今日のペースの速い製造環境では、プラスチック製のプロトタイピングは、アイデアを具体的でテスト可能な製品に変えるための不可欠なステップになりました。本格的な生産に取り組む前に、企業はプロトタイプに依存して設計意図を検証し、機能を評価し、後の生産段階での費用のかかる間違いのリスクを最小限に抑えます。多くの場合、よく実行されたプラスチックプロトタイプは、概念と商業的に実行可能な製品の間の重要な橋渡しとして機能します。
では、プラスチック製のプロトタイプをどのように作成しますか?スマートデザインの決定、適切な資料、適切なものが含まれています製造方法 - この記事では、すべて段階的に分類されます。
プラスチックプロトタイピングは、プラスチック材料を使用した製品の初期の物理モデルまたはサンプルを作成するプロセスです。これらのプロトタイプは、製造業者が本格的な生産前に製品のフォーム、適合、機能、美学をテストおよび改良するのに役立ちます。このプロセスにより、エンジニアリングチームは設計の概念を検証し、潜在的な問題を特定し、ユーザーのフィードバックを収集し、製品が製造準備ができており、市場のニーズに合わせていることを確認できます。
デザインの成熟度に応じて、プロトタイプは最終製品のように見える、機能する、または非常に似ている場合があります。しかし、プロトタイプを分類する唯一の方法ではありません。以下は、それらを分類するために使用される追加の一般的な用語です。
これらのプロトタイプがより洗練されると、複数のテスト段階を経て、生産の準備ができます。これらのテスト段階は、設計の完全性、パフォーマンス、製造可能性を検証するために重要です。
一般的に使用されるテストには3つのタイプがあります。
初期の概念検証からプロダクション前のテストまでの製品開発サイクルでは、多様な目標を達成するために違いのない手法が採用されています。迅速な反復を優先する方法もあれば、最終製品の品質とパフォーマンスを再現することを目指している方法もあります。プラスチックプロトタイピングでは、4つの広く使用されている製造方法が、独自の利点と汎用性に対して際立っています。
3D印刷、または積層造形は、デジタルモデルから層ごとに材料層を追加することにより、3次元オブジェクトを構築するさまざまな手法を含む傘の用語です。これらの手法は、迅速なプロトタイピングと複数の反復をサポートし、金型やカスタムツールを必要とせずに複雑なジオメトリを生成できます。以下は、プラスチックプロトタイプを製造するための最も一般的な方法の3つです。
ウレタン鋳物としても知られる真空鋳造は、シリコン型とポリウレタン樹脂を使用して、高い表面の品質と細かい細部を備えたプラスチック部品を生産する低容量の製造方法です。このプロセスは、高品質の3Dプリントされたマスターモデルから始まります。これは、複雑なジオメトリと微妙な表面の特徴を複製できる柔軟なシリコン金型を作成するために使用されます。
この手法は、通常、設計が成熟し、一貫したプロトタイプの小さなバッチが必要な場合の後のプロトタイピング段階で使用されます。特に、機能的なプロトタイプ、プレゼンテーションモデル、およびケーシング、ハウジング、カバーなどのフィットチェックコンポーネントを作成するのに適しています。
特に、真空鋳造は、エンジニアリング検証テストのために10〜100ユニットを生産するための費用対効果の高いソリューションです。複数の同一の部品が必要な場合、特に短期レプリケーションの場合、3D印刷よりもユニットごとのコストが低いことがよくあります。さらに、シリコン型は金属型よりも安価ですが、寿命は限られており、通常は金型あたり20〜25部が生成されます。
CNC加工プラスチックコンピューター制御の工作機械を使用して、固体ブロックから材料を除去します。このプロセスは、緊密な許容範囲をサポートし、優れた再現性を提供し、細かいスレッド、アンダーカット、その他の複雑な機能など、複雑なジオメトリの作成を可能にします。
CNC加工は、多くの場合、高精度と強度を必要とする中間から副次的な段階の機能プロトタイプに使用されます。信頼できるフィット感、フォーム、および機能テストのための均一な材料特性を提供します。これは、層間の弱点に苦しむ可能性のある3D印刷のようなものではありません。また、このプロセスにより、さまざまな材料を使用することもでき、特定のニーズに最適なオプションを選択できる柔軟性が得られます。利用可能なサービスには、製粉、ターニング、ギアホブが含まれます。
射出成形は通常、プロトタイピングの最初の選択肢ではありません。なぜなら、それは長い時間がかかり、より多くの費用がかかるからです。ただし、Chiggoは、PVT(生産前の最終テスト段階であるPVT用のスチール型)を迅速かつ費用対効果的に生成できます。T1サンプル(生産ツールから生産された最初の部品)は10日間速く利用可能です。
