射出成形金型の主要コンポーネントの説明 – 完全ガイド
金型ツールはすべてのプラスチック射出成形プロジェクトの重要な側面であり、設計された部品や製品の最終形状と品質を決定します。ただし、射出成形金型は、溶融したプラスチックの流れを受け止めて固化させる単一のアイテムではありません。代わりに、射出成形金型のさまざまなコンポーネントが、プロセス全体を通じてコンパクトな設計構造で異なる機能を実行します。
この記事では、さまざまなシステムとコンポーネントについて説明し、それらが金型ツールの全体的な構造と機能にどのような影響を与えるかについて説明します。さらに、読者がより適切な決定を下せるよう、考えられる欠陥と金型製造の材料について簡単に説明します。
やってみましょう!
射出成形金型の種類
金型とその種類の前に、射出成形とは何ですか?液体材料を金型内に注入して固化させることにより、熱可塑性プラスチック部品を成形するプロセスです。金型内のキャビティは、意図したパーツ ジオメトリのネガ ジオメトリを模倣します。
次に、射出成形金型にはいくつかのバリエーションがあり、それぞれが独自の生産能力と、含まれるコンポーネントとシステムの組み立て構造を備えています。以下に、一般的な射出成形金型のいくつかを示します。
ファミリーモールド
まず、単一個取り金型と複数個取り金型について理解しましょう。単一キャビティは生産サイクルで単一の品目を生産しますが、マルチキャビティは複数の同一の品目を生産します。さらに、ファミリーモールドには、異なる形状を持つ複数のキャビティが含まれます。これは、単一の金型セットアップで複数のデザインを製造することを意味します。たとえば、同じ材料でハウジング、ボタン、医療診断用の内部ブラケットを成形するなどです。
金型の設計と操作が複雑なため、不均一な凝固や寸法の不一致など、特定の欠陥が発生するリスクが生じます。
2 プレートモールド
可動金型と固定金型の半分がパーティングラインで交わるだけのシンプルな金型です。 2 つのプレート金型の主な特徴は、単一のパーティング ラインにより、射出成形キャビティとコアを直接開き、硬化した部品を取り出すことが容易になることです。
金型に複数のキャビティがある場合、ランナーとゲートはこのパーティング ラインの近くに残ります。メーカーはこれらの金型を、複雑な機能を持たない小型部品に低コストで使用します。ただし、高圧ではバリが発生する可能性があり、構造が単純なため成形設計の柔軟性が制限されます。
3 プレート金型
3 つのプレート金型には 2 つ以上のパーティング ラインが含まれています。最終部品は、キャビティとコアを開くだけでは完成しません。代わりに、追加のランナー プレートがランナーとゲートを分離するので、成形されたオブジェクトをランナーから個別に取り外すことができます。
追加セクションまたはプレートでは、ランナーとゲートをキャビティとコアのパーティング ライン近くに配置する必要がないため、ゲートをランナーから離して配置できます。これらのタイプの金型は、複雑な形状や多点ゲート要件に適しています。ただし、射出成形ツールと製造コストはどちらも比較的高価です。
スタックモールド
複数の金型が単一の面と正確に位置合わせされて結合され、スタック金型が形成されます。したがって、キャビティは標準の射出成形金型の 2 倍以上になります。一方の金型が部品を排出している間に、もう一方の金型が射出され、このサイクルが同時に動作します。このようにして、1 つのサイクルで部品の数が 2 倍になります。さらに、キャビティの形状やサイズはすべての面で同じである必要はありません。これは、組み立てにさまざまな射出成形コンポーネントが必要な場合に非常に有益です。
スタック金型により生産効率が向上し、大量成形がよりシームレスになります。高度な機械は射出プロセスを自動化し、厳しい精度を維持できます。
金型を外す
ネジ抜き金型は、主にボトルのタップなどのネジ面を作るのによく使われます。これには、ねじを緩めるサイクルを通じて固化した部品を押し出すねじ付きコアが含まれます。一方、ラックアンドピニオン機構が内部コアの緩めをサポートします。
表面に同様の特徴を備えた精密なネジ付きパーツを大量に必要とする場合は、ネジを外す金型が最良の選択肢です。
インサートモールド
