プロトタイプの射出成形は矛盾していますか? あなたもほとんどの設計者と同じように、プラスチック射出成形は量産品質の (つまり、試作ではない) 部品を大量に生産するためのものであることを知っているでしょう。 スチール射出成形金型は大量生産用、アルミニウム射出成形金型は少量生産用、そしてどちらのタイプの金型もプロトタイプには高価すぎるという話を聞いたことがあるかもしれません。
これらのいずれかに見覚えがあると思われる場合は、これまで言われてきたことの一部を忘れて、プロトタイピングと生産のオプションを再考する時期が来ています。 はい、プラスチック射出成形は大量生産プロセスです。 ただし、プロトタイピングや少量生産に使用する場合もあります。 射出成形金型に関しては、アルミニウムとスチールの違いだけではなく、考慮すべき点がたくさんあります。
プロトタイプの射出成形金型には費用がかかりますか? はい、ただし、この記事で説明するように出費を削減する方法はあります。 射出成形金型の製作には時間がかかりますか? 金型の製作には数か月かかると予想していても、適切な製造パートナーがわずか数週間で金型を製造できることを知れば、嬉しい驚きが得られるでしょう。 全体像を見て、工具のコストと加工時間とともに部品の設計と材料の選択を検討してください。 また、パーツ設計を PinTeJin.com と共有すると、ヘルプが利用できることを覚えておいてください。 たとえば、設計に十分な抜き勾配が含まれていない場合、当社の DFM 専門家は、部品がスムーズに取り出されるように、より大きな抜き勾配角度を提案します。
部品設計と試作射出成形
あなたの部品設計はどの程度成熟していますか? 製造の準備ができていない場合は、おそらくまだプロトタイピングの段階にあると思われます。 しかし、どのタイプのプロトタイプが必要なのでしょうか?
概念実証のプロトタイプを使用すると、スケール、フォーム、および場合によってはいくつかの基本的な機能を評価できます。
見た目のプロトタイプを使用すると、製品の最終的な外観を視覚化できます。
作品のようなプロトタイプを使用すると、形状、フィット感、機能を検証できます。
量産前のプロトタイプを使用すると、製品の最終的な外観と実用性の両方を検証できます。
これがプロトタイプを分類する唯一の方法ではありませんが、上記のリストは以下のフレームワークを提供します。
3D プリントされたプロトタイプと射出成形されたプロトタイプ
ほとんどの概念実証プロトタイプやそれっぽいプロトタイプは、射出成形ツールのコストを保証しません。 それは、設計者が必要とする部品は通常 1 つまたは 2 つだけであり、工具の総コストをわずか数個の部品に分散する場合、射出成形金型の費用を正当化するのが難しいためです。
作品的なプロトタイプと量産前のプロトタイプは別の話です。 多くの場合、設計者は、1 桁ではなく、10 桁で測定される部品の体積を必要とします。 量によっては、3D プリントの代わりに射出成形を使用することが合理的になる場合があります。これは工具を必要としませんが、意図した製造プロセスではありません。
1 つの概念実証プロトタイプを成形する場合と、100 個の量産前プロトタイプを成形する場合の違いを考えてみましょう。 どちらの場合も、ツールのコストが 10,000 ドルだとします。 1 つの概念実証プロトタイプの場合、部品ごとのツールのコストは 10,000 ドルです。 100 個の量産前プロトタイプの場合、部品ごとの工具コストは 100 ドルです。 それは大きな違いです。
以下の表は、プロトタイピングで 3D プリンティングと射出成形を比較する際に考慮すべき点を説明しています。
以下の表は、プロトタイピングで 3D プリンティングと射出成形を比較する際に考慮すべき点を説明しています。
| パラメータ | 3D プリントされたプロトタイプ | 射出成形プロトタイプ |
| 設計状態 | まだコンセプト段階にある進化するデザイン | 実際のテストが必要な完成した設計 |
| 生産数量 | 非常に少ない数量の要件 | 100個を超える試作数量 |
| 納期 | リードタイムは1～15日 | 納期は2～5週間 |
ここで、製造容易性を考慮した設計 (DFM)について考えてみましょう。これは、部品を製造しやすいように設計するプロセスです。いくつかのコンポーネントを 3D プリントして組み立てるとします。完璧に組み合わされており、製品の機能をテストできます。
