はじめに3Dプリンティングは素晴らしいものですが、すぐに従来の射出成形に取って代わるものではありません。どちらにも長所と短所があり、異なる分野ではお互いを凌駕することができます。

3Dプリンティングは小ロットやプロトタイピングには適しているが、次のような問題がある。 射出成形プロセス この記事では、3Dプリンティングが射出成形に取って代わらない理由について述べる。

3Dプリンティングとは？

3Dプリンティングは積層造形であり、最初の材料が層ごとに積み重ねられていく。3Dプリンティングは、仮想のコンピューター・デザインを読み取り、材料、フィラメント、または粉末を使用して造形を再現することから、3次元の物体を作成する。

射出成形とは？

射出成形は、プラスチックで物を作る方法である。プラスチック材料を溶けるまで加熱する。その後、溶けたプラスチックを高圧で金型に押し込む。プラスチックが冷えた後、金型が開けられ、部品が取り出される。

射出成形プロセスでは、正しい金型材料を選択することが、スチール金型の耐久性と生産効率にとって極めて重要である。

射出成形と3Dプリンティングのコスト比較は？

製造プロジェクトの総コストは、製品が成功するかどうかを決定するため、大きな問題である。総コストは、セットアップ・コスト、ツーリング・コスト、人件費など、いくつかの異なるものによって変わってきます。

ここでは、射出成形と3Dプリントのコストの違いと、それぞれの内訳を紹介する。

初期設定費用

射出成形は、設備や金型の設計・製造が高くなるため、初期費用が高くなります。例えば、小さなサイズ（10×10cm）の金型でも、$5000～$10000かかる場合がある。しかし、金型は長期間使用できる。

しかし、3Dプリントはプリンター代とプロジェクトを始めるのに必要な材料費だけで済む。また、小型のデスクトップ3Dプリンターから大型の工業用3Dプリンターまで、あらゆるサイズのプリンターがあるため、スペースの面でも融通が利く。

加工費

先ほども述べたように、射出成形の金型コストは、当初は全体のコストに大きく上乗せされますが、パーツの数が増えるにつれてコストは下がっていきます。3Dプリンターなら、金型コストも前もって抑えることができます。

また 射出成形 には、コントロール・ユニットや部品除去システムなど、金型のコストを押し上げる小さなものも含まれる。

材料費

まず、射出成形のプロジェクトでは、一般的に大量に材料を購入するのが良いため、メーカーは材料を大量に購入することが多い。つまり、経費の節約になる。また、成形は、製品の性能を損なうことなく、比較的低品位の材料を扱うことができる。

しかしSLSでは、ビルドチャンバーに粉末を充填します。粉末を再利用することもできますが、効率が悪く、コストも高くなります。さらに、用途によっては、求める性能を得るために特殊な特性（高強度、柔軟性、熱安定性など）を持つ材料が必要になります。そのような材料は、射出成形に使われる標準的なプラスチックよりもコストがかかる。

人件費

最後に、全体的なコスト効率に影響するため、3Dプリンティングと射出成形では人件費が異なる。3Dプリンティングの高度な自動化により、小ロット、複雑な部品、カスタマイズされた部品の人件費が削減される。人間が介入する必要があるのは、セットアップ、モニタリング、後処理のみである。

射出成形も自動化された高度な製造プロセスだが、金型の設計やメンテナンスが複雑なため、3Dプリンターよりも人件費が高くなる。

射出成形と3Dプリンティングの主な違いは？

ボリューム

射出成形では金型が大きな意味を持つ。金型を設計し、作らなければならない。そのため、射出成形は試作や小ロット生産にはあまり向いていない。一方、3Dプリンティングでは、そのような金型製作の手間はない。3Dプリント可能なデザインとフィラメントがあれば、機械は何もすることなく、あなたのデザインを現実のものにすることができる。

ですから、3Dプリンティングは、他の技術では不可能な複雑さを必要としない限り、何千回も試作するのに適しています。もうひとつクールなことは、3Dプリント射出成形金型がプラスチック成形に人気があることだ。しかし、射出成形は中規模から大規模の生産では非常に安価です。一度金型を作れば、数百万サイクルの成形が可能です。

デザインの複雑さとカスタマイズ

特に射出成形と3Dプリントを比較した場合、複雑さに関しては3Dプリントに軍配が上がる。3Dプリンティングは、鋭角なコーナーやアンダーカット、その他の複雑な形状にも対応できます。一方、射出成形は、直線的な抜き勾配のような複雑な形状や、鋭角部での材料の流れなど、いくつかの制限があります。

