CNCプラスチック加工 vs 射出成形：最適な生産方式の選び方

設計から部品製造へ移行する際、どう製造するか決定する必要があります。理想は設計プロセス中にこれを検討し、設計がいずれかのプロセスに最適化されていることです。開発ライフサイクルにおいて、正しい選択が変わることもあると覚えておいてください。一般的な2つの方法はCNC加工と射出成形です。どちらを選ぶかで、それぞれにメリット・デメリットがあります。

本ブログでは、プラスチック射出成形と精密プラスチック加工のどちらを採用するかを左右する要因について議論します。

精密プラスチック加工と射出成形のプロセス

CNC加工

CNC加工は通常、必要な材料のブロックから始まり、材料を1層ずつ精密に除去していきます。このプロセスでは、ほぼ制約なく多くの異なる材料を使用できます。またコンピュータ制御のため、非常に厳しい公差を達成できます。

射出成形

名前の通り、このプロセスは材料を金型に射出するものです。原材料を溶かし、高圧で金型に押し込みます。部品は金型内で冷却され、その後金型から排出されます。次のセクションでプロセスを繰り返します。

射出成形のメリットとデメリット

射出成形とCNC加工を比較対照するには、まず射出成形のメリット・デメリットを理解する必要があります。以下にCNC加工と射出成形のメリット・デメリットを詳細に紹介し、次の試作や部品生産で最良の選択ができるよう支援します。

射出成形のメリット

ほぼ同一の部品を大量製造する場合、ほとんどのメーカーは射出成形を選択します。このプロセスは、おもちゃから自動車エンジン部品まで、成形可能なプラスチックで大量生産が必要なあらゆるものに対応します。

射出成形は多様な材料に対応し、高性能プラスチック部品の需要に応えるべく、より多くの材料が定期的に開発されています。CNC加工ではTPEやゴム材料のような軟質部品に対応できませんが、射出成形なら可能です。

射出成形のデメリット

大ロットでは射出成形の単価が安くなります。射出成形用の実際の金型製造に関わるコストが初期費用を押し上げます。ガラス繊維強化プラスチックなど特定材料は、高圧に対応するため焼入れ工具鋼製金型が必要です。

射出成形のもう一つのデメリットは、設計変更に伴うコストで、通常新しい工具や金型の製造が必要です。また、金型は2分割構造で射出時に合わせる必要があり、表面欠陥の原因となります。射出システムが材料に気泡を混入させ、さらなる欠陥を生じさせます。

部品の大量生産では射出成形を採用する十分な理由があります。製品用途、材料仕様、必要数量によっては、CNC加工が高品質プラスチック部品調達のより良いソリューションとなる場合があります。

どちらのプロセスがあなたに適しているか？

一般的に、これは速度、数量、材料、公差/表面仕上げ、設計といった複数の特性間のトレードオフと見なせます。これら各要素が、一方のプロセスをゲートとして製造し、他方を別プロセスとする可能性があり、部品変更を必要とする場合さえあります。

速度

これは最も単純です。少量部品ならCNC加工が最速。2週間で10個必要ならCNC加工が唯一の解決策かもしれません。4ヶ月で50,000個必要なら射出成形が最適です。射出成形は金型製作と公差内部品確保に時間を要し、数週間〜数ヶ月かかります。これが完了すれば、金型による部品製造は非常に高速です。射出成形の先行投資は多大なリターンをもたらします。

数量

時間とは無関係に、ここでは単価が焦点です。どちらが安いかは数量次第。数百個必要ならCNCが安価です。数量メリットは数個〜数百個程度で見られます。大量生産では数量による追加メリットはありません。これは製造部品数に基づいてセットアップコストを配分するためです。

射出成形部品の実際の単価は機械加工部品よりはるかに安価です。残念ながら、射出成形では金型製作が多大な初期コストとなります。この比率は製造部品数で割って単価を算出します。一定数量を超えれば、金型初期コストが高くても射出成形部品の方が機械加工部品より安くなります。製造数が増えるほどコスト差は拡大します。このクロスオーバーポイントは100個〜約5,000個の範囲で発生します。

材料

CNC加工は部品製造に使用できる材料選択肢が多いです。高性能プラスチックや特定プラスチックが必要な場合、これが重要な決定要因となります。一般に、硬質プラスチックは軟質材料より加工しやすいです。

射出成形部品では材料選択がより制限される場合があります。より多くの高性能材料が射出成形向けに検討されています。Solvayは成形可能なプラスチックを多様に扱う企業の一つです。一部の材料は加工できないが成形可能です。ゴムなどの柔軟材料がこのカテゴリに該当します。

公差/表面仕上げ

優位性は再びCNC加工にあります。ほとんどの材料でより厳しい公差を維持し、より良い表面仕上げが得られます。射出成形のメリットの一つはロット間の再現性です。金型は最小限の摩耗で数百万個の部品に対応可能です。これにより、ロットごとに部品がほぼ同一になります。CNC加工では各部品を機械にセットして製造するため、より多くの変動が見られます。

設計

カスタムプラスチック部品の設計が近い将来変更される見込みなら、高価な金型への投資は経済的に非効率です。設計変更を予定しているなら、部品を機械加工するのが最善です。使用されなくなった金型に数千ドルを費やすことを防げるだけでなく、いつでも設計変更可能というメリットも享受できます。周知の通り、プラスチック加工はより柔軟な製造プロセスです。

なお、場合によってはこれら2プロセスを直列で使用できます。部品用途に標準コンポーネントが含まれ、そのコンポーネントにも追加・代替機能が必要な場合（アップグレード車両オプションなど）、金型コスト最小化の手法として、ベンチマーク金型を加工し、できるだけ多くのベース部品を生産し、その後追加機能を含めるよう再加工します。既存金型の再加工は新規金型作成よりコスト効率が良く、成形インサートを用いて必要に応じて部品設計を変更できます。

ご覧の通り、加工と射出成形の選択は容易ではありません。公差、価格、設計特徴で特定のメリットが必要な場合、メイン特徴を射出成形で形成し、二次加工オプションで最終工程を完了する二段階操作を検討する必要があります。これは両プロセスのメリットを組み合わせる一般的な手法です。