射出成形部品のフローライン除去で高品質を実現

ナイロン材料に黄色着色剤を使用した際の渦巻き効果のサンプル。事前着色樹脂（プレコンパウンドレジン）を選択していれば、この問題を回避できたでしょう。

シュートを外さないバスケットボール選手は「ゾーンに入っている」と言うかもしれません。ある心理学者はその現象「フローを見つける」を、幸福の秘訣としばしば言われる生産的没入状態と表現しました。

しかし、射出成形部品でフローラインを見つけることは、設計エンジニアとお客様を不幸にします。特に医療機器、自動車用途、消費者製品など、射出成形に大きく依存する業界で、フローラインが部品に見える場合はなおさらです。

フローラインは、射出成形部品に現れる表面の不整、波状パターン、またはリップル効果で、わずかに異なる色をしていることがあります。

良いニュースは、フローラインは単なる美観上の懸念であり、部品の強度や構造的完全性には影響せず、意図通りに機能することです。

さらに良いニュースは、設計者と部品を製造するメーカーには、フローラインを減らし、高品質なプラスチック部品を作るという目標を達成する方法があることです。

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Protolabsの製造向け設計（DFM）分析は、CADモデルの薄肉・厚肉領域を自動的にハイライトし、金型内での一貫した流れを確保する方法についての議論を促進します。

フローに従う

設計やその他の考慮事項を議論する前に、プラスチック射出成形は、樹脂ペレットを溶融状態まで加熱し、成形プロセスを駆動するコンピュータにプログラムされたデジタル指示に従って、その溶融材料を金属工具（金型）に注入する製造プロセスであることを思い出してください。冷却後、最終的な生産グレードの熱可塑性部品が得られます。

射出成形プロセス中、金型を流れる液状の溶融プラスチックが、すでに冷却されたプラスチック材料と接触すると、フローラインが最も頻繁に発生します。

これは、熱いプラスチックが金型の厚肉領域から薄肉領域へ流れるときに起こりやすく、薄肉領域ではプラスチックがすでに冷えて粘着状態になっているためです。均一な肉厚は、薄肉領域のプラスチックが厚肉セクションが完全に充填される前に冷えてしまわないよう、適切な材料流量を確保するのに役立ちます。

一部の部品は全体で同じ厚さにできないため、厚肉と薄肉の間で急激ではなく緩やかな変化を設けることで、フローラインの原因となる材料流れの差を回避できます。ProtolabsのDFM分析は、CADモデルの薄肉・厚肉領域を自動的にハイライトし、それらの差異を減らす方法についての議論のきっかけとなります。

溶融プラスチックをフローに乗せ続けるもう一つの方法は、金型設計で鋭い内側コーナー（90度のエッジを持つもの）を避けることです。川の緩やかな曲がりのようにコーナーを設計するのが良いでしょう。プラスチックはコーナーをスムーズに回り、それらの曲線のRに従って金型をより均一に充填します。

一部のお客様は、部品の構造的完全性を高めるためにリブや薄い垂直壁を設計に追加し、基本的に部品内にスケルトンを作ります。部品全体に配置されたリブは、プラスチックを一方から他方へより速く容易に流す流路としても機能します。

カスタム着色剤のスムーズな混合も、成形部品のフローライン回避に重要です。

材料選択で樹脂フローを改善

各プラスチックは射出成形プロセスで多少異なる挙動を示します。ポリエチレンやポリプロピレンのように融点と粘度が低いものは容易に流れ、金型をよりスムーズかつ均一に充填します。

ポリカーボネートのような材料は粘着性が高く、薄肉部品には不向きです。金型を適切に充填するのが困難なためです。ABS熱可塑性樹脂は中間的で、一部の用途に適します。

しかし、プラスチックは交換可能ではありません。一部の部品は強靭さや柔軟性を必要とし、他には耐衝撃性や耐薬品性が必要です。今日利用可能な多様なプラスチックの中から、同じ系列でより良い溶融流動率や粘度を持つ別の材料を選ぶことで、フローラインを回避し、より良い部品を生産できる可能性があります。

生産前のフローライン回避

専門の成形チームメンバーは、新しい金型からお客様の部品を生産する前に、フローラインやその他の問題をプロセスで解消できます。オペレータは装置のいくつかのパラメータを調整してフローラインを減らせます。それには、材料の射出速度を上げる、材料温度を上げる、充填圧力を上げるなどが含まれます。樹脂が金型に当たる前に、Protolabsのデジタル金型フローシミュレーションは、部品の厚みや使用プラスチックタイプを変更することで金型内の材料フローが改善され、安全な圧力レベルで生産可能かどうかを特定できます。

Protolabsのようなデジタルメーカーなら、射出成形部品を最短1日で最終部品として生産でき、コスト効率の良いアルミニウム工具を使用し、試作からオンデマンド製造への移行オプションも提供します。無料設計分析付きの見積もりは数時間で入手可能です。