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最適な品質とコスト削減のための適切な射出成形技術の選択

射出成形技術が多様に使用される理由は、そのバリエーションにあります。工業生産では、数種類の射出成形技術が使用されています。プラスチックだけでなく、金属、セラミック、発泡製品も生産できるものもあります。  

射出成形ツールや本格的な生産を行う場合、最適な品質とコスト削減のためには、適切なテクノロジーを選択することが不可欠です。この記事では、分類されたタイプの特徴、用途、選択の考慮事項、射出成形部品の注文方法など、選択するための技術的なガイダンスについて説明します。

射出成形技術とは何ですか?

射出成形技術は、溶融した材料をキャビティに成形することによって、目的の部品や製品を製造します。キャビティの形状は、設計された製品の 3D 形状の輪郭を描きます。通常、材料の流れを促進し、材料が固化した後の緻密性を維持するために、射出中に高圧が適用されます。  

射出成形の歴史は 1872 年 にまで遡ります。; 2 人のアメリカ人の兄弟 (ハイアットとイザイア) は、単純な油圧プランジャーのプラスチック成形機を発明しました。それ以来、それは継続的に進化し、より正確で、コスト効率が高く、多様なものになりました。 

マイクロ成形、金属射出成形、複数部品成形、ロボット工学、オートメーションなどの最近の技術革新と進歩により、エレクトロニクス、自動車、医療、消費者、玩具業界でこのテクノロジーが頻繁に使用されています。

特殊な射出成形技術

プラスチック射出成形の特殊な技術のいくつかについて説明しましょう。分類は、特殊な動作メカニズムに基づいています。

ガスアシスト射出成形

名前が示すとおり、ガスアシスト射出成形では、約 70 ~ 80% の液体プラスチックを射出した後、特定のガス チャネルを通じて圧縮空気流 (通常は不活性ガス、0.5 MPa ~ 300 MPa) を金型キャビティに導入します。これらのチャネルは、金型設計時に組み込まれます。

ガスの流れが溶融プラスチックをキャビティ壁に向かって押し出し、構造の完全性と滑らかな仕上げを維持します。 

中空セクションを持つパーツを製造するだけでなく、材料の流れを強化し、深いコーナーなどの複雑なセクションに到達するのに役立ちます。

オーバーモールディング

オーバーモールドとは、2 つの材料を重ねて成形して最終部品を作成することを意味します。たとえば、ツール ハンドルのポリカーボネートの硬いベースの上に、ゴムやシリコンなどのソフトタッチ素材が成形されています。

まず、ベース部分を作成し、金型に挿入し、副材料を注入します。一方、結合は強く、層として機能しません。 

さらに、グリップ、振動減衰、またはシールが必要な部品や製品は、この技術で作成することが望ましいです。

インサート成形

インサート成形では、射出プロセスの前に、事前に作成された固体部品 (通常は金属または硬質プラスチック材料) が自動挿入または手動で金型キャビティに配置されます。たとえば、電気プラグにはインサートとして真鍮の突起が含まれています。この技術により、組み立ての必要がなくなり、シンプルな製品設計が強調されます。

強力な接合にはインサート材料の適合性が不可欠です。それに加えて、表面は研磨性がある必要があります。したがって、インサートの位置とサポート機構 (必要な場合) を正確に設計することも、最終的な品質に影響します。 

水利用射出成形

水アシスト技術には、溶融した炉心を移動させて中空構造を形成する高圧水流が含まれます。設計に応じて、水がキャビティ容積の 20 ~ 50% を占めることがあります。

ウォータージェットは部分的 (または完全な) 中空断面を持つ部品を作成し、流体パイプ、椅子の脚、車のハンドル、冷却ダクトなどの均一な肉厚と滑らかな内面を確保します。したがって、サイクルタイムが短いことも利点です。水の流れにより、材料が急速に固まります。

可溶(ロスト、可溶)コア射出成形

深いキャビティやアンダーカットのある複雑な部品は、取り外し可能なコアでは作成できない場合があります。ここで、フュージブルコアまたはロストコア射出成形の役割が生まれます。 

