プロジェクトに最適なプラスチック製造プロセスの選び方

プラスチックは非常に汎用性の高い製造材料のファミリーです。柔らかく柔軟なものもあれば、硬く耐衝撃性に優れたものもあります。この幅広い物理的特性により、用途を問わず、プラスチック部品の製造は一般的に時間・コスト効率に優れています。

最終用途が革新的なアームチェア設計、電動工具部品、義肢のいずれであっても、設計者とエンジニアが自分のニーズに合った適切な製造プロセスを選択する方法を知ることは重要です。

プラスチック製品製造のタイプ

プラスチックが様々な形状、サイズ、耐久性、色を持つことを考えれば、プラスチック部品の製造を可能にする多様な製造プロセスがあるのは当然です。代表的なものをいくつか紹介します。

3Dプリント（積層造形）

このプロセスはCAD設計とモデルを用いて、製造材料を一度に一層ずつ積み重ね、部品が完全に形成されるまで立体的に造形します。3Dプリントの主な利点は、他の製造プロセスと比べて設計制約がはるかに少なく、複雑な形状の部品を特に経済的に作れることです。

例えばCNC加工では、ミルヘッドが狭い場所にどう到達するか、部品形状の細部を作るのに必要な工具サイズなどを考慮する必要がありますが、3Dプリントなら工具なしで、曲がった内部チャネルなどの複雑な設計機能を作れます。

積層造形は、他の製造プロセスでは効率的に作れない複雑な設計を可能にします。また、複数のコンポーネントを後で組み立てるのではなく、部品を一体成型できます。

CNC加工

このプロセスは、ミル、旋盤、ドリルなどのコンピュータ制御切削工具を回転と組み合わせて使用し、プラスチック部品を作ります。

積層造形プロセスとは異なり、CNC加工は減法プロセスです。つまり、最終的に完成品となるブロック（ワークピース）から材料を徐々に削り取ります。CNC加工には大きく分けて2つのカテゴリーがあります。回転工具と固定ワークピースを使う「フライス加工」、固定工具と回転ワークピースを使う「旋削加工」です。

CNC加工は、成形が難しい部品や厳しい公差が必要な部品の製造に効果的な代替手段となり、試作と特定の最終用途製品（ブッシング、ギアなど）の両方に最適です。ただし、部品の複雑さが加工時の部品単価を急増させる可能性があり、曲がった内部チャネルなど特定の幾何学形状は、減法製造では困難または不可能です。

射出成形

名前の通り、このプロセスは加圧溶融熱可塑性材料を硬化鋼またはアルミニウム金型に射出します。これらの金型は幾何学的に複雑で、厳しい公差、反復精度、高品質な表面仕上げの部品を生み出します。これらすべてが、射出成形を中〜大量生産に効果的なプロセスにしています。

射出成形はツーリング（金型作成）に高コストと数ヶ月の時間を要しますが、他のプラスチック製品製造プロセスで、高量生産をこれほど迅速に行え、部品単価を劇的に下げられるものはありません。

押出成形

押出成形プロセスは、溶融プラスチックで部品を作る点で射出成形と似ています。しかし、溶融材料を金型に射出する代わりに、押出システムはプラスチックをダイス（押出口）を通して押し出し、固定形状を与えます。

プラスチックパイプ、ストロー、雨樋、ドア枠、ホース、その他の対称形状部品は、押出システムで効率的に製造できます。形状がシンプルなため、押出成形部品は生産コストとツーリングコストが低い傾向があります。

ウレタン鋳造

ウレタン鋳造プロセスは、完成部品設計のマスターパターンからシリコン金型を作成します。金型が固まりマスターパターンを取り除いた後、その金型を使って高精度・高精密・良好な表面仕上げで部品の個別コピーを生産できます。

鋳造用ウレタンシリコン金型は、射出成形用の硬質金型ほど耐久性はありませんが、はるかに速く、コスト効率よく作れます。このため、ウレタン鋳造は短納期の少〜中量生産に適しています。

真空成形

真空成形は、真空を使って加熱・軟化したプラスチックシートを片面金型に押し付けます。高衝撃ポリスチレンシートなどの熱可塑性樹脂でよく用いられ、保護カバー、道路標識、味や臭いに敏感な製品の包装など、様々な形状の耐久性のある製品を作れます。

回転成形

回転成形プロセスは、粉末樹脂を充填した中空金型を加熱・冷却しながら回転させ、壁が均等にコーティングされ、たるみや変形がないようにします。プラスチックタンクや容器など、通常追加の表面仕上げを必要としない、均一な壁厚を持つ高安定性部品の製造に効果的です。

プラスチック部品製造時に考慮すべき要因

利用可能な製造プロセスが幅広いため、部品に最適なものを選ぶことが重要です。いくつかの考慮事項を挙げます。

材料

部品用途は実用的な材料選定の主要考慮事項であり、部品にとって最も有益な物理的特性を特定することで、材料選択肢を絞り込めます。

しかし、一部の材料は特定の製造プロセスに最適であることを覚えておく必要があります。例えば、弾性のある低デュロメータポリウレタン部品はウレタン鋳造で容易に製造できますが、3Dプリントでは非常に困難です。場合によっては、望む材料特性を、戦略的に製造方法を選ぶことでさらに向上させられることもあります。

形状

厳しい公差要求、ユニークな内部機能、高い幾何学的複雑さなどの要因が、最も経済的で効率的な製造プロセスを決める助けになります。部品が特定のプロセスを要求する場合、生産のコスト効率を最適化するために製造向け設計（DFM）の見直しが必要になることがあります。

リードタイム

最終製品の納期は、最適な製造方法の決定に役立ちます。生産時間はプロセスによって大きく異なるからです。部品とマシンによりますが、一部の3Dプリンターは数時間で完成した実用的な部品を生産できます。一方、実際の射出成形プロセス自体は非常に速く（多くの場合サイクルタイム1分未満）、金型ツーリングに数ヶ月かかるため、生産スケジュールが延びます。

生産量とコスト

最後に考慮すべき主要因は必要な生産量です。射出成形システムは多額の初期費用を要するため、大量生産では経済的ですが、試作にはコスト効率が悪いです。一方、CNC加工のような他のプロセスは初期費用が低いですが、手作業の量によっては部品単価が高くなりやすいです。生産量とコスト効率の適切なバランスを見つけることが鍵です。

プラスチック部品オーダーを始めるには

利用可能な多様なプラスチック製造プロセスは、プラスチックの汎用性を物語っています。特定の部品に適したプロセスは、部品の用途、設計、生産量、リードタイムなど多くの要因に依存します。

Fast Radiusでは、お客様の部品が最も効果的かつ効率的な製造プロセスで作られるよう、密に連携しています。私たちの仕事についてご質問がある方、または生産を始める準備ができた方は、今すぐお問い合わせください。

プラスチック製造とその他のサービスについて詳しくは、リソースセンターをご覧ください。そこでは、頑丈で生体適合性のある多目的ポリウレタンから、ゴムのように柔軟なエラストマーポリウレタンまで、様々なプラスチックの種類についても読めます。

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