射出成形の限界とは？

はじめに射出成形は超クールなモノづくりの方法だ。射出成形は長い間使われてきたが、そのおかげで物作りが格段に速くなった。多くのものを作る場合、早く簡単に作ることが重要だ。その方が安く作れるし、より多くのものを作れるし、より良いものを作れるし、より多くのものを売ることができるからだ。

射出成形プロジェクトでは、溶融プラスチックを冷却ラインを通して急速に冷却し、大量生産に適した成形材料を形成する。射出成形には多くの利点がありますが、射出成形の欠点は何でしょうか？今回はこの問題について説明します。

射出成形とは？

射出成形は、溶かしたものを型に流し込む製造工程だ。それから冷やして固める。その後、型から取り出します。この工程は1つのものを作るのに使うこともできますが、通常は同じものをたくさん作るのに使います。型に流し込むものは、たいていプラスチックかゴムです。

射出成形の仕組み

射出成形は、専用の射出成形機を使って行われる。製造工程は以下のステップに分けられる：

型を作る

射出成形の最初のステップは、射出成形金型を作ることです。コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して、部品の3Dモデルに基づいて、作りたい部品の射出成形金型を設計するために、いくつかの射出成形ガイドラインに従ってください。次に、通常はコンピュータ数値制御（CNC）機械加工を使用して、2つの部分に金型を作成します。金型は金属製で、通常はスチールかアルミニウムである。

注射

金型は射出成形機のクランプユニットに入れられ、クランプユニットによってしっかりと固定される。原料は顆粒またはペレットとしてバレルに入れられ、高温高圧で溶融するまで加熱される。溶けた原料は金型のキャビティに射出され、金型の空間全体を満たす。その後冷えて固まり、金型の形になる。

脱型と仕上げ

材料が冷えて固まったら、クランプ装置を使って金型を開き、固まった完成品を押し出す。出来上がった部品には、いくつかの仕上げ加工が施される。これらの作業には、余分な材料や支持構造の除去、表面の平滑化、必要に応じて塗装、メッキ、熱処理などが含まれる。

射出成形によく使われる材料とは？

ポリプロピレン（PP）

PP（ポリプロピレン）は、射出成形に使用される多目的の熱可塑性プラスチックです。軽量で耐薬品性に優れ、応力にも耐えます。そのため、包装、容器、自動車部品などの製造に最適です。

ポリエチレン（PE）

ポリエチレン（PE）は、柔軟性と低価格で知られる軽量プラスチックである。HDPEやLDPEなどの種類があり、包装や容器から農産物や玩具まで、さまざまな産業で使用されている。

ポリスチレン（PS）

ポリスチレン（PS）は透明で硬く、安価である。成形が簡単でコストがかからないため、包装、食品容器、使い捨てのカトラリーなど、使い捨てのものに多く使われている。

ナイロン（PA 6）

ナイロン、特にナイロン6またはPA6は、強く、丈夫で、摩耗に強いことで知られています。機械部品の製造に最適で、ギアやベアリングなど、高生産性、長寿命、高精度を必要とする部品に多く使用されています。

ポリカーボネート（PC）

PC（ポリカーボネート）は、透けにくく、丈夫で、高熱に耐えることで知られています。そのため、眼鏡レンズやコンピューター部品、壊れない透明なものなど、さまざまな産業で使用されている。

射出成形の限界とは？

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。特定の部品形状に合うように金型を設計・製作するには、特に複雑で派手なデザインの場合、非常に高額になる可能性があります。生産量が少なかったり、予算が限られていたりする企業にとっては、この初期投資が破格になることもある。

射出成形は精密な製造技術であり、製品の品質と一貫性を確保するために高いコストを必要とする。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、射出成形の工程では、高品質の原材料や添加物を使用する必要があり、これがさらにコストを上昇させる。

設計上の制限

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非常に汎用性の高いものですが、それでも考えなければならないことがいくつかあります。鋭利な角、薄い壁、深い溝などの形状によっては、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。

射出成形用のパーツを設計する場合、金型がうまく機能し、パーツがうまく仕上がるように、抜き勾配の角度や肉厚など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、部品をうまく機能させるために余分なことをしなければならない。

完成品の目に見える欠陥

この工程は非常に正確ですが、完成品には射出成形工程で残った小さな欠陥が残ることがあります。このような欠陥は部品の機能性には影響しませんのでご注意ください。欠陥には、歪み、ノズル垂れ、ヒケ、フローマーク、ウェルドマークなどがあります。

より高いコスト

射出成形には、射出成形機、金型、自動搬送装置、関連補助装置など多くの設備が必要である。これらの設備は厳重な保守・管理が必要であり、一旦故障が発生すると修理費用が比較的高額になる。

射出成形には高精度の温度制御システムや圧力制御システムも必要で、設備には高い安定性と信頼性が求められる。

射出成形のセットアップコストは高い。必要な設備や工具は非常に高価である。金型の試作品も繰り返し製造し、テストする必要がある。さらに、生産工程での追加コストを避けるため、金型の設計には経験豊富な技術者が必要とされる。

長い生産サイクル

プラスチック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、量産といった複数のリンクを必要とし、それぞれのリンクに長い時間がかかるためである。このため、射出成形の生産サイクルは、急ぎの注文を処理するのに適していない。

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に比べ、プラスチック射出成形は通常、セットアップと開始までに時間がかかります。このプロセスには、金型の設計と製作、金型トライアルの実施、大量にパーツを作り始める前の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、より迅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。

環境汚染

射出成形で物を作ると、悪い物も作れる。未使用のプラスチックや廃プラスチックが発生し、ガスや水を作ることができる。また、射出成形で物を作るには多くのエネルギーが必要で、これも世界にとって悪いことです。

材料の限界

射出成形の材料は通常、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの熱可塑性プラスチックである。これらの材料は、特定の化学的および物理的特性を持っているので、その具体的な性能にも限界があります。

射出成形では、材料の流動性やメルトインデックスを考慮する必要があるため、高温性能や耐薬品腐食性の要求が高い材料など、射出成形に適さない特殊な材料もある。

サイズの制限

射出成形には、部品サイズに関していくつかの制限がある。一般的に、射出成形は小型や中型の部品に適しています。しかし、大きなパーツを作る場合は、金型がどれだけ複雑か、コストがどれだけかかるかといったことを考えなければなりません。

また、射出成形は通常300mm以下の部品が対象です。300mm以上の部品を作る場合は、他の成形方法を使わなければなりません。

射出成形は、特に大きな部品の場合、サイズに制限があります。射出成形機のサイズと金型キャビティのサイズによって、作れる最大の部品が制限されることがあります。大きすぎる部品を作ろうとすると、特別な装置や複数の金型キャビティが必要になり、より高価で複雑になります。

形状の限界

射出成形では、部品の形状に制限があります。射出成形は、円筒形や箱形などの単純な形状の部品を成形するのに最適です。複雑な形状の部品の場合、複数の射出成形と後処理工程が必要となり、コストと複雑さが増す。

結論

射出成形は、たくさんの部品を素早く作るのに最適な方法です。本当に精密で、細部まで作り込まれた部品を作ることができる。しかし、問題点もある。金型を作るのにコストがかかる。パーツを作るのに時間がかかる。

複雑すぎるパーツを作ることはできない。適切な種類のプラスチックを使い、適切なサイズの部品を作らなければならない。機械を購入し、稼働させ続けるには多くのコストがかかる。ゴミも出るし、環境にも悪い。何でもかんでもプラスチックで作ることはできない。