さらに、100個以上のプラスチックプロトタイプを生産する場合、標準の金型ベースを備えたアルミニウムまたは3Dプリントされた金型を使用したクイックターンメソッドは、品質を犠牲にすることなく時間とコストの両方を削減できますが、通常は低精度を提供し、スチール型ほど耐久性がありません。
集合的に、4つのプラスチックプロトタイピング方法は、幅広いプラスチック樹脂材料をサポートしています。ただし、以下の表に示すように、各メソッドがサポートするものには違いがあります。
材料 | 3D印刷 | 真空鋳造 | CNC加工 | 射出成形 |
腹筋 | 良い | 良い | 素晴らしい | 素晴らしい |
ポリカーボネート(PC) | 公平 | 良い | 良い | 素晴らしい |
ポリプロピレン(PP) | 公平 | 公平 | 公平 | 素晴らしい |
ナイロン | 素晴らしい | 良い | 良い | 良い |
アクリル(PMMA) | 良い | 素晴らしい | 公平 | 良い |
ポリエチレン(PE) | 貧しい | 公平 | 公平 | 素晴らしい |
ポリラトン酸(PLA) | 素晴らしい | 公平 | 公平 | 公平 |
熱可塑性ポリウレタン(TPU) | 良い | 良い | 貧しい | 良い |
ポリエーテルエーテルケトン(ピーク) | 良い | 貧しい | 素晴らしい | 素晴らしい |
酢酸(POM) | 公平 | 良い | 素晴らしい | 素晴らしい |
ポリエチレンテレフタレート(PET) | 良い | 公平 | 良い | 素晴らしい |
塩化ポリビニル(PVC) | 公平 | 良い | 公平 | 素晴らしい |
それを覚えておいてください:
1.真空鋳造定格は、ベースポリマーの直接鋳造ではなく、類似のPU樹脂の実現可能性を反映しています。
2。3D印刷評価は、各材料の最も成熟した費用対効果の高い添加物プロセスに基づいています。
3.同じ素材は、メソッドに応じて異なる動作をすることができます。たとえば、CNCによって作成されたABS部分は、構造的な違いのために注入型の強度または仕上げと一致しない場合があります。
4.材料の選択と製造方法を常に現在のテストフェーズとパフォーマンスの目標に合わせてください。
次に、プラスチックのプロトタイプを構築する方法を段階的に説明し、途中で重要な考慮事項を強調します。
技術的なプロセスに入る前に、プロトタイプの目的と意図を特定することが重要です。アプリケーションは、どのタイプのプロトタイプが最も適しているかを決定します。
必要なプロトタイプのタイプを明確にしたら、2番目のステップは、プロトタイプのデジタル青写真として機能するCAD(コンピューター支援設計)モデルを作成することです。 CADモデルは、部品のジオメトリ、寸法、およびアセンブリインターフェイスを定義します。明確で適切に準備されたCADファイルは、あいまいさを減らし、生産エラーを最小限に抑え、プロトタイピングプロセスを加速できます。
製造可能性を確保するために、以下のポイントに従うことができます。
設計が完成したら、タイムライン、予算、材料のニーズ、パフォーマンス要件に合ったプロトタイピング方法を選択します。それぞれの方法は、独自の強みとトレードオフを提供します。一部の方法は急速な反復を支持しますが、他の方法は機能テストまたは生産の検証に優れています。以下の表は、あなたが決定するのに役立つさまざまな開発段階のコスト、リードタイム、および適合性に基づいて、4つの一般的なプロトタイピング方法を比較しています。
アイテム | 3D印刷 | 真空鋳造 | CNC加工 | 射出成形 |
ツーリングコスト | n/a | 低い | n/a | 高い |
単位コスト | 適度 | 高い | 高い | 低い |
数量 | 1-50 | 5-100 | 1-50 | 100以上 |
リードタイム | 数時間から数日 | 1〜2週間 | 3〜7日 | 2週間以上 |
プラスチック材料オプション | 適度 | 良い | 良い | 素晴らしい |
初期段階のプロトタイプ | 素晴らしい | 適度 | 良い | 貧しい |
美的 | 良い | 素晴らしい | 良い | 素晴らしい |
プロトタイプを形成し、適合します | 適度 | 良い | 良い | 素晴らしい |
機能プロトタイプ | 適度 | 良い | 素晴らしい | 素晴らしい |
プラスチックプロトタイピングは、設計を生産に橋渡しする重要なステップです。これは、デザインの問題を早期に特定し、リワークを最小限に抑え、高価なツーリングの変更を回避することでコストを削減するのに役立ちます。 Chiggoでは、単一のプロトタイプ、小規模なカスタマイズされた生産が必要な場合でも、本格的な製造に移行する準備ができている場合でも、カバーしています。経験豊富なエンジニアとデザイナーは、デザインを最適化し、スムーズに製造できるようにするために、お客様と緊密に協力しています。さらに、最低注文要件はありません。考えを考えていますか?今日お問い合わせくださいそして、それを生き返らせましょう!
