射出成形は、大量生産部品の製造に広く使用されているが、初期設定コストが高く、欠陥が発生する可能性があるなど、いくつかの課題がある。

射出成形の欠点には、高い金型費用、長いリードタイム、材料の無駄、複雑な形状の制限などがある。また、少量生産には不向きです。

射出成形は大量生産において優れた効率性を発揮しますが、そのデメリットを理解することが、製造ニーズに適した選択であるかどうかを判断する鍵となります。

射出成形とは？

射出成形は、溶融プラスチックを金型に注入し、複雑な部品を迅速かつ効率的に作成する、広く使用されている製造プロセスです。大量生産に最適です。

射出成形は、溶かしたプラスチックを金型のキャビティに注入して部品を成形するプロセスです。射出成形は、高効率、高精度、複雑な形状を最小限の無駄で製造できることで知られています。自動車、電子機器、医療などの産業で使用されている。

射出成形とは、熱く溶けたものを型に流し込むことだ。その後、冷やして固める。その仕組みはこうだ：小さなプラスチックのペレットや粉末を射出成形機のホッパーに入れる。射出成形機はそれを熱し、溶かして液体にする。

その後、機械の先端にあるノズルから、冷えた密閉された金型に液体を吹き込む。金型は液体を冷やして硬くする。金型を開けてプラスチックを取り出したら完成です。これが1サイクルだ。

射出成形のステップとは？

射出成形プロセスにはいくつかの重要な工程があり、それぞれが高品質なプラスチック部品を効率的かつ一貫して製造するために貢献しています。

射出成形の工程には、型締め、射出、冷却、射出が含まれる。プラスチックを溶かすことから始まり、金型に射出し、冷却し、完成品を射出する。これらのステップにより、製造における精度、スピード、最小限の無駄が保証される。

充填段階

充填は、射出成形工程全体の最初のステップです。型閉めから射出成形を開始し、金型キャビティが約95%に充填されるまでの時間です。理論的には 充填時間¹成形効率が高ければ高いほど、成形時間は短くなる。 射出速度² には多くの条件がある。

圧力保持ステージ

圧力保持段階は、圧力を維持し、溶融物を充填し、プラスチックをより密にし（高密度化）、プラスチックの収縮を補うためにある。保圧段階では、金型のキャビティがすでにプラスチックで満たされているため、背圧が高くなります。

保圧と充填の段階では、射出成形機のスクリューは少しずつしか前に進まず、プラスチックの流量も遅い。この流れを保圧流動という。保圧の段階でプラスチックは金型壁で冷却固化され、溶融粘度が急速に上昇するため、金型キャビティ内の抵抗は非常に大きくなります。

保持段階の後半になると、プラスチック材料の密度が上がり続け、プラスチック部分が形成され始める。保持段階は、ゲートがしっかりと密閉されるまで続けなければならない。この時点で 空洞圧力³ホールディング・ステージでは高い。

冷却ステージ

射出成形金型において、冷却システムの設計は非常に重要である。なぜなら、成形されたプラスチック製品が冷却され、固化して十分な剛性を持つようになって初めて、脱型後の外力によるプラスチック製品の変形を防ぐことができるからです。

以来 冷却時間⁴設計の良い冷却システムは、成形時間を大幅に短縮し、射出成形の生産性を向上させ、コストを削減することができます。冷却システムの設計が不適切な場合、成形時間が長くなり、コストが高くなります。また、冷却ラインが不均一な場合、プラスチック製品の反りや変形の原因となります。

脱型段階

脱型は射出成形サイクルの最後のつなぎ目です。製品は冷間成形されていますが、脱型は依然として製品の品質に非常に重要な影響を与えます。脱型方法が不適切だと、脱型時に製品にかかる力が不均一になったり、射出時に製品が変形したりすることがあります。

脱型には大きく分けてエジェクターとストリッパーの2つの方法がある。金型設計の際には、製品の構造特性から適切な脱型方法を選択し、製品の品質を確保します。

射出成形の欠点とは？

射出成形は一般的な製造プロセスだが、初期コストが高く、複雑な形状や材料では限界があるなどの欠点がある。

射出成形の欠点は、セットアップコストが高いこと、高価な金型が必要なこと、材料選択の自由度が限られていることなどである。射出成形は、金型製作とセットアップに費用がかかるため、少量生産にはあまり効果的ではない。

