間接製造金型に向けた4つのラピッドプロトタイピング技術

ラピッドプロトタイピングでマスターモデル（原型）を作成し、ワックス、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタンなどの軟質材料を注型してソフト金型を形成します。例えば、金属とエポキシの混合物は常温でゲル状であり、常温で鋳造・硬化可能なため、金型複製に最適です。

この合成材料で作った射出金型の寿命は50〜5,000ショット。常温硬化シリコーンゴムで射出金型を作る場合、寿命は一般的に10〜25ショット。硫化シリコーンゴム金型を低融点鋳造に使用する場合、金型寿命は一般的に200〜500ショットです。

現代の工業製造における一般的なラピッドプロトタイピング手法は、大まかに4タイプに分類できます：

• シリコーン金型
• 樹脂系複合金型
• アーク溶射金型
• 化学結合鋼粉鋳造キャビティ金型

ラピッドプロトタイピングでマスターモデルまたはソフト金型を作り、ロストワックス鋳造、セラミック精密鋳造、電鋳、コールドスプレー等の従来プロセスと組み合わせれば、複雑な金型を製作し、プラスチック部品や金属部品をバッチ生産できます。ハード金型は一般的に切削性が良く、局部的な高精度加工が可能で、インサート、冷却部品、バーンアウト部品の埋め込みも可能です。

1. シリコーン金型

シリコーン金型は、モデル原型をベースに硫化シリコーンゴムを注型して直接シリコーンゴム金型を製造します。シリコーンゴムには逆テーパ（アンダーカット）や深い溝を持つ部品でも、鋳造後に直接取り出せるという、他金型にはない特徴があります。

シリコーン金型の製造プロセス:

1. 原型製作、原型表面処理で良好な表面粗さを確保 →
2. 原型を金型ベースに固定、原型表面に離型剤塗布 →
3. シリコーンゴムを真空下で混合・脱泡、シリコーンゴム混合物を注型しシリコーンゴム金型取得 →
4. シリコーンゴム硬化 →
5. パーティング面に沿ってシリコーンゴムを切開、原型を取り出しシリコーンゴム金型取得。欠陥があれば新規配合シリコーンゴムで修復可能。

2. 樹脂系複合金型

この方法は、液状エポキシ樹脂と有機・無機材料をマトリックス材として複合化し、原型をベースに鋳造して金型を作る成形法です。

1. 原型製作と表面処理 →
2. 金型枠の設計・製作 →
3. パーティング面の選定・設計 →
4. 原型表面に離型剤塗布（パーティング面含む） →
5. ゲルコート樹脂塗布（金型表面の摩擦・衝撃・大気劣化・媒質腐食から保護し、実用上安全・信頼性を確保） →
6. 凹型（キャビティ側）鋳造 →
7. 凹型完成後、反転し離型剤とゲルコート樹脂塗布 →
8. 凸型（コア側）鋳造 →
9. 常温で硬化・成形（一般に1〜2日）、型分け、原型取り出し、金型修正。

高耐熱・高耐摩耗が要求される金属樹脂の場合、常温硬化エポキシ樹脂では要求を満たせないため、高温硬化エポキシ樹脂を使用する必要があります。これは光硬化性樹脂製原型にとって問題となります（70〜80℃で軟化開始）。このため「トランジションコア（移行用芯）」が必要です。

トランジションコアにはエポキシ樹脂、石膏、シリコーンゴム、ポリウレタン等が用いられ、石膏とシリコーンゴムが一般的です。このエポキシ樹脂金型製造技術は、プロセスがシンプル、金型伝導性高、高強度、輪郭加工不要という特徴があり、プラスチック屈折金型、シート引き伸ばし金型、ブリスターフィルム、ポリウレタン発泡成形金型に適しています。

3. アーク溶射金型

アーク溶射金型も原型をベースとします。溶融金属を完全に微粒子化し、一定速度で原型表面に溶射して金型キャビティ表面を形成。バッキング材として複合材を充填、エポキシ樹脂やアルミ充填シリコーンゴムで支持し、シェルを原型から分離して精密金型を取得。ゲートシステム、冷却システム等を追加し、射出金型として完成させます。

プロセスがシンプルでサイクルが短い；キャビティ表面の微細パターンを一括形成；従来金型加工における高コスト・長時間の工程（製図、CNC加工熱処理等）を省略、切削加工不要；高い金型寸法精度、サイクル短縮、コスト削減が特徴です。

4. 化学結合鋼粉鋳造キャビティ金型

プロセスは以下の通り:

1. ラピッドプロトタイピングシステムでペーパーマスターモデル製作 →
2. シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の軟質材料を注型しソフト金型形成 →
3. マスターモデルから分離 →
4. ソフト金型内に化学結合鋼粉キャビティを鋳造、炉でキャビティ内バインダー焼却、鋼粉充填 →
5. キャビティ内に銅浸透 →
6. キャビティ表面研磨 →
7. 注湯システム、冷却システム等追加 →
8. 量産用射出金型完成。

優れたラピッドプロトタイピングは優れたメーカーから

現在のCNC加工サービスプロバイダの多くはラピッドプロトタイピングサービスを提供できます。しかし、その生産能力には大きな差があります。全ての会社が高品質金型製造を完遂できるわけではありません。優れたラピッドプロトタイピングメーカー選定は慎重に行うべきです。優れたラピッドプロトタイピングは、優れたメーカーから生まれます。

JTRは10年以上の実績を持つラピッドプロトタイピングメーカーであり、その製造能力は折り紙付きです。加工サイクルが短く、技術レベルが高く、精度が高いため、顧客から高い評価を得ています。このようなプロトタイピングサービスでお手伝いできることがあれば、どうぞお気軽にお問い合わせください。