これらの特別に設計された金型には、射出成形部品の内部に金属インサートが組み込まれています。注入された材料はこれらのインサートの周りを流れ、固化するとカプセル化されます。インサート成形は、プラスチック部品にねじ切りコンポーネントや電子金属コネクタを挿入するために主に一般的です。
手動または自動の機構により、インサートを金型内に配置して保持します。手押しの場合は、手で金型内に入れます。ピン、スロット、または磁気ホルダーにより、位置合わせと正しい位置決めが可能になります。 一方、ロボット システムまたはフィーダーは、各成形サイクルの前に挿入を自動的に実行します。
マルチショット モールド
このツールは、マルチカラーおよびマルチマテリアルの部品を製造するために使用されます。この金型には、溶融した材料をキャビティに同時に注入できる複数のインジェクターが含まれています。最初のショットが形になると、その上に次のショットが構築されます。マルチショット射出を容易にするために、金型は回転、シフト、またはコアバック機構に取り付けられています。
マルチショット金型は、熱硬化性材料と熱可塑性材料を 1 つの部品に組み合わせたり、複数の熱可塑性材料を使用した部品を 1 つの品目に組み合わせるのに適しています。たとえば、熱硬化性ツールのハンドル、歯のブラシ、シール、ガスケット、O リングなどにグリップを追加するために使用できます。
射出成形金型のコアコンポーネント
射出成形金型の 2 つの基本セクションは、キャビティ サイド A (固定) とキャビティ サイド B (可動) です。固定セクションはパーツの外側プロファイルを定義し、材料を充填するためのキャビティを形成します。一方、サイド B はパーティング ラインに移動します。
キャビティ A 側 (固定側)
キャビティ側 A は成形機の固定プレートに取り付けられており、成形プロセス中に移動しません。ランナー システムを収容し、ガイド ピンとブッシュを使用して可動側 B との正確な位置合わせを維持します。したがって、この側にも、凝固中に冷却剤を流すための冷却チャネルが組み込まれています。
キャビティ B 側 (可動側)
キャビティの B 側は、金型の開閉に重要な役割を果たします。多くの場合、エジェクター システムとインサート保持機構が含まれています。さらに、成形機の可動プラテンがこの側を接続し、金型の開閉を容易にします。このキャビティの動きと位置合わせは、正確な寸法と最終パーツのスムーズなリリースに不可欠です。
機能別コンポーネント
コアコンポーネントに続いて、機能別に射出成形金型のコンポーネントを示します。それらの中には、原料を移送したり、開閉をガイドしたり、冷却を提供したりするものもあります。これは、特定のパーツのセットが特定の機能を実行して、望ましい結果を達成することを意味します。
ランナー システム
このように理解しましょう。バレルはノズルを通して溶融液体を射出します。バレル ノズルから材料がキャビティに入る射出ゲートまで流れを伝達するには、いくつかのチャネルが必要です。ここで、ランナー システムは、ゲートへのこの材料の変換を容易にします。さらに、ランナー システムは、複数のキャビティの金型の場合、分配用のチャネルのネットワークを持つことができます。
射出成形金型の一般的なランナー システム部品は次のとおりです。
- スプルー ブッシュ: これは通常、溶融プラスチックをノズル先端からランナーの吸気点まで送る円錐形または円筒形のチャネルです。単一キャビティ金型では、スプルーはゲート位置まで直接伸びます。
- ランナー ネットワーク: スプルーは、サブランナーのネットワークを使用して、吸気材料をさまざまなキャビティ ゲートに分割します。
- ゲート: ランナー ネットワークは、金型キャビティへの小さな開口部であるゲートに流れを送ります。ゲートは、エッジ、ピン、ファン、またはその他のタイプにすることができます。
射出成形金型のランナー コンポーネントについて議論するときに、圧力と温度について考えているかもしれません。ノズル自体が高い射出圧力を維持します。したがって、材料は望ましい粘度レベル内で均一に流れます。
さらに、ランナーには、コールド ランナーとホット ランナーの 2 つのタイプがあります。ホット ランナーには追加の加熱装置を備えた高温ランナーが含まれており、流動温度を維持して早期固化を防ぎます。一方、コールド ランナーは、それ以上加熱せずに吸入流量を供給するだけです。