可溶性ポリマーなどの可融性材料で作られたコアは、最終部品の内部形状に一致するために使用されます。高温の材料を射出すると、コアがパーツと融合します。これは、溶かす、溶解するなどしてコアを除去する必要があることを意味します。

いくつかの応用例としては、自動車用マニホールドや医療用マイクロルーメンなど、アンダーカットやきつい曲げのある部品が挙げられます。 

構造発泡射出成形

構造発泡成形は、発泡コアと固体外層を備えた軽量コンポーネント (10 ~ 30% 軽量) で一般的です。このプロセスでは、溶融樹脂に発泡化学物質を混合する必要があり、不活性ガスとともにキャビティに注入する必要があります。この膨張により、スポンジや蜂の巣のような細胞構造が形成されます。ただし、外面は滑らかでコンパクトです。

この方法を使用すると、ABS、ナイロン、アクリル、ポリプロピレン、PVC などの厚い部品を作成できます。

一般的な厚さの範囲 → 2 ~ 12.70 mm (0.500 ~ 0.080 インチ)

材料の種類に基づいた射出成形テクノロジー

各材料には、異なる流動挙動、固化速度、熱安定性があります。これらの特性は、成形プロセスの変数、潜在的な欠陥、および全体的な品質に影響を与えます。したがって、メーカーは製造プロセスを合理化し、最終結果を最適化するために、材料の種類に基づいてテクノロジーを分類することがよくあります。 

熱可塑性射出成形

熱可塑性プラスチックは加熱するとすぐに溶け、冷却すると容易に固化するため、射出成形に最適です。例:ABS、PP、PC、PE。これらの材料を使用すると、包装、自動車、航空宇宙、透明プロトタイプなど、さまざまなリサイクル可能な部品が可能になります。必要なのは、原材料として適切な熱可塑性プラスチック パレットだけです。

熱硬化性成形

熱可塑性プラスチックとは異なり、熱硬化性樹脂には架橋結合と強力な分子鎖が含まれているため、可逆的に溶融および固化することは不可能です。したがって、熱硬化性材料の可鍛性のある形状が加熱されたキャビティに押し込まれ、そこで流れて形を整えます。

熱硬化性成形を使用すると、より硬く耐久性のある部品を作成できます。材料に含まれる添加剤と結合化学物質が強度を高めます。  エポキシ、ポリウレタン、フェノール、その他の熱硬化性樹脂は成形に適合します。 

液体シリコン成形 (LSR)

この方法では、液体状のシリコーンを、柔軟で耐久性のある機能的なプロトタイプや部品に成形します。 LSR成形プロセスでは、ベースポリマー液と硬化剤をチャンバー内で混合し、高圧下で射出します。その後、加硫により固化が始まり、架橋結合が形成されます。

さらに、このタイプのゴム成形品は、医療用シール、ガスケット、ベビーケア製品、センサー、振動ダンパーなどに適しています。

金属射出成形 (MIM)

射出成形技術では、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタンなどの金属も成形できます。メカニズムはプラスチック成形とは若干異なります。原料は噴霧化金属粉末 (球状、⌀ <20 µm) と結合剤で構成されます。次に、成形プレスが金型内の高い圧縮力によって原材料を成形します。このようにして、医療、歯科、銃器、電子機器、自動車、および一般工業製造向けの高強度で複雑な金属部品を作成できます。 

セラミック射出成形 (CIM)

セラミック射出成形では、シンプルな消費者製品から高度なエンジニアリング製品まで製造されます。これには、加熱されたセラミック粉末と結合剤、その他の添加剤の原料を強制的に注入し、硬化後に圧縮部品を除去することが含まれます。その後、脱脂プロセスによりバインダー樹脂が溶解し、焼結によりセラミック粒子の結合が強化されます。

製品の例としては、半導体絶縁体、センサー部品、工業用ノズル、装飾品などがあります。 

高精度かつ高度な技術

ここで、現代の製造業で使用されているいくつかの高度な射出成形技術を簡単に見てみましょう。 

薄肉モールディング

まず、薄肉成形は、プロセスの壁厚と流動長の比である流動長比 (壁厚/流動長) によって特徴付けられます。標準的な技術では、この比率は最大 20:1 ですが、薄肉射出成形では 50:1 に達する可能性があります。 