パイプスレッドとは何ですか? パイプスレッドはネジですスレッドパイプとフィッティングを結合するために特別に設計されています。パイプをねじ込み、液体またはガスの緊密な耐圧シールを形成します。パイプスレッドには2つの基本的なタイプがあります。 テーパースレッド直径が徐々に減少し、コーンのような形状が作成されます。 パラレル(ストレート)スレッド長さに沿って一定の直径を維持します。 テーパーパイプスレッドは、漏れた接合部を達成するために特に重要です。オスとメスのテーパーの糸が締められると、それらは互いにくびれて、圧縮フィットを形成します。このテーパーウェッジは、シールと強力な機械的ホールドを作成します。ただし、適切にマシンされた金属スレッドでさえ小さなギャップがあるため、シーラント(配管工のPTFEテープやパイプドープなど)が糸に適用され、ボイドを埋め、完全に漏れない接続を確保します。 一方、パラレル(ストレート)パイプスレッドは、それ自体でシールを提供しません。彼らはくさびずにねじ込みます。通常、ストレートスレッドは、漏れを防ぐために、フランジのフラットワッシャー、Oリング、またはガスケットで密閉されています。どちらのタイプのスレッドも一般的ですが、選択はアプリケーションのシーリングニーズに依存します。たとえば、庭のホースは、ゴム製の洗濯機を備えたストレートスレッドを使用してシールしますが、スチールの配管パイプはテープでテーパー糸を使用します。 タップドリルチャートとは何ですか? タップドリルチャートは、スレッドをタップする前に使用するドリルビットを示すテーブルです。穴が大きすぎると穴を開けると、糸が浅く漏れやすくなります。ドリルが小さすぎると、タップが過度に深い糸を切るときにバインドしたり壊れたりすることさえあります。チャートに従うことで、通常は約75%である最適なスレッドエンゲージメントが得られます。これは、強度とタッピングのバランスをとります。言い換えれば、完全な糸の高さの約4分の3が形成され、タッピング中に過度のトルクなしで強力なホールドを生成します。次のセクションでは、北米の最も一般的なパイプスレッド標準NPTに焦点を当て、NPTパイプタップの包括的なタップドリルチャートを提供します。 NPT(National Pipe Taper)スレッドの理解 NPTは、ナショナルパイプテーパースレッドの略です。これは、配管、エアホース、燃料ライン、その他多くのアプリケーションのために米国およびカナダで使用される標準的なテーパーパイプスレッドです。パイプの周りにPTFE(Teflon)テープを巻き付けたり、フィッティングをラップしたことがある場合は、NPTスレッドを使用した可能性があります。これらのスレッドは1:16の比率でテーパーします。つまり、長さ16インチ(1フィートあたり約0.75インチ)ごとに直径が1インチ増加します。これは、パイプの中心線に比べて1.79°の半角に対応します。それはわずかに見えるかもしれませんが、男性のnptフィッティングが女性のポートにねじ込まれているため、スレッドがくすくると、さらに密集して干渉のフィット感が生じることを保証するのに十分です。 NPTは、標準の米国のネジと同じ60°スレッドプロファイルを使用しますが、強度を高めるために平らな紋章と根を備えています。インチあたりのスレッド(TPI)、ピッチの直径の制限、スレッドエンゲージメントの長さを含むすべての重要な寸法と公差は、ANSI/ASME B1.20.1で定義されています。パイプのサイズは、公称内径(例:½インチまたは¾インチ)で命名されていますが、その数は実際の外径を反映していません。たとえば、¾インチNPTパイプは約1.050インチのODです。さらに、BSPTやNPSなどの標準は名目サイズを共有しているが、異なるピッチまたはスレッドフォームを使用するため、名目サイズ(ODと一致するように)とTPI(スレッドピッチと一致するように)の両方を指定して、正しいタップまたはフィッティングを選択する必要があります。 NPTジオメトリの公式感覚を示すには、½インチNPTスレッドを例として使用します。14TPIと16テーパーに1つあります。スレッドフォームは、中心線から正確に1°47 '24' '(1.7899°)のコーンハーフアングルが付いた平らな60°「V」です。これは、男性と女性の両方のスレッドに等しく適用されます。フィッティングを手渡すと、約3〜4個のスレッド(「L1ゲージの長さ」)が小さなサイズで関与します。