製造革命：射出成形×3Dプリントで複雑部品を実現

プラスチック製品について語るとき、最も一般的な製造方法は射出成形で、日常的に使用するプラスチック部品の大半をカバーしています。名前が示す通り、射出成形部品は、プラスチックを金型に流し込み、材料が固化して所望の形状になるまで待つことで、複雑で精巧なオブジェクトを生産します。金型製造には通常、アルミニウムや鋼などのさまざまな金属からのCNC加工が必要です。

しかし、ますます多くの企業が、減算製造法を用いた金型ではなく、3Dプリント射出成形金型を採用しています。その理由をいくつか紹介します：

金型コスト削減と生産高速化

従来の射出成形の課題の一つは、金型製造が高価になり得ることです。これらの金型には、金型の複雑さや使用材料によって、3,000ドルから10万ドル以上の莫大な投資が必要になることがあります。公平を期すなら、これらは大量生産時に多くの製品を生み出し、比較的長寿命です。それでも、特に3Dプリント金型と比較すると、莫大な金額になり得ます。

SLAやマテリアルジェッティングで開発された3Dプリント射出成形金型は、CNC機械加工金型の精度に概ね匹敵しながら、遥かに低価格で実現できます。また、製品、プロトタイプ、テストのターンアラウンドタイムを大幅に短縮できます。それだけでなく、社内で金型の製造とテストが可能になり、最終製品に対する制御レベルが向上します。

コントロールスイッチメーカーのBerkerは、これらのメリットを業務で不可欠と判断しました。Objet30 Proを使用し、生産期間を28日から3日に短縮、コストを22,000ドルから3,000ドルに削減しました。

「この新しい柔軟性により、最良の結果を得るために、同時に2〜3種類の異なるソリューションを試せるようになりました」と、Berkerの技術部門・製造責任者Andreas Krause氏は語ります。「これらの機能的プロトタイプで製造された製品の確かな品質が、私たちのR&Dプロセスを加速させました。」

少量生産

前述の通り、3Dプリント金型は価格とスピードで優れていますが、大量生産にはあまり適していません。これは、プリントされたプラスチック金型が摩耗に強くなく、長持ちしないためです。しかし、これは大きな欠点ではありません。なぜなら、これにより「ソフトツール金型」と「3Dプリントプロトタイプ」の間のギャップを埋めるニッチ、つまり少量生産の領域を開拓できたからです。3Dプリントで作られたプロトタイプ射出成形金型は、中・大量生産におけるソフトツールやハードツールの代替を意図したものではありませんが、ソフトツール金型と3Dプリントプロトタイプの間を埋めることを意図しています。

最新の耐熱性3Dプリント材料と、3Dプリントが許す設計自由度により、3Dプリント金型は低ラン射出成形ダイの実行可能な選択肢となりました。これらの金型は、より高速なターンアラウンドタイム（5〜7週間ではなく1〜2週間）に最適です。電気部品や配管機器など、特定の製品では、大量生産に飛び込むより少量生産の方が利益率が高いケースがあります。

これらのランは、50〜100個という低生産量で運用可能です。また、比較的小さな部品、つまり150mm未満に最適です。ラン規模は小さく見えますが、射出成形の初期コストを大幅に削減し、企業が中規模生産レベルで製造できるようにします。

部品複雑性の向上

3Dプリント射出成形金型には2タイプあります：アルミフレームに開発された金型インサート、およびスタンドアロンで完全に3Dプリントされたもの。品質面では、フレームなしの3Dプリント金型には大きな利点があります。これは基本構造に起因し、従来のアルミケーシングに頼らないため、あらゆる種類のディテールを実現できます。

アルミフレームを使わない場合、プリンターはより多くの材料と時間を必要としますが、複雑な冷却チャネルのような微細なディテールを確実に実現できます。これらの金型が可能にする高いレベルのディテールは、特定製品が必要とする微細な機能コンポーネントや隙間をすべて追加する上で決定的になることがあります。ポンプシステムを製造するGrundfosのような企業は、優れた表面仕上げを維持しながら、成形品に微細なディテールを盛り込む最良の方法だと見出しました。

これは、射出成形がすでに市場で最も複雑な部品と最高の仕上げを提供していることを考えると、さらに印象的です。しかし、最終製品はそれを作った金型の品質を超えることはなく、これらのディテールが更なる限界を押し広げます。

3Dプリント、CNC加工、その他多くのテクノロジーといった現代製造が提供するすべての可能性にご関心がある場合は、詳細情報や便利なオンデマンドサービスについてはrapiddirect.comをご覧ください。