3Dプリンターは射出成形に取って代わるのか？

序文 3Dプリントは射出成形を置き換えるか？ | ZetarMold 射出成形金型ing?Maybe not anytime soon, but 3D printing has a lot of advantages over injection molding, which makes it great for a lot of prototyping and industrial applications. 3D printing is an additive manufacturing (AM) technology that builds parts one layer at a time. It has a lot of unique advantages over injection molding, including faster production times and a distributed supply chain.

多くの用途で、3Dプリンティングは射出成形よりも早く、従来の製造と同等かそれ以上の精度で、より費用対効果が高く持続可能な材料を使用して部品を製造することができます。

That being said, the question of whether 3D printing will replace injection molding has been around since the beginning of additive manufacturing. 3Dプリンティングが射出成形にすぐに完全に取って代わることはないかもしれないが、多くの用途ですでにこれらの工程を凌駕しているということ以外に、この質問に対する短い答えはない。

なぜ3Dプリンティングが製造に有用なのか、あるいは最適なのかを理解することは、設計者が製品を開発したり製造工程を選択したりする際に、より適切な判断を下すのに役立ちます。この記事では、3Dプリントと射出成形の概念的なメリットとデメリット、適用分野、両者の違いについて紹介する。

3Dプリンティング

何s 3Dプリnティン？

アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）とも呼ばれる3Dプリンティングは、材料を層ごとに加えることで3次元物体を造形するプロセスである。材料はプラスチック、金属、セラミックなどがある。複雑なデザインを素早く正確に作る方法だ。

3Dプリントの仕組み

このプロセスの主なステップは以下の通り：

デジタルデザイン： このプロセスは、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して作成されたデジタル3Dモデルから始まる。このデジタルファイルには、印刷する対象物の形状や仕様が記述されています。

モデルスライス： 特殊なソフトウェアを使用して、デジタルモデルを水平方向に薄く分割すること。これらのレイヤーは完成品のスライスに相当する。

材料の準備： プラスチック、金属、セラミックなど、お好みの材料でプリントできます。材料は通常、3Dプリンタのタイプに応じて、フィラメント、粉末、または液体樹脂として提供されます。

オブジェクトを印刷する： 3Dプリンターは、デジタルモデルのスライスされたレイヤーを受け取り、印刷を開始します。プリンターは、各スライスの指示に基づいて、レイヤーごとに印刷または接合します。

層間接着： これらの層がくっつくことで、固体の物体が形成される。プラスチックフィラメントを溶かそうが、UV光で液体樹脂を固めようが、レーザーで金属粉末を熱焼結させようが、あらゆるタイプの3Dプリンティングは、層を結合させることが仕事です。

オブジェクトを構築する： レイヤーを重ねるにつれて、オブジェクトは徐々に立体的になっていく。オブジェクト全体が完成するまで、レイヤーを追加し続ける。

後処理（オプション）： 後処理作業は、使用される3Dプリント技術の種類や使用される材料によって異なります。これには、特定の表面品質基準を満たすために、サポートのトリミング、サンディング、研磨、仕上げの追加レイヤーの適用が含まれる場合があります。

3Dプリンティングの利点とは？

ラピッドプロトタイピング： 従来の製造技術では、金型や工具の加工など、時間と手間のかかる工程が必要だったためです。また、デザイナーやエンジニアは、3Dプリンターを使ったラピッドプロトタイピングによって、より早くコンセプトを検討することができます。これにより、開発プロセス全体が短縮されます。

カスタマイズ： 3Dプリントされたオブジェクトのカスタマイズ可能な性質は、多くの分野で有用である。例えば、医療分野では、個々の患者に合わせて独自のインプラントをカスタマイズすることができる。この技術は、特殊な設計ニーズにも対応でき、消費者向けのパーソナライズされた製品の開発にも利用できる。

材料の無駄を省く： 大きな部品から生の塊に材料を切り出す減法的プロセスとは異なり、3Dプリンティングは対象物を1つ1つ切り分けます。このプロセスでは廃棄物が最小限に抑えられるため、特に成形部品が複雑な場合、廃棄物が多くなる他の方法に代わる環境に優しい方法となります。

小ロット生産に適している： また、製造工程は自動化される傾向にあるため、小ロット生産には不向きで、金型や工具の設置に高いコストがかかる。このようなツールは小規模では経済的に実現不可能だが、3Dプリンティングは必要なパーツをごく少量、あるいは一度に生産することができる。これはニッチ市場やカスタマイズ製品に適している。

3Dプリンティングの限界とは？

材料の制限： しかし、印刷可能な材料の範囲が拡大し続ける一方で、機械から自動的に得ることが困難な特定の特性を持つ材料を必要とする業界も依然として存在する。

レイヤーの解像度の制限： 3Dプリントされた物体は1度に1層ずつ造られるため、異なる色の線が見えることがあります。レイヤーの解像度を高くすれば、この問題を解決できますが、印刷にかかる時間とコストも増加します。