冷却システム
冷却段階は射出成形プロセス時間の 50 ~ 80% を要します。そのため、欠陥のないプラスチック部品を製造することがいかに重要であるかが想像できるでしょう。基本的に、冷却システムは射出成形金型コンポーネントの近くにある水ラインのネットワークであり、主に溶融原料を成形するメイン キャビティを取り囲んでいます。冷却剤として最もよく知られているのは水ですが、高温成形ではエチレングリコールやその他の油が循環します。
冷却システムは、温度と流量を調整および調整できるため、動作をより詳細に制御できます。その結果、適切な冷却により巻き付きが防止され、生産効率が向上し、金型の摩耗が遅くなります。
複雑で大型の金型 (サイズ 50 mm 以上のコアなど) では、水の循環は直線ではなく等角になります。以下は、冷却システムに該当する射出成形金型の部品です。
- バッフル: 冷却液をサブチャネル(通常はブレード状の金属ストリップ)にリダイレクトします。
- バブラー: これらの中空チューブは、ドリル穴の内側に配置されたチャネルを接続します。
- サーマルピン: これらは流体が満たされたシリンダーであり、継続的な循環によって熱を吸収および放散します。
- 外部ポンプ: 決定された流量に対して十分な圧力を提供し、冷却サイクルを維持します。
成形部品システム
これらは、最終的な形状、寸法、位置合わせ、精度を担う射出成形金型の中心的なコンポーネントです。名前が示すように、部品を成形(成形)し、キャビティの表面と内部の特徴の詳細を与えます。成形コンポーネントには、コア、キャビティ、成形ロッド、リフターなどが含まれます。
これらのコンポーネントをすぐに特定できます。フィード材料がゲートからキャビティに入ると、フィード材料と接触するすべてのコンポーネントが配置されます。
モールディング コンポーネント システムの共通点は次のとおりです。
- 金型キャビティ: 機械とともに静止し、プランジャーの射出圧力に耐えます。
- コア: プロセス中にもう 1 つの可動部分がキャビティと連動し、完全な内部機能が形成されます。
- 成形ロッド: パーツ内にシャフトや穴などの細くて細長いフィーチャを作成するコア ピン
- リフター: さまざまな機能に対して固定の抜き勾配を維持して、金型の開閉を容易にします。
通気システム
溶融した流れによってキャビティ内に空気が取り込まれ、凝固プロセスによって成形ガスが生成されます。これらの閉じ込めは、空隙、気泡、弱い部分、焼け跡、不完全な充填を引き起こす可能性があります。したがって、閉じ込められた空気を除去してこれらの問題に対処するには、射出成形金型や金型の通気システムが不可欠です。さらに、ベントは過剰な射出圧力を制限するのに役立ちます。
小型の標準的な成形プロセスでは、中央キャビティの本体上のベント ピンとともにメッキ ラインにベントが配置されます。ただし、射出成形金型のシステム パーツは、金型の複雑さに応じてさらに複雑になります。
他の典型的な通気システムは次のとおりです。
- 溝とチャンネル: パーティング ラインのピンと通気ポイントを備えた狭いチャネルまたは溝:
- 空気の掃除機をかける: 注入前に外部の真空ポンプで空気を除去します。
- 通気バルブ: キャビティ ボディの内側と外側の両方にあるマイクロバルブ。
- コンポーネント周囲の通気孔: 多くの場合、通気口は、スプルー、ランナー、ゲートなど、加熱された流れに関連するコンポーネント全体に配置されます。
ガイド システム
ガイド システム パーツは、開閉時に 2 つの金型半体とその他のコンポーネントの位置合わせを保証します。したがって、それらの役割は、各サイクルにわたる精度と一貫性を確保する上で非常に重要です。その後、繰り返しのサイクルでクランプ力が発生し、位置がずれる可能性があります。したがって、ガイド ピン、ブッシュ、プレートなどのガイド システム コンポーネントは、これを回避するために機能します。
ガイドピンとガイドブッシュ: これら 2 つのコンポーネントは連携して、金型半体の動きをガイドします。ガイド ピンは、一方の部分に取り付けられた円筒形の延長部分で、もう一方の部分の対応するブッシュ (スリーブ) と連動して位置合わせを維持します。
エジェクター システム