それは素晴らしいことですが、同じ部品を射出成形して生産に失敗したらどうなるでしょうか? どうしてそんなことが起こるのでしょうか？3D プリントされたプロトタイプは完璧かもしれませんが、その完璧さのレベルが完璧な射出成形部品にシームレスに変換されると想定しないでください。
設計ルール、部品の特徴、および公差
3D プリンティングには、最小肉厚など、射出成形とは異なる設計ルールがあります。厚すぎる壁、薄すぎる壁、または不均一な壁は、射出成形の生産における失敗の原因となることが多いため、これを覚えておくことが重要です。この問題を回避する最善の方法は、プロトタイプ射出成形を使用して部品を作成し、製造上の課題を特定できるようにすることです。
他にも考慮すべきことはあります。3D プリントとプラスチック射出成形のファイル形式は異なります。具体的には、3D プリントで使用される STL ファイルは、三角形メッシュの観点からオブジェクトを定義します。対照的に、射出成形部品の設計を含む CAD ファイルはパラメータ駆動型です。射出成形で 3D 印刷ファイルを使用するには、ファイルをメッシュからシェイプ、ソリッドに変換する必要があります。
3D プリンティングと射出成形には、異なる公差、つまり許容される部品間のばらつきもあります。ほとんどの積層造形技術では、寸法公差は少なくとも 0.1 mm です。したがって、3D プリンティングの誤差は射出成形よりも大きくなります。さらに、射出成形にはコマーシャルとファインの 2 種類の公差があります。
良いニュースを聞く準備はできましたか? PinTeJin は、射出成形部品設計の3D 視覚化を通じて専門的な DFM 支援を提供します。3D プリントから射出成形に移行する準備ができているかどうかを判断できる、便利なオンライン チェックリストもあります。また、射出成形サンプルを入手するために部品の生産準備が整うまで待つ必要はないことに注意してください。
材料選定と試作射出成形
試作射出成形と量産射出成形はどちらも同じプラスチックを使用できます。ただし、ガラス入りナイロンなどの研磨材を使用すると、プロトタイプの射出成形金型の摩耗が早くなります。(これは、プロトタイプの金型が通常、より柔らかい素材で作られているためです。) それでも、100 個の部品のプロトタイプを計画している場合、10,000 個の部品を本格的に生産する場合よりも摩耗は問題になりません。
汎用プラスチック vs. エンジニアリングプラスチック
部品設計がまだ初期段階にある場合は、たとえ意図した生産材料と同じ機械的特性を持たないとしても、より安価な汎用プラスチックを使用することを決定するかもしれません。たとえば、PEEK は一部の医療機器に使用されるエンジニアリング プラスチックです。他のポリマーよりもコストが大幅に高く、サプライヤーが割引を受けるのに十分な量を購入しない場合、最小注文数量 (MOQ) が高くなる可能性があります。
作品のようなプロトタイプの場合は、ポリフェニルスルホン (PPSU) などの安価な素材を使用できます。実際、PPSU は良い選択かもしれません。ただし、PEEK 以外のものを使用しても、部品の成形性を完全にテストすることはできません。PPSU と PEEK はどちらも 3D プリンティング フィラメントとして利用できるため、代わりに積層造形を使用できますか? 工具のコストを節約でき、必要なプラスチックを使用できます。簡単そうに聞こえますよね？
すべてのパーツサンプルは同じではありません
このアプローチでは、必要なものが提供されない可能性があります。3D プリントされた材料には、射出成形された材料と同じ最終用途特性がありません。たとえば、3D プリントされた PEEK は、射出成形された PEEK ほど強度がありません。また、部品が医療機器用の場合は、初回品目検査 (FAI) 用の代表的なサンプルが必要になります。それらを入手する最善の方法は、本格的な生産に使用する予定のものと同じ材料と同じプロセスを使用することです。それが射出成形です。
パーツ設計を PinTeJin にアップロードすると、DFM エキスパートに詳細を問い合わせることができます。
プロトタイプ射出成形金型: スチール対アルミニウムを超えて
プロトタイプ射出成形金型と量産射出成形金型の違いは何ですか? 金型の素材である金属の問題ではありません。量産金型はアルミニウムまたはスチールから作成でき、試作金型はアルミニウムまたはスチールから作成できます。それで終わりではありません。射出成形金型にはいくつかの異なる鋼が使用されており、アルミニウムは 1 種類だけではありません。
SPI クラスとプロトタイプ部品