また、数千個のパーツを作る場合にも、同じ理由で3Dプリントの方がカスタムパーツや製品に適しています。

部品サイズ

まず、射出成形は小型の電子筐体から大型の自動車バンパーまで、幅広いサイズに柔軟に対応できる。しかし、対応する射出成形機と金型（型）を使用しなければならない。例えば、大型の射出成形機では、長さ1.5メートル以上の部品を成形することができる。

通常、3Dプリンターは小さな部品や製品に向いている。しかし、最近の技術革新により、3Dプリント製品や部品のサイズ（300mm×300mm×400mm以上）が拡大しています。

部品公差

3Dプリントは射出成形よりも公差が厳しい。射出成形プラスチック部品の場合、公差は±0.05mmから±0.50mmです。一方、0.127Dプリント部品の公差は±3mmと厳しい。

また、公差は材料の種類、技術、工具、設備、製造経験によって異なる。

納期

射出成形用金型を作るのは精密で時間のかかる作業で、数週間から数カ月かかることもある。3Dプリンターや他のタイプの射出成形用金型を使えば、時間をかけずに済む。金型の準備が整えば、射出成形は非常に効率的になり、長い納期を短縮できる。

一方、3Dプリンティングでは、最初の生産にかかる時間を短縮することができます。金型のような金型が不要で、初期設定にかかる時間が大幅に短縮されるからだ。

強さ

3Dプリント部品と射出成形部品の強度の違いは、その製造方法に起因する。まず、3Dプリント部品の強度はどの程度か。3Dプリントされた部品は層を積み重ねて作られるため、力の横方向には弱く、剛性も低くなります。

その反面、成形部品は1回の注入で作られる。そのため、強度が増します。プラスチック成形の熱と圧力が気泡を取り除き、材料がすべて一緒に溶けていることを確認します。

つまり、射出成形は3Dプリントよりも強くて硬い部品を作ることができるのです。最終的な強度は、どのような原材料を使うかにも左右されるからだ。

表面仕上げ

では、パーツの外観を比べてみよう。溶けた材料が圧力と熱によって金型の形に押し込まれ、冷えて固まると表面は滑らかになる。しかし、それは金型の壁がどれだけ滑らかであるかにもよる。

一方、3Dプリントされた物体には、目に見える材料層の線があるかもしれない。3Dプリントされたプラスチック製品の粗さ（Ra）は、通常1.6～25μmである。一方、成形部品の場合は0.1～0.2μmである。

廃棄物

射出成形では材料の無駄が発生する。ゲートやランナー、スプルー、フラッシュで発生します。しかし、それは次のサイクルで取り戻すことができます。

一方、3Dプリンティングは非常に材料効率が高い。どんな材料も無駄にしない（構造的な支柱に使う場合を除く）。

射出成形の利点と欠点とは？

射出成形の利点とは？

生産性が高く、特に大量生産では単価が安い。射出成形は、ロットごとに正確な部品を作ることができます。複雑な形状やアンダーカットを扱う金型を作ることができます。自動車のドアハンドルから医療用注射器まで、あらゆるものに使用できます。

材料本来の機械的特性を維持するか、より良いものにします。金型から出てきた部品は見た目が良いので、その後あまり手を加える必要はありません。

射出成形の欠点とは？

第一の欠点は、成形設備や射出成形金型に大きな先行投資がかかることだ。抜き勾配や材料の流れなどの設計上の制約から、複雑な部品形状が制限される。小ロットでは単価が高すぎる。プラスチック廃棄物は、持続可能性の問題や環境への懸念を引き起こす。

3Dプリントの長所と短所とは？

3Dプリンティングの利点とは？

セットアップや金型への初期投資が少ないため、少量生産では費用対効果が高い。よりも複雑な形状を作ることができる。 射出成形また、デザインの変更にも素早く対応できる。

3Dプリンターは、設計の反復や製品開発のためのプロトタイプを迅速に作成することができます。3Dプリンティングによって、高度にカスタマイズされた部品を実現できる。アディティブ・プロセスであるため、サブトラクティブ・テクノロジーよりも廃棄物が少ない。

3Dプリンティングのデメリットとは？

大量生産のための3Dプリンティングは、一般的に射出成形よりも時間がかかる。しかし、設計の複雑さが成形に適合しない場合には、効果的である。部品サイズはベッドサイズとプリンターの能力によって制限される。プリントされた表面には、しばしば層線が見られる。そのため、滑らかな表面を得るためには、追加の仕上げ工程が必要になる場合がある。