冷却期間が終了すると金型が開き、エジェクター システムにより部品とランナーの安全かつスムーズな取り外しが容易になります。通常、この目的にはエジェクタピンが使用されます。これらの細い円筒形のピンは、可動側に取り付けられたエジェクタプレートに固定されています。ピンの接触点は平らな板面であるため、力が均等に分散され、部品を損傷しません。
他のコンポーネントには次のものがあります。
- リターンピン: これらの部品は、金型を開く際の位置決めと安定性を提供します。固定側のエジェクタ ピンの押す力を制限します。
- イジェクター スリーブ: スリーブは円筒状のキャビティから取り外すために使用されます。薄いスリーブが金型の表面を覆い、戻る力によって部品が金型から押し出されます。
構造別のコンポーネント
射出成形金型コンポーネントの構造分類には、金型ベース、コア、さまざまな補助部品とシステムが含まれます。
モールドベース
これは、射出成形金型の他のすべてのコンポーネントが構築または設定される基礎となります。モールド ベースは通常、硬化鋼などの固体の硬い材料で作られています。ただし、射出成形用語の「ベース」は単一の部品を指すものではありません。代わりに、さまざまなタイプのプレートが、ドリル穴などのさまざまなアセンブリ機能を備えた 1 つのプレートに結合されます。
レアクランププレートとトップクランププレートの間には別のプレートが挟まれています。まれなクランプ プレートは、金型と射出成形機を接続します。金型の特性に応じて、金型プレート、エジェクター プレート、エジェクター保持プレートなどです。
モールドコア
モールドコアは、キャビティと結合しながら、中空および内部形状のキャビティを形成します。それは構造を提供し、ある程度のクランプ圧力に耐えます。コアの形状には通常、適切な抜き勾配を備えた丸い角とエッジが含まれます。コアとキャビティを正しい位置に合わせて連結すると、溶融プラスチックのフィードを取り込むための空隙またはキャビティが形成されます。
成形後、コアは引き戻され、排出システムによって固定キャビティ セクションから部品が取り出されます。一般的な炉心引抜機構は、機械式、油圧式、空圧式の引張です。
補助パーツ
補助部品とは、金型構造の下に取り付けられていないサポートアイテムを指します。これらは、密閉された射出成形部品の機能を容易にするために一時的に組み立てられます。補助部品は形状やジオメトリには影響しませんが、厳しい公差、構造の完全性、射出成形プラスチック部品の全体的な品質を維持するために非常に重要です。
- 位置決めリング: 金型を機械に固定しながらガイドする可動側の円形リング。これにより、金型の位置に関するノズル先端、スプルー バス、および同様の部品の正しい位置が提供されます。
- スプルー ブッシュ: ノズルの先端とランナーの吸気口の間にある小さな中間チャネル
- エジェクター ピン :最後の部分を安全に取り出すことができます。
- マテリアルグラバー :プラスチック ペレットを保持し、マシンのバレル内に導く機構。
- サポートの柱: 珍しいクランプと金型の天板の間にある垂直ソリッド構造。構造的なサポートを提供し、圧力を分散します。
- エジェクター プレート: エジェクター ピンを固定するベースのプレート。
- ガイド ピンとブッシュ: 一方の延長されたガイド ピンともう一方のブッシュが連動して、適切な位置合わせが保証されます。
- エジェクター リテーナー ピン: エジェクタ ピンがパーツを取り外す間、イジェクタ アセンブリを保持します。
補助システム
補助部品と同様に、補助システムは射出成形プロセスのサポート システムです。典型的な例は、この記事の前半で説明したランナー、イジェクション、冷却システムです。
補助セットアップ
射出成形金型の 2 つの主な補助設定は、リフティング アイボルト穴と KO 穴です。これらのセットアップは、金型を移動または再配置するためのメカニズムを提供し、取り出し手順を支援します。
- アイボルト穴のリフティング: これらのネジ穴はアイボルトを固定します。一方、ボルトはクレーンまたはホイスト システムを使用して大きな金型を移動します。
- KO ホール: KO 穴の位置は珍しいクランプ プレートにあります。エジェクター ロッドが組み込まれており、エジェクター プレートとパーツを押すための押し戻しスペースを提供します。