高い金型初期費用

射出成形の大きな欠点のひとつは、金型を作るコストが高いことだ。特定の部品形状に適合する金型を設計・製作するには、特に複雑で派手なデザインの場合、本当に高くつくことがあります。この初期費用は、生産量が少ない企業や予算が限られている企業にとっては、破格の値段になる可能性がある。

設計し、テストし、金型製作をしなければならないので、初期費用は高くつく。設計してプロトタイプを作り（CNCや3Dプリンターで）、次にその部品のレプリカを大量生産するためのプロトタイプ金型ツールを設計しなければならない。最後に、この2つの段階を経て広範なテストを行い、ようやく射出成形が可能になるのです。

低効率

プラスチック射出成形の速度は、射出成形機の大きさと工程条件によって決まる。射出機が大きければ大きいほど、生産は速くなる。

しかし、大きな射出成形機を使っても、1ショット射出するのに数十秒かかる。そのため、プラスチック射出成形の生産速度は他の製造工程に比べて相対的に遅く、工業製品の生産効率に影響を与える。

射出成形プロセスは不可逆的である

射出成形は複数のプラスチック素材をどんな形にも成形できるが、一方通行である。成形が終われば形は決まってしまう。デザインを変更したり修正したりする必要がある場合は、新しい金型を作らなければならず、時間とコストがかかる。

高いスクラップ率

プラスチック射出成形の生産工程におけるスクラップ率も比較的高い。これは、射出成形工程中の温度と圧力の変化によって、反り、バリ、ボイドなどの欠陥が発生する可能性があるためです。このような問題が発生すると、射出成形金型を作り直したり、不良品を捨てたりする必要があり、費用と時間の無駄が増える。

サイズ制限

射出成形には、特に大きな部品の場合、サイズの限界があります。射出成形機の大きさとキャビティの大きさによって、作れる最大の部品が制限されます。大きな部品を作りたい場合、特別な設備や複数の金型キャビティが必要になる可能性があり、その分コストが高くなり、複雑にもなります。

設計上の制限

プラスチック部品の設計プラスチック部品を設計する際には、射出成形で作られることを念頭に置く必要があります。つまり、以下のような基本的なルールに従う必要があります。のような欠陥を防ぐために、均一な肉厚を使用する。 シンク跡 ⁵ 冷却プロセスが一定でない場合に起こる。使用方法 ドラフト角度⁶ 金型から部品を取り出しやすくするためだ。

工具は通常、スチールやアルミニウムでできているため、設計変更が難しいことを忘れないでください。部品にプラスチックを追加する必要がある場合、スチールやアルミニウムを削って工具の空洞を大きくすることができます。しかし、プラスチックを取り除くには、アルミニウムや金属を追加してツールキャビティを小さくしなければなりません。これは本当に難しく、多くの場合、工具（またはその一部）を捨ててやり直さなければなりません。

また、部品の重量と大きさによって、必要な工具のサイズとプレス機のサイズが決まります。部品が大きければ大きいほど、難しく、高価になります。

射出成形は、あらゆる形状やディテールを作ることができる汎用性の高いプロセスだ。しかし、できることには限界があります。鋭い角、薄い壁、深い穴など、形状によっては金型への充填、部品の冷却、金型からの取り出しが困難になることがあります。

射出成形のために部品を設計するとき、金型が機能し、部品が良いものになるように、抜き勾配の角度、肉厚、その他のことを考えなければならない。時には、金型に余分なものを追加したり、パーツを機能させるために余計なことをしなければならないこともある。そうなると、部品を作るのが難しくなり、コストも高くなる。

高額な初期費用

プラスチック射出成形金型は複雑だ。経験豊富な技術者だけが設計・製造方法を知っているため、人件費が高くつく。さらに、同じ部品を何百万個も生産する金型を作るには、多くの工程が必要だ。単純な単一キャビティ金型は$2,000-3,000から。高硬度工具鋼で作られた高生産性の多数個取り金型は、$100,000かそれ以上かかることもある。

長いリードタイム

良いプラスチック射出成形用金型は長持ちする。そのため、正しい金型を作るには多くの計画とテストが必要です。設計、試作、テスト、加工の段階には数ヶ月かかることもあります。他のプラスチック加工に比べ、プラスチック射出成形は製作に長い時間がかかります。

