このため、射出成形は 500 ユニットを超える生産において経済的に実行可能です。

金型を作成した後で設計を変更するとコストがかかる可能性があり、修正するには新しい金型を最初から作成する必要があります。これにより、リードタイムと全体的なコストが増加します。

最後に、射出成形の一般的な所要時間は 6 ～ 10 週間で、金型の製造に 4 ～ 6 週間、生産と出荷に 2 ～ 4 週間かかります。設計変更により納期が長くなります。ここ Protolabs Network では、金型を作成してクライアントがサンプルを入手するまでに最大 40 日かかります。

射出成形と 3D プリントをどのように比較しますか?

射出成形と 3D プリンティングはよく比較されます。ただし、これらは競合するものではなく、補完的なものとして見る必要があります。 3D プリンティングは、射出成形の製造前反復サイクルを短縮するのに役立ち、より良いテスト、製造、および全体的な結果を可能にします。

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