レンチを使用すると、「レンチメイク」の別の1.5〜3個のスレッドが追加され、シールが完成されます。 多くの場合、「MIP/FIP」や「MNPT/FNPT」(男性/女性の鉄パイプまたはNPT)などのショップの速記を見ると、外部スレッドと内部スレッドを区別します。関係なく、ANSIは単に外部または内部NPTを呼び出しますが、ニックネームはどちらが現場であるかを迅速に識別します。 NPTスレッドのしくみ 男性と女性の両方の糸が先細になっているため、それらを締めるとくさび効果が生じます。糸の側面は互いに絞り、機械的に強くて非常にタイトなジョイントを形成します。わずか数回転した後、適切に締められたNPTジョイントがぴったりと感じることに気付くでしょう。それがテーパーが仕事をしていることです。ただし、NPTスレッドは、それ自体で完全に漏れているわけではありません。シーラントを使用しないと、糸の間に小さなスパイラルギャップが残り、漏れがあります。そのため、インストーラーはオスの糸をPTFEテープに包むか、アセンブリ前に液体/ペーストシーラントにブラシをかけます。糸を潤滑してマイクロギャップを埋め、ガスまたは水密シールを確保します。燃料ガスまたは油圧システムでは、細断されたテープがバルブを詰まらせることができますが、技術者はしばしばペーストシーラントを好みます。 NPTスレッドのアプリケーション NPTスレッドは、日常的および産業用設定のいたるところにあります。住宅水とガス配管は、信頼できる漏れ抵抗のためにNPT継手に依存しています。空気圧ツールとエアコンプレッサーは、ホース、バルブ、クイックコネクトカプラーにNPTコネクタを使用します。自動車および重機では、NPT継手はセンサー(油圧送信者など)や流動的なライン(ブレーキまたはクーラントシステム)を提供し、そのシンプルさとさまざまな既製の部品を誇示しています。 ANSIに準拠したタップ、ダイ、フィッティングはすべて同じ仕様に従うため、心配することなくブランドを混ぜることができます。この普遍的な互換性により、NPTは北米の頼りになるパイプスレッドになりました。 NPTタップドリルチャート 穴に内部NPTスレッドを作成する場合(たとえば、NPTプラグ用のタンクのパイプフィッティングまたは穴をタップする場合)、最初に適切なサイズの穴をドリルする必要があります。 NPTスレッドはテーパーになっているため、掘削された穴は通常、タップの最大の直径よりも少し小さく、タップがテーパーを進むにつれてテーパーをカットできるようにします。以下は、一般的なパイプサイズの包括的なNPTタップドリルチャートです: 公称パイプサイズ(in。)インチあたりのスレッド(TPI)ドリルをタップする(in。)タップドリル(mm)スレッドエンゲージメント(%)1/16270.2426.15〜75%1/8270.3328.43〜75%1/4180.4375(7/16インチ)11.11〜75%3/8180.5625(9/16インチ)14.29〜75%1/2140.7031(45/64インチ)17.86〜75%3/4140.9063(29/32インチ)23.02〜75%111½1.1406(1-9/64インチ)28.97〜75%1¼11½1.4844(1-31/64インチ)37.70〜75%1½11½1.7188(1-23/32インチ)43.66〜75%211½2.2188(2-7/32インチ)56.36〜75%2½82.6250(2-5/8インチ)66.67〜75%383.2500(3-1/4インチ)82.55〜75%3½83.7500(3-3/4インチ)95.25〜75%484.2500(4-1/4インチ)107.95〜75% 注記: 上記のタップドリルサイズは、リーミングせずに直接タッピングを想定しています。スレッドエンゲージメント(%)は、達成された完全なスレッドの深さの割合を示します。たとえば、パイプスレッドでは75%が典型的であり、ジョイント強度のバランス、タッピングトルクです。括弧内のドリルサイズは、標準的な文字またはフラクションのビットまたはリーマーサイズです(たとえば、1/8-27 NPTは、文字Qドリル、0.332インチを使用します)。 パイプタップはテーパーになっているため、正しいスレッドテーパーを形成するのに十分な深さをタップする必要があります。メーカーは、多くの場合、必要な数のエンゲージスレッドを指定するか、NPTプラグゲージで確認することができます。定期的に戻ってチップをクリアし、金属をタップするときに切断液を使用します。