一度に複数のプラスチック部品を作れる金型が欲しい場合は、さらに時間がかかるかもしれない。この場合 型⁷金型メーカーは、多数個取り金型を作ろうとする前に、1個取り金型を設計、製作、テストすることができる。もちろん、多数個取り金型も設計、試作、製作、テストの段階を経なければならない。

しかし、一旦計画と加工を行えば、プラスチック射出成形金型はその寿命の間に何百万もの部品を作ることができる。プラスチック部品の生産規模は、初期費用や時間のロスを上回ることが多い。

曲げられない素材

ソフトウェア・エンジニアがいつでも変更できるコンピュータ設計ファイルから物理的な部品を作るCNC機械加工とは異なり、プラスチック金型は通常スチール製であるため、機械加工後に大きな変更を加えることは難しい。

プラスチック金型を変えるには2つの方法がある。ひとつは、金型の一部を削って金型キャビティを大きくする方法だ。これにより、部品にプラスチックが追加される。部品からプラスチックを取り除くのは難しい。キャビティに金属を溶接できる場合もあるが、できない場合もあり、新しいキャビティやまったく新しい金型が必要になる。つまり、設計段階に戻らなければならないのです。

サイズ制限

大きなプラスチック部品を作る必要がある場合、射出成形には限界がある。ボートの外板を作るのに十分な大きさの射出成形機はあるが、私がここで話している成形シナリオは、3ポンド以下の小さな部品のためのものだ。より大きな部品が必要な場合、リードタイムとコストは飛躍的に上昇する可能性がある。

高いコスト

射出成形は高精度の製造技術であり、製品の品質と安定性を確保するために多くの資金を必要とする。射出成形の生産には、多くの設備、工程、人的資源が必要であり、その結果、生産コストが高くなる。さらに、射出成形工程では高品質の原材料や添加物を使用する必要があるため、コストはさらに上昇する。

小ロットの部品は高くつく。金型は複雑だし、次の部品を作る前に機械を掃除しなければならない。だから、セットアップに時間がかかる。そのため、射出成形金型は従来、小ロット部品には高価すぎると考えられてきた。

高い設備要件

射出成形には、射出成形機、金型、自動搬送設備、関連補助設備など多くの設備が必要である。これらの設備は厳格なメンテナンスと管理が必要で、一旦故障が発生すると、修理費用が比較的高くなる。その上、射出成形は高精度の温度制御システムと圧力制御システムも必要で、設備は非常に安定で信頼できる必要がある。

長い生産サイクル

3Dプリンティングのようなラピッドプロトタイピング手法と比較すると、射出成形は通常、セットアップと開始までに時間がかかります。これには、金型の設計と製作、金型トライアルの実施、プロセスパラメーターの調整などが含まれます。そのため、コンセプトから完成部品までの時間は、より高速なプロトタイピング手法よりも長くなる可能性があります。

射出成形の生産サイクルは比較的長く、一般的に数日から数週間かかる。これは主に射出成形が金型製作、金型トライ、バッチ生産などの複数のリンクを必要とし、各リンクに長い時間がかかるためです。このため、射出成形は急な注文に対応しにくい。

完成品の欠陥

射出成形技術は開発され、応用されているが、完成品にはまだいくつかの欠陥がある。例えば、気泡、収縮穴、未実物の部分などが発生することがあり、製品の品質と外観に深刻な影響を与える。

環境汚染

射出成形で物を作っていると、耐薬品性プラスチック、プラスチック廃棄物、廃ガス、廃水など、世の中をめちゃくちゃにするような悪いものも作ってしまうかもしれない。さらに、射出成形には多くのエネルギーと材料が必要で、未使用のプラスチックや廃棄プラスチックが大量に出ます。

結論

結論として、プラスチック射出成形は一般的な製造工程であるが、射出成形は時に人件費が安く、低コストであるが、明らかな欠点もある。

これらの欠点には、効率の低さ、初期コストの高さ、不可逆的な射出成形プロセス、スクラップ率の高さなどがある。このプロセスを使用する間、企業はこれらの問題をよりよく解決し、生産効率と経済的利益を向上させるために、これらの問題を認識する必要があります。