デッドコーナーハンドリング構造
まず、デッドコーナーとは、処理 (充填、冷却など) が届きにくい領域またはコーナーを指します。例としては、アンダーカット、鋭いコーナー、深い溝などが挙げられます。ここでは、アングル エジェクター、油圧シリンダー、スライドなどの構造がこの複雑さに対抗します。
- スライド :アンダーカットが存在する側にスライドが残ります。スライド インサートとボルト機構が凝固中にアンダーカットをサポートし、物理的な損傷を与えることなくアンダーカット側を取り外すのに役立ちます。
- 油圧シリンダー: スライドを移動するために必要な力を提供するシリンダー。
- 角度付きイジェクター: エジェクター ピンが特定の角度で動き、扱いにくい場所や手の届きにくい場所から金型から部品を押し出します。
射出成形金型の一般的な欠陥と調整方法
金型部品の複雑な構造と組み立てにより、最終部品に何らかの欠陥が生じる危険性もあります。これらの欠陥は主に、射出成形金型のさまざまなコンポーネントの不適切な位置合わせ、セットアップ、および操作に関連しています。ただし、設計および処理中に起こり得る欠陥を考慮すると、逆調整を行うことができます。
以下の表は、一般的な欠陥、考えられる原因、および対応策を示しています。
欠点 1:金型の開閉、取り出し、リセットの動作がスムーズではない
原因:
- モールド ベースのガイド ピンとガイド ブッシュがスムーズにスライドしないか、きつすぎます。
- スライダーまたはエジェクターピンがスムーズにスライドしません。
- リセット スプリングに十分な力またはプリロードがありません。
解決策:
<オル>欠陥 2:金型と射出成形機の不一致
原因:
- 位置決めリングの位置が間違っているか、位置決めリングのサイズが大きすぎるか小さすぎます。
- 型の幅が大きすぎます。金型の高さが小さすぎる。
- 排出穴の位置またはサイズが正しくありません。強制リセット穴の位置またはサイズが正しくありません。
解決策:
<オル>欠点 3:部品の充填と取り外しが難しい
原因:
- ゲート システムが妨げられている、ランナーの断面サイズが小さすぎる、ゲート レイアウトが不合理、ゲート サイズが小さい。
- 金型の制限ストロークが不十分、金型のコア抜きストロークが不十分、金型の突き出しストロークが不十分
解決策:
<オル>欠陥 4:カビの水路の詰まりまたは漏れ
原因:
- クリアランスを適切に調整し、加工部品のパーティング面を研磨します。
- 材料を局所的に追加して通気性を向上させる エジェクター ピンのサイズを大きくし、均等に配置します。
- バリを修正し、抜き勾配を大きくし、窒化処理を行います。
- ゲートを調整し、均一な圧力を確保し、製品を強化します。
- 加工をやり直します。
- ゲートを改善し、金型温度を上げます。
解決策:
<オル>欠陥 5:部品の品質が低い (バリ、ショート ショット、イジェクター マーク、ドラッグ マーク、著しい反り、過剰な公差、目に見える溶接線)
原因:
- フィッティング内の過剰なクリアランス。
- 材料の流れが悪く、空気が閉じ込められている
- イジェクター ピンが小さすぎるため、イジェクトが不均一になります。
- 不十分な抜き勾配、バリ、不十分な硬度
- 射出圧力が不均一で、製品強度が不十分です。
- 加工エラー。
- ゲートからの距離が遠すぎるため、金型温度が低い
解決策:
<オル>射出成形金型製造用の材料
炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、ベリリウム銅、その他のさまざまな金属や合金は、射出成形金型を製造するための材料の重要な選択肢です。ただし、融点の高い原材料の場合はセラミック製の型も一般的です。
特定のプロジェクトやプラスチック部品の金型材料は、希望する生産量、射出材料の種類、複雑さ、機械加工性、公差によって異なります。たとえば、ステンレス鋼は最大 100 万回のサイクルに耐えることができ、アルミニウムは数千回のサイクルに適しています。そうは言っても、金型材料の最低要件は、射出プラスチックよりも高い融点を持っている必要があります。
ここでは、一般的な射出成形材料について簡単に説明します。
スチール