パイプタップは、大きな直径とテーパーのためにかなりの量の材料を除去します。 テーパーリーマーが利用可能な場合は、タップする前に1:16テーパーリーマーで掘削された穴を最初に繰り返すことができます。これにより、タッピングトルクが減少し、穴の端でスレッドエンゲージメントがわずかに増加する可能性があります。ただし、ほとんどのフィールドアプリケーションとDIYアプリケーションは、上記のストレートドリルアンドタップ方法を使用しており、十分にタイトなジョイントを提供します。 NPTを他のスレッドタイプと比較します NPTF(ナショナルパイプテーパー燃料) これは、ドライシールテーパーパイプスレッドで、しばしばDryseal NPTまたはパイプスレッド燃料と呼ばれます。標準NPTと同じテーパー(1:16)とスレッドピッチ、および60°のスレッド角もあります。重要な違いは、スレッドの頂上とルートの設計です。NPTFスレッドは、頂上と根でクリアランスがゼロであるため、シーラントなしで金属間をシールする干渉適合が生成されます。これにより、NPTFは超漏れに敏感なアプリケーションに理想的になります。ここでは、小さな漏れやシーラントの汚染でさえも受け入れられません。 NPTFとNPTは次元を共有し、物理的に合わせますが、NPTFの男性と女性のみが乾燥シールを生成します。 NPTFはANSI/ASME B1.20.3で定義され、標準NPTはB1.20.1を使用します。 典型的な用途:高圧油圧システム;燃料システム;その他の流体電力アプリケーション(たとえば、ブレーキシステムコンポーネントや燃料網装備)。 NPS(全国パイプストレート) このスレッド標準は、対応するNPTサイズと同じスレッド角、形状、ピッチを持っていますが、先細ではなくまっすぐ(平行)です。 NPSスレッドは同じサイズとTPIのNPTフィッティングにねじ込まれますが、テーパーの欠如はくさびシールを防ぎ、漏れる可能性があります。 NPSスレッドは、機械的接続に使用されます。または、SEALINGがOリングやガスケットなどの別の要素によって提供されます。 典型的な用途:電気導管糸(しばしばNPSMと呼ばれる)、火災ホースのカップリングまたは大口径の水パイプユニオン、ガスランタンまたは古いスタイルの配管組合がシール洗濯機またはガスケットがシールを作成します。 BSPスレッド(BSPT&BSPP - 英国の標準パイプ) このパイプスレッドシステムは、英国、ヨーロッパ、アジア、および北米以外の多くの地域で一般的に使用されています。 BSPT(英国の標準パイプテーパー)とBSPP(英国標準パイプパラレル)の2つの基準があります。 BSPTは、NPTと同様の概念で囲まれたくさびで圧力標識ジョイントを形成することを目的としたテーパースレッドですが、NPTの60°の平らなプロファイルの代わりに、丸い紋章と根を備えた55°の糸角(ホイットワース形式)を使用します。公称サイズあたりのスレッドピッチもNPTとは異なるため、BSPTとNPTフィッティングは互換性がなく、適切にシールしたり、1ターンもターンしたりすることはありません。 BSPPスレッドはストレート(パラレル)であり、独自にシールしません。彼らは、ポートフェイスで結合洗濯機またはOリングに依存しています(たとえば、バルブやシリンダーの「G」スレッドは、肩の下にOリングを使用します)。 BSP標準は、ISO 7-1(テーパーパイプスレッド)とISO 228-1(平行パイプスレッド)で定義されます。実際には、「BSP」または「Gスレッド」というラベルの付いたフィッティングには、NPTと結合するためにBSPスレッドパーツまたはアダプターを一致させる必要があります。 […]
プラスチックプロトタイピングは、プラスチック材料を使用した製品の初期の物理モデルまたはサンプルを作成するプロセスです。これらのプロトタイプは、製造業者が本格的な生産前に製品のフォーム、適合、機能、美学をテストおよび改良するのに役立ちます。
陽極酸化とも呼ばれる陽極酸化は、金属表面に装飾的で耐食性の酸化物層を作成するために使用される電気化学プロセスです。マグネシウムやチタンなどのいくつかの非鉄金属は陽極酸化できますが、アルミニウムはこのプロセスに特に適しています。実際、アルミニウムの陽極酸化処理は、材料の耐久性と外観の両方を大幅に向上させるため、今日広く使用されています。
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