ウレタン鋳造と射出成形:製造性設計 (DFM) ガイド

2022 年 1 月 10 日に公開

元々は 2022 年 1 月 10 日に fastradius.com で公開されました

製造容易性を考慮した設計 (DFM) は、製造が容易でコスト効率が高く、厳格な品質基準を満たす部品を作成する技術です。選択した製造方法の現実を設計の初期段階に統合することで、エンジニアは製造時間を短縮し、材料の無駄を削減し、コストのかかる再設計を回避できます。

プラスチック部品の製造には射出成形とウレタン鋳造の両方が一般的ですが、それぞれに異なる DFM ガイドラインがあります。このガイドでは主な違いを詳しく説明し、どの方法がプロジェクトに適しているかを判断するのに役立ち、それぞれの重要な設計上の考慮事項の概要を説明します。

ウレタン鋳造と射出成形

射出成形の最初のステップは、CNC 機械加工を使用して、通常はスチールまたはアルミニウムの精密工具セットを設計および製造することです。金型の形状は部品によって決まるため、複雑な形状にはスライド、リフター、取り外し可能なコアなどの追加要素が必要になることがよくあります。コアとキャビティが組み立てられると、溶融プラスチックが射出、冷却、固化されて排出されて、完成品パーツが形成されます。

一方、ウレタン鋳造は、CNC 加工または 3D プリントによって作成されたマスター パターンから始まります。パターンを型箱に入れ、液体シリコーンを充填して硬化させます。硬化後、金型が分割され、部品の形状に一致するキャビティが現れます。ウレタン樹脂をこのキャビティに流し込み、加熱した真空チャンバー内で硬化させます。

どちらのプロセスも、金型キャビティを充填するという基本原理は共通していますが、ツール、コスト構造、およびパフォーマンス特性は大きく異なります。

• 工具の材質: 射出成形金型は通常スチールまたはアルミニウムであり、高い耐久性と寸法安定性を備えています。ウレタン鋳型にはシリコンが使用されており、柔軟性があり安価ですが、剛性は低くなります。
• 費用: 複雑な射出成形金型の費用は数万ドルかかる場合がありますが、ウレタン鋳造金型の価格は通常数百から数千ドルの範囲です。
• リードタイム: 射出成形金型の製造には数か月かかる場合がありますが、ウレタン鋳造金型は 2 週間以内に完成します。
• 設計公差: ウレタンの鋳造公差はシリコンの柔軟性により緩めですが、射出成形では剛性の高い金属工具のおかげでより厳しい公差を実現できます。
• 機能の柔軟性: ウレタン鋳造は肉厚のばらつきやアンダーカットに寛容ですが、射出成形では突き出しの問題を避けるために慎重な設計が必要です。

厳しい公差と一貫した品質が要求される大量生産または部品には、射出成形を選択してください。設備への先行投資は、生産が数千台にスケールアップされると効果を発揮します。プロトタイプ、少量生産、または迅速な設計の繰り返しの場合、ウレタン キャスティングはスピード、柔軟性、コスト削減を実現します。

ウレタン鋳造および射出成形における DFM の主な懸念事項

DFM が成功するかどうかは、公差、肉厚、アンダーカットという 3 つの主要なパラメータにかかっています。以下は、各製造ルートのベスト プラクティスです。

公差

すべてのプロセスには固有の寸法変動があります。ウレタン鋳造では、真空下でのシリコン型のわずかな動きにより寸法の不一致が生じる可能性があり、厳しい公差が必要な部品には適していません。射出成形金型は剛性が高いため、より正確な寸法が得られますが、プラスチックが冷えるにつれて若干の収縮が発生します。エンジニアは、選択した手法の機能を反映する許容範囲を設定し、それに応じて設計を調整する必要があります。

アンダートレランシング（安価だがリスクが高い）とオーバートレランシング（コストがかかるが信頼性が高い）のバランスをとることが重要です。部品の機能、公差の積み重ね、およびアセンブリの制約を考慮します。選択した方法で設計が必要な公差を満たせない場合は、別のテクノロジーに切り替えるか、公差を緩めるように再設計してください。

壁の厚さ

均一な肉厚により、部品の一貫性、最適な応力分布が促進され、製造欠陥が減少します。射出成形は通常、ほとんどの用途で 1 ～ 4 mm の壁をターゲットにし、全体の厚さを 5 mm 未満に保ちます。ウレタン注型はさまざまな厚さに対応できますが、過度の厚さの変化は硬化中に収縮や変形を引き起こす可能性があります。両方のプロセスで最大肉厚 5 mm を目指してください。

アンダーカット

アンダーカット (部品の取り出しを妨げる形状) は、剛性の高い射出成形金型ではさらに問題になります。これを軽減するために、メーカーはスライドを追加したり、取り外し可能なコアを作成したり、金型の分割軸に合わせてフィーチャーを再設計したりすることがあります。ウレタン キャスティングのシリコン型は、アンダーカットを解放するために曲げることができるため、複雑な形状に対してより寛容になります。

設計段階の早い段階でアンダーカットに対処することで、コストのかかる工具の変更や再工具を回避できます。

SyBridge を使用した製造のための設計

ウレタン キャスティングまたは射出成形のどちらを使用する場合でも、DFM を設計に統合することで時間とコストを節約できます。 SyBridge の経験豊富なチームは、プロジェクトのニーズに合わせた適切な公差、肉厚、アンダーカット ソリューションの選択をお手伝いします。品質とコスト効率を保証するコンサルティングを開始するには、今すぐお問い合わせください。