スチールは金型製造工程において耐久性に優れた常緑の素材です。最大 5,000 サイクルに耐え、ABS、ナイロン、PP、PC、アクリル、その他多数のプラスチックに対応します。スチール A-2、D-2、M-2 は、射出成形金型のコア、キャビティ、その他のコンポーネントを作成できます。
ステンレススチール
追加のクロムと炭素の組成により、耐腐食性、耐摩耗性、耐磨耗性が向上します。そのため、ステンレス鋼グレード 420、316-L、174-PH などを使用すると、より複雑で耐久性のある金型が作成されます。ただし、熱解離速度が低いため、サイクル時間が長くなる可能性があります。
工具鋼
工具鋼は、炭素およびその他の合金元素を含む鋳鉄合金です。工具鋼の合金とグレードのバリエーションにより、カスタム特性を備えた機械金型が可能になります。例としては、H-10、H-13、T-15、A6、M2 工具鋼などがあります。
アルミニウム
アルミニウムは複数のバッチに耐えることはできませんが、ラピッドツーリング材料として有名です。これは、材料コストと優れた加工性により、アルミニウム射出成形金型を低コストおよび短納期で製造できることを意味します。したがって、6061 と 7075 の高い熱伝導率により、サイクル タイムも大幅に短縮されます。
ベリリウム銅
この銅合金は優れた熱伝導性と耐食性で知られており、高精度プラスチック部品の金型材料として有益です。メーカーはこの金属をホット ランナー、金型インサート、コア、その他の部品に使用しています。
結論
コアとキャビティに加えて、他のいくつかのシステムとコンポーネントが連携して、加熱されたバレルのノズル先端を通過する溶融材料を成形します。ランナー コンポーネントは流れをゲートと金型キャビティに伝達し、冷却システムは凝固を制御し、ガイド コンポーネントはモジュール ハーフにサインし、突き出しピンはキャビティから部品を取り出します。また、その他のいくつかのビルト内および補助コンポーネントは特殊な機能を実行します。
意図した仕様をすべて満たす金型を作成するには、適切な材料の選択、正確な製造、キャビティの仕上げ、および正確な位置合わせが不可欠です。それに加えて、エンジニアとオペレーターの専門知識も最終的な品質に影響します。
当社の包括的な射出成形サービスには、CNC、EDM、その他の方法による金型加工から、射出成形製品の多様な表面処理オプションまで、あらゆるものが含まれます。当社の専門エンジニアは、射出成形金型設計のさまざまな部品やシステムの最適化も支援します。それでは、今すぐ図面ファイルをオンライン プラットフォームにアップロードしてください。
よくある質問
射出成形プロセスの 4 つの基本的な手順は何ですか?
射出成形の基本的な 4 つのステップは、機械内の金型の取り込み、加熱されたバレルへのパレットの射出、さらに金型キャビティへの射出、制御された冷却、および取り出しです。これらのステップはすべて、プラスチック成形の全体的な成功に重要な役割を果たします。
射出成形金型は通常何回のサイクルに耐えることができますか?
射出成形金型の生産サイクル能力は、金型の材質、原材料のプラスチックの種類、加工条件などの要因によって異なります。たとえば、急速アルミニウム金型は数千サイクルに耐えることができますが、熱処理された鋼合金金型は最大 100 万サイクルに耐えることができます。
射出成形金型の標準温度は何度ですか?
射出成形中のプラスチック パレットの溶融温度は 204 °C ~ 249 °C (400 ~ 480 °F) の範囲ですが、金型温度は 80 °C ~ 90 °C (176 ~ 194 °F) の範囲です。
成形プロセスではプラスチックをどの方向から射出する必要がありますか?
プラスチックは、材料が金型全体に均一に流れるような方向から射出する必要があり、多くの場合、最初に最も厚い部分から射出されます。これにより、適切な充填が保証され、エアトラップが最小限に抑えられ、欠陥のリスクが軽減されます。
射出成形金型で可能な最大の厚さはどれくらいですか?
射出成形部品の最大厚さは通常、4 mm ~ 6 mm (0.16 ~ 0.24 インチ) の範囲です。ただし、材料の種類や部品の設計によっては、最大 10 mm になる場合があります。
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