これを定義するもう 1 つの方法は、「肉厚 1 mm 未満のすべての成形製品」です。 ”

この技術は、機能性や望ましい性能基準にとって精度が重要となる複雑な薄肉プラスチック部品に適しています。さらに、金型の設計、サイクル タイム、ショット サイズ、その他のパラメータが最終品質にとって非常に重要です。 

マイクロ射出成形

マイクロ成形は、ヘルスケアおよびマイクロ光学部品、ワッシャー、ロック、その他いくつかの小型サイズの用途で人気があります。標準技術との主な違いは、専用の射出ユニットとショット サイズです。一方、このプロセスでは EDM および CNC 加工されたマイクロモールドが使用されます。

高圧射出成形

高圧とは、500 ~ 2000 bar の範囲を指します。流れと速度が向上します。  加熱されたスクリュー機構によりプラスチック パレットに圧力がかかり、パレットが溶けて射出成形金型のゲートに押し込まれます。 

高圧射出は、複雑なデザイン、表面テクスチャ、および厳しい公差レベルを持つ部品に最適です。  ただし、高圧に耐えるためには、工具鋼などの金型用の高強度材料を考慮する必要があります。 

低圧射出成形

これは一貫した製造プロセスであり、射出圧力が低いため、プロセスをより高度に制御でき、優れた再現性が得られます。一般的な圧力範囲は 1.5 ~ 40 bar です。

このプロセスは高圧成形よりも時間がかかり、プラスチックのプロトタイピングや少量の射出成形に最適です。ただし、ツールがシンプルで熱要件が低いため、プロセスのコスト効率が高くなります。 

キューブ成形

この方法には、溶融材料を取り込むためにさまざまな面に回転できる立方体型の型が組み込まれています。各面には、異なるキャビティ形状または類似のキャビティ形状を含めることができます。このようにして、メーカーはより高い生産効率を達成できます。

多面金型は、自動面切り替え用の電動ターンテーブルまたは油圧アクチュエータを備えた回転機構に取り付けられます。 

2 ショット成形

この高度な技術は、複数の材料を使用したコンポーネントに適しています。 2 つの射出ユニットを備えた特殊な射出成形機は、2 つの異なる材料を同時に射出して、単一の一体化された部品/製品を形成します。 

オーバーモールディングのように聞こえるかもしれませんが、ツーショットとオーバーモールディングの主な違いは、単一のマシン サイクルでプロセス全体がツーショットで実行されることです。対照的に、事前に作成されたソリッド オーバーモールディングでは、既存の部品の上に二次材料が追加され、多くの場合個別に作成されます。 

共射出成形

コインジェクション成形は多層部品に特化しています。まず、射出ユニットが 1 つのポリマーを射出し、キャビティ壁を横切って流れて外皮を形成します。次に、別の材料を注入して、そのスキンの内側にコアを形成します。これは、食品、医療品、消費財を保存および保護するためのバリア層を備えた硬質容器を製造する包装業界にも当てはまります。

装飾および複数コンポーネントの成形

インモールド装飾 (IMD)

成形品の外観は、溶融材料を導入する前にキャビティ内に既製の装飾フィルムを挿入する工程中にカスタマイズすることもできます。この材料はフィルムを外側に押し込み、固化時に結合します。したがって、まず、装飾フィルム/箔を個別に印刷する必要があります。

IDM は、装飾品を製造し、植木鉢から家電製品の筐体に至るまで、消費者製品に美しさを加えるのに最適です。 

インモールド ラベル (IML)

IMD と同様に、部品はキャビティ内の事前に印刷されたラベル フィルム上に成形され、最終製品の部品となります。違いはアプリケーションの設定にあります。 IML は主に、成形時にラベルのグラフィックを追加するために使用されます。エレクトロニクス、ゲーム、自動車、その他の業界は、コンポーネントのラベル仕上げを申請しています。

複数のコンポーネントの成形

この射出成形技術は、単一の金型ツールを使用して、別々の材料からさまざまな部品を製造します。これにより、メーカーは複数のコンポーネントを含む射出成形製品を効率的に製造できるようになります。したがって、複数の色のパーツにもこれを使用できます。