生産速度： 3Dプリンティングはラピッドプロトタイピングには最適だが、実用的な大量生産には、そのスピードが他の技術に比べて不利になることがある。成型蓋を作る。これは、大量バッチ生産には時間効率がよい。

3Dプリンティングでよく使われる産業は？

製造とプロトタイピング： 3Dプリントは、素早く効率的にプロトタイプを作るのに適している。3Dプリントを使えば、企業は大金をかけてたくさんの試作品を作る前に、デザインを試し、うまくいくかどうかを確認することができる。これにより、コストを削減し、物事をより早く完了させることができます。

航空宇宙 航空宇宙産業では、複雑な軽量パーツを作るために3Dプリンティングが多用されている。また、燃料ノズルや飛行機を固定するものなど、より軽量で複雑な部品を作ることもできます。

ヘルスケアI医療分野では、3Dプリンターを使って医療機器や身体のパーツを作っている。人の体にぴったり合うものを作ることができるので、よりうまく機能する。また、実際に手術をする前に、人の体の模型を作って手術の練習をすることもできる。

自動車： 自動車業界では、3Dプリンターを使って新しい車のデザインや部品を作っている。より軽く、より優れた特別な部品も作れるので、クルマはより良く機能する。3Dプリンターでエンジンの部品を作っている会社もある。

歯科： 3Dプリンターは歯科医療にも革命をもたらし、高精度の歯科修復物（クラウンやブリッジ）や義歯の製作を可能にした。また、歯科外科手術や治療計画のための具体的なモデルの作成も容易になりました。

射出成形

射出成形とは？

射出成形は、主にプラスチック部品の製造に用いられるプラスチック製造プロセスである。

この工程では、まずプラスチックペレットを加熱して溶かし、次に高圧で金型に注入し、金型内で冷却して固化させ、最後に金型を開いて成形されたプラスチック製品を取り出す。

射出成形は、ペットボトルのキャップや玩具、椅子などの日用品など、幅広い用途がある。大規模な大量生産に適しているだけでなく、複雑な形状や多様な機能を持つプラスチック製品を作ることができる。

射出成形の利点とは？

生産効率が非常に高い： 射出成形工程は、自動化と数値制御の面で大きな進歩を遂げ、加工工程全体が高度に自動化され、効率が大幅に向上した。

射出成形機は、金型を交換するために機械を停止することなく、あらかじめ設定された手順に従って連続的に生産することができ、作業員の介入や人的ミスを減らし、それによって生産効率を向上させます。

超高成形精度： 射出成形工程は、先進的なCNC設備と高精度金型を使用し、高精度な成形を実現する。同時に、射出時間や圧力などのパラメータを細かく制御できるため、製品の寸法精度と一貫性を確保することができます。

万能だ： 射出成形は、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、ゴム、ダイカスト金型、金属粉末など、さまざまな材料の製造に使用できます。適応性が高く、汎用性が高い。

無駄が少ない： 射出成形では、生産にさまざまなリサイクル材料を使用できるため、廃棄されるプラスチックを再利用し、材料の無駄を省き、環境汚染を減らすことができる。

射出成形プロセスの欠点とは？

高価な設備と金型費用： 射出成形は、高精度の金型と高度な射出成形機が必要であり、高価である。そのため、設備や金型のコストが高く、中小企業や個人には向いていない。

厳格なプロセス要件： 射出成形は、原材料、金型、環境などに厳しい要求がある。工程を間違えたり、要求事項を満たさなかったりすると、製品の品質問題を引き起こしやすくなる。

多くの資本と技術サポートが必要： 射出成形を行うには、専門の技術者と高度に自動化された設備が必要であり、企業はそれを支える十分な資金と技術を持つ必要がある。

メンテナンスの課題 射出成形機も金型も、定期的な保守点検が必要である。設備や金型が高速で稼働していると、故障や破損が起こりやすくなる。メンテナンスが難しいということは、メンテナンスコストも高くなるということでもある。

射出成形プロセスでよく使われる産業は？

射出成形は、様々な分野で広く使われているプラスチック加工方法で、様々な種類やサイズのプラスチック部品を加工することができます。以下に、射出成形法がプラスチック部品の加工によく使われる主な分野をご紹介します。

電子機器と電化製品： 射出成形は、電子機器のハウジング、コネクター、ケーブル、その他のプラスチック部品の製造に使用されます。これには、携帯電話ケース、ソケット、ワイヤー絶縁体、電子回路基板用ホルダーなどが含まれる。

自動車および輸送分野： 自動車産業では、インストルメントパネル、ヘッドライトレンズ、内装部品、エンジン部品、ボディ部品、各種パイプや接続部などの自動車部品を製造するために、射出成形プロセスが広く使用されている。

医療機器産業： 医療機器業界では、射出成形技術は医療機器、医療用注射器、輸液バッグ、医療機器シェルなどの製造に使用されている。

住宅・家電業界： 家庭や家電製品業界では、射出成形プロセスは椅子、テーブル、テレビのリモコン、電気製品のシェル、蛇口、バスルームアクセサリーなどの製造に使用されている。

