構造フォーム解説：組成、強度、用途

構造フォームとは、ミクロセルラー構造を持つ幅広い材料群を指す用語です。これら高成形性材料は、独自の発泡プロセスで形成され、強靭、耐久性、極めて軽量に分類されます。このため構造フォームは固体材料ではなく、古くなったパンやスイスチーズのような構造、すなわちハニカムまたはフォーム状の内部コアを、固体の外皮または層で覆った構造をしています。

構造フォームの材料組成

構造フォームは、セルラーコアと剛性スキンを実現できる多くの材料で見られます。プラスチックの場合、熱硬化性と熱可塑性の2タイプがあります。ナイロン、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、PP（ポリプロピレン）などの熱可塑性樹脂は、古典的射出成形プロセスで液化材料を不活性ガスで発泡させて形成されます。一方、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂は、ポリオールとジイソシアネートの化学反応で生成されます。熱硬化性ポリウレタンは、反応射出成形（RIM）プロセスで発泡剤を導入することで固体からフォームへ変換可能です。場合により、ウレタンの物理特性を特定設計・性能要件に合わせて調整するため添加剤を使用します。このため熱硬化性樹脂は、設計自由度とカスタマイズ可能な特性による性能向上の観点で、熱可塑性樹脂より好まれる傾向があります。

構造フォーム成形プロセス

構造フォーム製品製造には、射出成形と反応射出成形（RIM）など複数の製造手法があります。両者を比較すると、RIMは熱硬化性樹脂と組み合わせて使用され、熱可塑性樹脂では使用されません。両プロセスとも大型剛性製品/部品に適していますが、RIMは一般に、小ロット・大ロット問わず、より高い設計自由度、材料選択肢、強靭な物理特性を提供します。RIMのその他の主要特徴には、大幅な肉厚、成形一体リブ、インサート封入、独自の表面仕上げがあります。RIMが構造フォーム製品設計に提供できる設計メリット詳細はこちら。

製品設計における構造フォームの活用

構造フォームの主用途は、高級感ある外観と剛性かつ軽量特性が求められるエンクロージャやキャビネットです。以下に、透析装置で構造フォームを創造的に活用し、厳密な設計・性能要件を満たした事例を示します。

課題： 多国籍医療機器OEMがMPCに、システム保護と製品美観向上のためのエンクロージャ開発を依頼。新製品ラインのハイエンド透析装置は多数の精密電子部品で構成され、最適性能確保のため電磁妨害（EMI）シールドも必要でした。

解決策： MPCはRIMプロセスで、70D構造フォームハウジングを製造。インサート封入とスクリーン印刷ディテールを実現。性能要件を満たすため、エンクロージャ内側に特殊EMIシールド塗料を塗布。

成果： MPCは、EMIシールドを含む顧客の美観要件を満たす完全塗装仕上げを提供。これによりOEMは、COVID-19パンデミックによる需要増の中で透析ビジネスを成功裏に拡大。MPCとのパートナーシップにより、この医療危機時に生産スケールアップを実現。

製品設計で構造フォームが重要材料要件となる場合、RIM熱硬化性ポリウレタンメーカーにより容易にカスタマイズ可能です。材料支援については設計ツールをご利用いただくか、下記ボタンからカスタムポリウレタン設計アイデアを開始してください。

工作機械・作業現場で必須の基本工具ガイドシール材選定：ゴム vs ポリウレタン — 性能、耐久性、最適用途

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