エラストマー試作のプロフェッショナルガイド：迅速かつコスト効率の良い製造

試作は、設計段階の終わりと生産開始を通常繋ぐ製造ライフサイクルの重要なフェーズです。このプロセスにより、設計者とエンジニアは部品設計を改良し、フィードバックを収集し、ステークホルダーの合意を得られます。

試作は複数の方法で作成できます。アディティブ製造法で部品を製造する迅速3D試作は、生産開始前に設計問題を迅速かつコスト効率よく特定できるため、試作の選択肢として人気が高まっています。これにより、潜在的に高コスト・時間のかかるツーリング修正を回避し、製品品質を向上させ、予測タイムライン通りに生産を進行できます。

しかし、特定の部品用途と材料は3Dベースの試作に適しません。溶解積層法（FDM）のようなプロセスは異方性部品を生み出し、生産用エラストマー部品より脆弱で異なる挙動を示す可能性があり、他のアディティブ手法はコストや材料オプションによって制限されることがあります。

これは、柔軟性が望ましい材料特性である低デュロメーターの高弾性部品であるエラストマー成形品、シール、その他の迅速試作に課題を提示します。アディティブ製造方法の発展によりエンジニアはゴムまたは「エラストマー」製品をプリントできるようになりましたが、技術でできることにはまだ制限があります。しかし、エラストマーコンポーネントと試作は伝統的製造方法で効果的に作成できます。

エラストマー試作の製造方法

圧縮成形とトランスファー成形は、ガスケット、シール、Oリングなどのゴム部品製造に高効率な方法ですが、ゴム圧縮金型設計に必要なツーリングは高価になりがちです。ゴム部品試作の最も一般的な2つの伝統的方法は、ウレタンキャストとダイカットです。

ウレタンキャストは、所望の最終部品と完全同一の形状を持つマスターパターンの周りにシリコーン金型を作成するプロセスです。マスターパターンは、用途と幾何学的複雑性に応じてCNC加工または3Dプリントできます。金型が硬化すれば切り開いて使用し、マスターパターンの高精度レプリカを少量生成できます。ウレタンキャストの大きな利点の一つは、他のエラストマー試作方法より多くのデュロメーターと色に対応できる点です。エラストマーシートストックのダイカットも、ガスケットとシールで非常に一般的です。

CNCフライス加工は、回転工具で固体ワークピースから材料を速やかに効率的に削り取り、所望の部品を成形する除去加工プロセスです。この方法もゴム設計の作成に使用できますが、一つの重大な設計制約があります。弾性・柔軟な材料を何らかの精度で切削することは信じられないほど困難です。このため、非常に硬いゴムのみが効果的にフライス加工可能です。

ウレタンキャスト試作は、軟質ゴム部品の作成により効率的な方法です。何らかの理由で試作をフライス加工しなければならない場合、エンジニアはミルのすぐ上にカラーを配置してゴムワークピースの動きを防ぐことを検討すべきです。ゴムワークピースを液体窒素で凍結し、硬度を高めてからフライス加工することもできます。

3Dプリントゴム試作の主な利点の一つは速度です。CADファイルが確定すれば、部品を多くの場合1日未満で製造できます。しかし、一部のアディティブ方法には材料制限があり、コンポーネントのフィットとフォームのテストには効果的でも、機能テストにはしばしば不向きです。

材料制限はプロセスによって異なります。3Dプリントエラストマー試作の最初の方法の一つは、弾性基材を用いた選択的レーザー焼結（SLS）でした。SLSで作られた試作は一定の弾性を示しますが、相対的な剛性があり、繰り返し屈曲で破損しやすい傾向があります。これらの部品はまた、低解像度仕上げになりがちです。

PolyJet技術の開発により、エンジニアは同一ヘッドから複数の材料を異なる組み合わせでプリントできるようになりました。これにより、ショア硬度27〜95の範囲を含むゴムの様々な特性を正確にシミュレートする試作の製造が可能になりました。残念ながら、多くのPolyJet材料は真のゴム試作の強度を欠きますが、一部の新しい材料はより比較可能な強度と機能性を提供します。

CarbonのDigital Light Synthesis（DLS）技術もエラストマー試作のプリントに使用でき、このプロセスの利点の一つはより大きな等方的特性を可能にすることです。この方法には材料特性、デュロメーター、色、部品複雑性、部品サイズに関する制限がありますが、生産品質のゴム試作を作成するのに使用できます。

ゴム部品を効率的に試作する

技術進歩により、エラストマー部品を迅速かつ経済的に試作することがずっと容易になりました。必要な材料仕様に基づいてどのプロセスを採用するか決定することが、効率を最大化する鍵です。試作が概念実証またはコンポーネントのフィット・フォームテストを目的とするなら、3Dプリントが提供する効率は打ち負かせません。一方、ウレタンキャストは材料制限がはるかに少なく、機能テスト目的ではより有用であることが多いです。

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