考慮すべき金型仕上げに関するSPI クラスもあります。以下の表で、SPI クラス 105 を見てください。これは、プロトタイプの数量に関するものです。
| SPIモールドクラス | 音量 | サイクル |
| 101 | 高い | 100万以上 |
| 102 | 中～高 | 50万～100万 |
| 103 | 中くらい | 50万未満 |
| 104 | 低い | 100,000未満 |
| 105 | プロトタイプ | 500未満 |
他の SPI モールド クラスについてはどうですか? 理想的には、生産用射出成形金型は、最速のサイクル タイム、最高品質の部品、最長の工具寿命 (つまりサイクル) を実現するように設計および構築されます。プロトタイプ射出成形金型の場合、特に少数の FAI (初回製品検査) では、長い工具寿命は部品の品質よりも重要です。少なくともプロトタイプ作成の目標が、たとえば 100 個の代表的な量産前プロトタイプ部品を作成することである場合、サイクル タイムもそれほど重要ではありません。
アルミニウム、軟鋼および半硬化鋼、硬化鋼の金型
はい、金型を構成する金属は、これらすべてにおいて重要な役割を果たします。しかし、アルミニウムかスチールかだけではなく、より多くの選択肢があります。具体的には、以下を選択できます。
- さまざまなグレードのアルミニウム
- さまざまなグレードの軟鋼および半硬化鋼
- さまざまなグレードの焼入れ鋼
アルミニウムは最も安価な選択肢ですが、スチール金型を使用した場合のように公差が厳密または正確な射出成形部品を製造することはできません。 これは、厳しい公差が必要な場合には問題ですが、複数の射出成形部品を含むアセンブリでは公差の積み重ねにも影響を与える可能性があります。 アルミニウム射出成形金型は +/- 0.005 インチの公差まで機械加工できますが、スチール金型は +/-0.001 インチという厳しい公差まで機械加工できます。
軟鋼および半硬化鋼は通常、アルミニウムの2 倍のコストがかかりますが、プロトタイプの射出成形金型では除外されません。これらの鋼は、より厳しい公差を実現でき、工具の切断に数か月かかるほど機械加工が難しくありません。Fictiv を使用すると、プロトタイプの鋼製金型を最短 10 ～ 14 日で入手できます。
一般に、生産用射出成形金型には焼入れ鋼が使用されます。軟鋼や半硬化鋼よりも高価ですが、硬化鋼は耐久性が高く (つまり、サイクル数が多く)、より厳しい公差を実現できます。もちろん、プロトタイピングでは何百万もの部品を製造する必要はありませんが、医療、航空宇宙、またはその他の要求の厳しい用途で厳しい公差が必要な場合はどうすればよいでしょうか? アルミだけでは駄目ですよ。
複数の金型材料と MUD ダイ
幸いなことに、射出成形では複数の金型材料の使用がサポートされています。たとえば、プロトタイプの金型のベースはアルミニウム、軟鋼または半硬化鋼で作ることができます。インサートは、軟鋼、半硬化鋼、または硬化鋼で作ることができます。金型にリフターなどの可動コンポーネントが必要な場合、それらのコンポーネントもスチール製である可能性があります。
標準金型フレームを備えたマスター ユニット ダイ (MUD) インサートやカスタマイズされた取り外し可能なインサートもあります。MUD 金型は、その名の通り、初期工具のコストを66% も削減できます。それでも、多くの設計者がプロトタイピングに必要とする複雑さを依然としてサポートしています。プロトタイプの場合はよくあることですが、設計を変更する必要がある場合、ツールメーカーはインサートのみを変更できます。
最後に、プロトタイプの射出成形では、金型が適切なゲート タイプと位置を使用していることを確認して、金型キャビティが均一に充填され、プラスチックが十分な時間圧力下に保持されるようにして、安定した品質の部品を製造します。射出成形業者は代わりにモールドフロー解析ソフトウェアを使用することもできますが、それでは部品を手に入れることができなくなりますよね。
試作射出成形について PinTeJin に質問する
PinTeJin は、射出成形用の高度に精査され管理された製造パートナーのグローバル ネットワークを運営しており、製品の試作から生産までを支援します。 3D プリンティングと射出成形の両方を含む幅広い機能を単一のプラットフォームで提供するため、必要なときに必要なプロセスを使用できます。 このようなワンストップ ショッピングはどこにもありません。当社は複雑な部品 (プロトタイプを含む) を驚異的なスピードで製造できます。