ランナー システム タイプ

ランナー システムとは、射出された材料充填物をノズル先端からキャビティに移送するチャネルを指します。ランナーには、コールドとホットの 2 つのタイプがあります。コールド ランナーでは、さらなる温度制御を行わずに材料を通過させます。射出装薬はキャビティに近づくにつれていくらかの熱を失う可能性があります。一方、ホット ランナーは、材料がキャビティに到達するまで同じ温度を維持します。 

ホット ランナー射出成形金型とコールド ランナー射出成形金型の間には、設計の違いもいくつかあります。ホット ランナー金型は加熱要素と断熱要素があるためより複雑ですが、コールド ランナー金型はより単純です。 

ホット ランナー射出成形 コールド ランナー射出成形 加熱されたランナーはプラスチックを加熱せずに溶融状態に保ちます。プラスチックはランナー内で固化します ランナーが溶融したままなので廃棄物が最小限に抑えられます ランナーが固化するため、より多くの廃棄物が発生します 複雑なシステムにより初期コストが高くなります 初期コストが低く、設計と設置が簡単です 大量生産に最適で、熱に弱い材料には不可欠です 少量生産およびプロトタイプに最適です

反応射出成形(RIM)

RIM テクノロジーでは、2 つの異なるポリマーが加熱された金型内で反応します。その後、化学反応により膨張・固化が起こります。 RIM の一般的な材料の組み合わせはポリオールとイソシアネートであり、これらが反応して強力で軽量のプラスチック部品を形成します。 

別々に射出する代わりに、2 つのポリマーの液体混合物が射出され、加熱された金型が化学反応を引き起こします。 

さらに、この低温加圧成形により、複雑さや機能の詳細に関係なく、強力で軽量、耐久性のある部品が製造されます。特に大型の一体部品の場合は、これを選択できます。 

アプリケーション例は次のとおりです。

高光沢射出成形

高光沢仕上げ (滑らかで鏡のような) の部品または製品の成形は、研磨された射出成形金型を作成することから始まります。キャビティは精密に機械加工され研磨されており、素材はこの滑らかな外観を捉えて高光沢を実現しています。

魅力的な外観だけでなく、感触、感触、衛生性、快適性も向上させます。例:自動車のダッシュボード部品、医療機器、家庭用品など。 

さらに、高光沢仕上げには、流動性に優れた高品質ポリマーの使用も重要です。たとえば、ABS、PC、PMMA などです。 

回転成形

粉末を入れた金型を熱して回転させると、熱と回転によって粉末が壁に向かって押し付けられ、回転軸の中心付近に中空部分ができます。回転成形は主にポリエチレン (PE)、PVC、PA プラスチックに使用されます。

均一な肉厚と耐久性が必要な大型、中空、二重壁の製品の製造には、この成形技術をお選びいただけます。 

射出成形の主な利点

製造プロジェクトに射出成形技術を導入することの主な利点は、大量生産における費用対効果、成形効率、材料範囲、複雑な形状の機能です。

これらについてもう少し詳しく説明しましょう。

大量のコスト効率に優れた

ハードモールドツールは最大数百万回のサイクルを実行でき、一貫した品質で同一のデザインを生産できます。このように工具コストを広範囲に分散することで、部品ごとの生産コストが削減されます。さらに、高速で材料の無駄が少ないため、コストがさらに削減されます。

通常、大量成形プロジェクトの部品あたりの製造コストは、CNC 加工や 3D プリントよりもほぼ 30 ~ 50% 低くなります。

高い生産効率

サイクルタイムが速く、機械のダウンタイムが低いため、射出成形効率が高いことが正当化されます。部品の製造には 2 秒から 3 分かかりますが、サイクル間の機械の最大ダウンタイムは 20 秒です。さらに、射出装置の自動化により 24 時間 365 日の稼働が可能になり、技術の効率が向上します。 

複雑な部品の形状と詳細

詳細な金型と自動射出ユニットにより、±0.005 インチの精度と最小肉厚 0.5 mm の複雑な部品形状の製造が可能になります。

さらに、アンダーカット、深い空洞、内部チャネルなどの複雑な幾何学的特徴を備えた部品 (ギア、医療品、マイクロ流体チップ、ロボット部品など) を大量生産できます。

素材の多様性

まず第一に、ABS、PC、PVC、PA など、熱可塑性プラスチックの選択肢は数多くあります。次に、熱硬化性樹脂、セラミック、ゴム、金属、合金も成形技術と互換性があります。これらの無数のオプションを使用して、製品の最終的な特性と色をカスタマイズできます。