消費財産業： 射出成形は、ペットボトル、玩具、靴底、食器、包装容器など、さまざまな消費財の生産に広く使用されている。

航空宇宙産業： 航空宇宙産業では、射出成形はシート、シェル、ダクト、飛行機の内装など、飛行機や宇宙船の部品の製造に使用されている。

3Dプリンティングと射出成形の違いは？

生産モード

射出成形は、伝統的な大量生産、大規模生産には依然として最良の選択である。射出成形金型がある限り、標準化された製品を低コストで大規模に生産することができる。

3Dプリンティングは、パーソナライズされた多様な製品を製造するのに適している。従来の工具、固定具、工作機械、金型を必要としない。3Dプリンターは、コンピューター上のあらゆる形状を、自動的に、素早く、直接、比較的正確に、物理的なモデルに変換することができる。3Dプリンターのサイズが大きいおかげで、複雑で非固形物であればあるほど、より速く加工され、原材料費が節約される。

製造コストだけを見れば、このようなコストになる。 射出成形 は3Dプリント技術よりはるかに低い。しかし、工業製品製造の場合、3Dプリンティングの本当のコスト削減は、プロトタイプを修正することにある。

原型を修正する場合は、CADモデルを修正するだけでよく、製造コストはかからない。注意しなければならないのは、射出成形の場合、原型が鋼鉄製の金型であればコストは比較的低いが、アルミニウム合金製の成形工具を使用すると、コストはかなり高くなる。

しかし、射出成形のプロトタイピングのためのソフトウェアがますます増えてきており、コスト面では3Dプリンティングの優位性はすぐに失われる可能性があることは注目に値する。

生産量

生産量ではどちらが優勢か？スピードが生産量を左右することは周知の通りだ。従来のプロセスと比べると、プラスチック3Dプリントのスピードはまだ遅い。大規模な製造には、射出成形が現在でも最良の選択である。

3Dプリンティング技術を応用した大規模な生産ラインでも、一般的にこの技術は金型の製造と製品のテストにしか使用されていないことに留意すべきである。核となる工程は積層造形ではない。この観点からは、射出成形が優位に立っている。

製造コスト

射出成形の原材料は幅広く入手可能であるため、その大規模、迅速、標準化された生産特性は、単一の製品のコストを削減することにも資する。そのため、製造コストの面では、射出成形のコストは3Dプリンティング技術よりもはるかに低い。

しかし、工業製品製造の場合、3Dプリントの本当のコスト削減効果は、試作品の修正にある。プロトタイプを修正するには、CADモデルを修正するだけでよく、製造コストはかからない。

射出成形の場合、原型が鋼鉄の金型であれば、改造コストは比較的低いが、アルミ合金の成形工具を使用すると、コストはかなり高くなる。これは、現在金型設計に従事している多くの企業や個人が、金型設計と印刷のためにChuangxiang 3Dプリンターを選択する理由でもあります。

製造品質

もうひとつは、3Dプリンターで作れる部品の品質には限界があるということだ。ここでは従来の製造工程が勝っている。3Dプリント素材の種類は広がっているように見えるとはいえ、射出成形に比べればまだほんの一滴に過ぎない。そのため、3Dプリント素材が最終製品と異なる場合、形状周辺のテストしかできず、物理的な性能テストにはまったく役立たない。

もうひとつは表面仕上げだ。3Dプリントパーツの品質はプリンターの性能に大きく左右されるとはいえ、磨き上げられた鋼鉄の射出成形金型には遠く及ばない。最後は製品の耐久性だ。3Dプリント部品も射出成形部品に少し遅れをとっている。

適用分野

現在、射出成形プロセスは、均一な形状の製品を大量生産することができるため、規格化された製品の大量生産に非常に適している。

3Dプリンターは、制御端末を通じて立体画像を入力するだけで、原材料を物理的なモデルに印刷したり、部品や金型を直接製造したりすることができ、製品開発サイクルを効果的に短縮することができる。3Dプリンターは、メーカー、建築設計、金型設計などの分野で広く使われている。

しかし、射出成形のプロトタイピングのためのソフトウェアがますます増えてきており、コスト面では3Dプリンティングの優位性はすぐに失われる可能性があることは注目に値する。

結論

つまり、3Dプリンティングは、迅速なプロトタイピング、カスタマイズ、材料の無駄の削減、小ロット生産に適しているなど、多くの利点がある。しかし、製造において射出成形に完全に取って代わることはないだろう。 射出成形 は、生産効率が高く、成形精度が高く、汎用性が高く、廃棄物が少ないという点で大きな利点がある。

さらに、デジタル設計ツールや自動化の統合など、射出成形技術の進歩は、その効率性と柔軟性を高め続けている。3Dプリンティングは今後も特定の用途や産業で重要な役割を果たすだろうが、2つの製造プロセスは共存し、それぞれの強みが最も有益となる場所で使用されることになるだろう。