どう選ぶ？射出成形か3Dプリンティングか？

射出成形と3Dプリンティングのどちらを生産用に選ぶかについては、考慮すべき重要な要素がいくつかある。

パートバッチ

必要な部品の数は、どの工程を使うかを決める大きな要因です。射出成形は、たくさんの部品（1回の生産で1000個以上）を作るのに適しています。必要な部品の数が少ない（10個以下）場合は、3Dプリントの方が安価で簡単です。

FDMやSLSのようなシンプルな3Dプリントプロセスで、ABS、PC、ナイロンのような安価なプラスチックを使用し、1つのパーツまたはいくつかのパーツ（同じものとそうでないもの）を作るのであれば、3Dプリントは間違いなく良い方法です。MJFも中量（10～1000個）を作るには良い選択肢で、非常に一般的です。

結論として、もしあなたが多くの部品を作っているのなら、 射出成形 がおすすめです。数個の部品を作るのであれば、3Dプリンターがおすすめです。

デザインの複雑さ

射出成形で部品を作るには、まず金型を作らなければならない。部品の金型を作るのではなく、部品設計の金型を作るのです。射出成形用のCADモデルを設計するのは簡単ではありません。

例えば、パーツのデザインに直角があると、金型からパーツを取り出すのが難しくなります。デリケートな部分がある場合は、細心の注意が必要です。しかし、複雑なものを作りたいのであれば、3Dプリンティングが適しています。どんなに複雑なデザインでも、3Dプリンターならほとんど手間をかけずにできます。

結論として、あなたのデザインが射出成形できることを確認してください。できない場合は変更する。もし可能であれば、3Dプリンティングについて考えましょう。

反復時間

射出成形では、デザインを分析して完璧な金型を作る必要があるため、長い時間がかかります（10～20日）。3Dプリントは射出成形よりはるかにリードタイムが短い。Xometryでは最短3日で3Dプリントパーツを手に入れることができます。

結論として、すぐに部品が必要な場合は、3Dプリントを使うこと。

カスタマイズ

射出成形用の金型を一度作ってしまうと、それを変更するには費用も時間もかかります。射出成形は、パーツのカスタマイズや既存のデザインの変更には向いていません。金型から取り出したものが最終的な部品であり、それを変更するのは非常に難しい。

一方、3Dプリントはパーツをカスタマイズするのに適している。必要なのは、修正またはカスタマイズしたCADファイルだけです。ですから、試作品やテスト部品に最適です。

結論として、プロトタイプを作ったり、何かをカスタマイズしたいのであれば、3Dプリントを使うべきだ。

素材強度

射出成型部品は一体成型であるため、継ぎ目や弱点がなく強度が高い。3Dプリント部品は層ごとに作られるため、弱くなります。3Dプリント部品には、射出成形部品では通常見られない、目に見える線や構造上の欠陥があります。

結論として、何か強いものが必要な場合は、プラスチック射出成形で行く。

表面仕上げ

3Dプリントされたレイヤーは小さく密着しているにもかかわらず、レイヤーが見えてしまう。これは、レイヤーがどんなに細かくても、完成した物体の表面がでこぼこしていることを意味する。これは、他のものとこすれ合うもの、例えば触れて動く機械部品などを作りたい場合に問題となる。プリントした後に表面を滑らかにしなければならず、余計な手間がかかる。

対照的に、金型にプラスチックを注入する場合、プラスチックは滑らかな表面を持つ単一の層として入ります。金型のラインや層について心配する必要はありません。さらに、射出成形部品は作った後に平滑にすることができます。

結論きれいな表面仕上げを望むなら、射出成形を選ぶこと。

マテリアル ロス

射出成形は、それぞれのデザインに必要な材料だけを使うので効率的です。そのため、無駄を気にすることなく大量生産するのに適している。一方、一部の3Dプリント技術では、支持構造を構築する際に材料が失われ、材料粉を再利用できたとしても、うまく機能しなくなるまでに数回しか再利用できない。

結論：3Dプリントは、失敗したプリントをポストプロダクションで取り除かなければならないサポート構造のような無駄をあまり生み出さないが、1点ものや小ロットの製造に使用する場合、無駄はそれほど大きな問題にはならない。ですから、大きなカスタムバッチを作る場合は、材料の無駄を心配する必要がない射出成形を考えた方がいいかもしれません。

結論

どちらの製法もプラスチック製品を作るのには適しているが、得意とするものが違う。 射出成形 は、小さな部品から大きな部品まで、複雑な部品をたくさん作るのに適している。3Dプリンティングは、複雑な少数の部品を作るのに適している。ですから、3Dプリンティングは従来の射出成形に取って代わるものではありません。