一貫した部品品質

射出成形品は、中量から大量の量であっても、バッチ全体で一貫しています。ほとんどの精密プロジェクトでは、欠陥率は 0.1% 程度です。一貫性を高めるには、プロセス変数の変動を最小限に抑えた安定したセットアップが重要です。

無駄が少なく、材料を最大限に活用

射出成形プロセスでは材料の無駄が最小限に抑えられ、さらにスクラップ材料は将来の使用または同じプロジェクトのためにリサイクルすることができます。この材料の利用率の高さは、コスト削減と持続可能性の両方に有益です。

さまざまな射出成形技術の応用

ペットボトルのキャップ、歯ブラシ、おもちゃ、電子機器の筐体、キーワードキー、自動車の部品など、身の回りを見回してみれば、射出成形技術で作られた製品が数多くあることに気づくでしょう。 

さまざまな業界向けに何ができるかを見てみましょう。 

自動車産業

自動車用の射出成形は、軽量、高品質、耐久性のある結果を生み出すために非常に重要です。アシスト成形と RIM の両方により、部品が軽量になり、燃料消費量が減り、乗り心地が向上します。

標準成形車のバンパー、ダッシュボード、インテリアトリムガスアシスト射出成形ドアハンドルと構造フレーム反応射出成形(RIM)バンパーやフェンダーなどの外装 

電子機器

電子機器や消費者向けの小型で複雑なコンポーネントを製造すると、優れた再現性が得られ、組み立て要件が軽減され、強度が向上します。ラップトップ、タブレット、電話、テレビ、PC、ゲーム コントローラーなどの製品には射出成形技術が使用されています。 

標準射出成形 電子部品やカスタム部品用のケーシング オーバーモールディング 電話機のケーシング、ゲーム コントローラー、ツール ハンドルなど マイクロ射出成形 小型コネクタ、スイッチ、回路部品 

消費財

射出成形金型は、耐久性、美的魅力、費用対効果を提供する日常消費者製品の生産にも大きく貢献します。これにより、おもちゃや台所用品などの大量生産品の高品質が保証されます。

標準的な射出成形 歯ブラシ、食品容器、ボトル キャップ。オーバーモールディング ツールやキッチン用品用のソフトグリップ ハンドル。薄肉成形 軽量パッケージおよび使い捨てカトラリー。

医療機器

射出成形技術を使用した医療機器およびコンポーネントの生産により、品質、生体適合性、厳しい許容誤差、および標準的な安全規則が保証されます。医療用射出成形を使用すると、FDA、ISO、その他の規制要件を満たす製品を製造できます。

マイクロ射出成形手術器具、マイクロカテーテル、インプラント、マイクロ流体デバイス。 液体シリコーン(LSR)成形体生体適合性および耐熱性のチューブおよびシール、呼吸マスクなど。標準成形体。診断装置、注射器バレル、IV コネクタ用のハウジング。 

プロジェクトに適した射出成形テクノロジーの選択

テクノロジーの多様性により、実際のユニークなデザインを自由に変えることができますが、品質、効率、コストの観点からプロジェクトに最適なテクノロジーを決定することも同様に重要です。

以下は、適切な手法を選択するための主な考慮事項です。

マテリアルの種類を考慮する

使用している原材料の種類と、それに適合するテクノロジーを検討してください。一部の素材は、特定のテクノロジーとのみ互換性があります。たとえば、熱可塑性プラスチックは標準的な成形に最適ですが、ポリウレタンは反応射出成形に適しています。 

使用している素材を特定し、互換性のあるテクノロジーの候補リストを作成します。 

生産量係数

生産量も選択に影響します。ガスアシスト成形などの標準技術は、大量生産に適しています。一方、マイクロモールディングまたは低圧技術は、少量のバッチやプロトタイプに適しています。その結果、大量生産ではデザインをカスタマイズしたり調整したりすることが困難になります。 

希望する生産量と、そのために技術的にも経済的にもどの技術が実現可能かを検討します。 

部品の設計と複雑さを分析する

複雑な形状、高度なディテール、接合機能を備えたデザインには、マルチショットなどの高度で特殊なテクノロジーが必要です。次に、回転および水による補助技術が中空設計に最適です。 

オーバーモールディングとインサートモールディングは、複数の材料で作られた部品に最適です。一方、マイクロ射出成形は、医療機器や電子機器で使用される小型で複雑な部品の製造に最適です。

設計の複雑さを考慮し、どの技術でそれらの設計を実現できるかを分析します。 

コストを考慮する

重要な要素の 1 つは、最終候補に挙げられたテクノロジーに関連するコストです。部品ごとの生産コストを調べて、低コストで高い生産価値を提供するものを見つけてください。同様に、単純なプロジェクトに高精度の技術を選択すると、コストも増加します。 

低コストのテクノロジーを選択しようとするときは、品質を犠牲にすることを忘れないでください。コスト効率と必要な品質のバランスを取る必要があります。 

リードタイムを考慮する

一部の射出成形テクノロジーでは、サイクル タイムが長くなり、金型ツールの作業が膨大になるため、プロジェクトのリード タイムが長くなります。一方、標準品や大型品は比較的リードが早いです。したがって、どのテクニックが早期に結果をもたらすことができるかを分析してください。 

⟶ 選択したテクノロジーのリードタイムがプロジェクトのタイムラインと一致していることを確認してください。 

RapidDirect:信頼できる射出成形の専門家

どの射出成形技術がお客様の要件に適合するかを決定したら、最適な結果を達成するための 3 つの基準があります。それは、設備の能力、同様のプロジェクトに携わった経験、および生産に携わる人材の専門知識です。 

この分野で、RapidDIrect は 10 年以上にわたり、さまざまな用途に包括的な射出成形サービスを提供してきました。射出成形全般、インサート成形、オーバーモールディング、その他様々な技術を取り扱っております。

図面をご用意いただければ、当社のエンジニアが設計の最適化、金型の作成から表面仕上げまで、最初からお手伝いいたします。一方、当社の工場の自動射出成形装置は 24 時間年中無休で稼働し、一貫した高品質の部品や製品を迅速なリードで生産します。 

さらに疑問がある場合、またはデザインを引用したい場合は、ファイルとクエリをオンライン ポータルにドロップしてください。

結論

いくつかの種類の射出成形技術について説明しましたが、それぞれに独自の生産能力と材料の好みがあることがわかりました。正しい技術を使えば、メーカーは同一の商品を競争力のある価格で大量に生産できます。同時に、最終要件、材料の種類、設計の複雑さ、プロジェクトのタイムラインを考慮することで、選択プロセスを進めることができます。

よくある質問

最も一般的な射出成形の種類は何ですか?

製造における射出成形の一般的なタイプには、ガスアシスト、インサート、2 ショット、コインジェクション、マイクロインジェクション、薄肉、オーバーモールディングなどがあります。 

射出成形機の種類は何ですか?

一般に射出成形機は、駆動機構(油圧式、電動式、ハイブリッド式)と射出方式(プランジャー式、スクリュー式)によって分類されます。 

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、熱硬化性樹脂、エラストマーは主要な射出成形材料です。ただし、適切な設備や工具を使用して金属や合金を成形することも可能です。 
 ●ABS
 ●ポリカーボネート
 ●ナイロン
 ●エポキシ
 ●フェノール系
 ● シリコーンゴムなど。 

「カビの分類」 とは何ですか?なぜ重要なのでしょうか?

金型の分類(クラス101~105)は、生産量と材質に基づいて金型の耐久性と寿命を示します。たとえば、クラス 101 は高精度で耐久性のある金型を指しますが、105 は低コストで短納期の金型を意味します。 

プラスチック成形のコストはどれくらいですか?

正確なコストは、金型の複雑さ、サイズ、材質、生産量によって異なります。たとえば、単純な金型のコストは数千ドルですが、複雑な金型の価格は 10 万ドルを超えます。さらに、成形設備や関連システムにも多額の費用がかかります。したがって、コスト上のメリットを得るために、二次メーカーから外注することをお勧めします。


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