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!
設計は、CNC 加工において極めて重要な役割を果たし、製造プロセス全体の基礎を築きます。知られているように、CNC 加工ではコンピューター制御の機械を使用して、ワークピースから材料を正確に除去します。このプロセスは汎用性が高く、再現性があり、正確です。さらに、発泡体やプラスチックから木材や金属に至るまで、幅広い材料と互換性があります。 これらの機能を実現するには、CNC 加工の設計に大きく依存します。効果的な設計により、部品の品質が保証されるだけでなく、CNC 機械加工部品に関連する製造コストと時間が節約されます。 このガイドでは、設計上の制限について説明し、CNC 加工で発生する最も一般的な機能に対する実用的な設計ルールと推奨値を提供します。これらのガイドラインは、部品に対して最良の結果を達成するのに役立ちます。 CNC 加工の設計制限 CNC 加工用の部品を適切に設計するには、まずプロセスに固有のさまざまな設計上の制約を明確に理解する必要があります。これらの制限は、切断プロセスの仕組みから自然に発生し、主に次の側面に関係します。 工具形状 ほとんどの CNC 加工切削工具は円筒形であり、切削長には制限があります。ワークピースから材料を除去する際、これらの切削工具はその形状を部品に転写します。これは、切削工具がどれほど小さくても、CNC 部品の内側のコーナーには常に半径があることを意味します。さらに、工具の長さにより、加工できる最大深さが制限されます。一般に工具が長いと剛性が低下し、振動や変形が発生する可能性があります。 ツールアクセス 材料を除去するには、切削工具がワークピースに直接近づく必要があります。切削工具が届かない表面や形状は CNC 加工できません。たとえば、複雑な内部構造、特に部品内に別のフィーチャーによってブロックされている複数の角度やフィーチャーがある場合、または深さ対幅の比率が大きい場合、ツールが特定の領域に到達することが困難になる場合があります。 5 軸 CNC マシンは、ワークピースを回転させたり傾けたりすることで、これらの工具アクセス制限の一部を緩和できますが、すべての制限、特に工具の振動などの問題を完全に排除することはできません。 工具の剛性 ワークピースと同様に、切削工具も加工中に変形したり振動したりする可能性があります。その結果、製造プロセス中に公差が緩くなり、表面粗さが増大し、さらには工具が破損する可能性があります。この問題は、工具の直径に対する長さの比率が増加する場合、または高硬度の材料を切削する場合にさらに顕著になります。 ワークの剛性 機械加工プロセス中に大量の熱が発生し、強い切削力がかかるため、剛性の低い材料 (特定のプラスチックや軟質金属など) や薄肉構造は機械加工中に変形しやすくなります。 ワークホールディング 部品の形状によって、CNC マシン上での部品の保持方法と必要なセットアップの数が決まります。複雑なワークピースや不規則な形状のワークピースはクランプが難しく、特別な治具が必要になる場合があり、コストと加工時間が長くなる可能性があります。さらに、手動でワークホールドの位置を変更する場合、小さいながらも無視できない位置誤差が発生するリスクがあります。 CNC 機械加工設計ガイドライン 次に、これらの制限を実用的な設計ルールに変換します。 CNC 加工の世界には、広く受け入れられている標準はありません。これは主に、業界と使用される機械が常に進化しているためです。しかし、長期にわたる処理の実践により、十分な経験とデータが蓄積されています。次のガイドラインは、CNC 機械加工部品の最も一般的な機能の推奨値と実現可能な値をまとめたものです。 内部エッジ 推奨される垂直コーナー半径: キャビティ深さの 1/3 倍 (またはそれ以上) 一般に、鋭利な内側の角は避けることをお勧めします。ほとんどの CNC ツールは円筒形であるため、鋭い内角を実現することが困難です。推奨される内側コーナー半径を使用すると、工具が円形のパスをたどることができるため、応力集中点や加工痕が減少し、結果として表面仕上げが向上します。これにより、適切なサイズの工具が使用され、大きすぎたり小さすぎたりすることがなくなり、加工精度と効率が維持されます。鋭角な 90 度の角度の場合は、コーナー半径を小さくするのではなく、T スロット カッターまたはワイヤ切断を使用することをお勧めします。 推奨床半径: 0.5 […]
CNC 加工は、コンピュータ制御のツールを使用してさまざまな材料から精密部品を作成する多用途の製造プロセスです。これらの材料はCNC加工の基礎を構成し、加工結果に直接影響を与えます。したがって、多様な CNC 加工材料を認識し、特定の用途に適切な材料を見極める能力を身に付けることが重要です。
産業用途では、金属の選択は、強度、硬度、密度などの機械的特性だけでなく、熱特性にも影響されます。考慮すべき最も重要な熱特性の1つは、金属の融点です。 たとえば、炉のコンポーネント、ジェットエンジン燃料ノズル、排気システムは、金属が溶けた場合に壊滅的に失敗する可能性があります。結果として、オリフィスの詰まりやエンジンの故障が発生する可能性があります。融点は、製錬、溶接、鋳造などの製造プロセスでも重要です。ここでは、金属が液体の形である必要があります。これには、溶融金属の極端な熱に耐えるように設計されたツールが必要です。金属は、融点以下の温度でクリープ誘発性の骨折に苦しむ可能性がありますが、デザイナーはしばしば合金を選択するときにベンチマークとして融点を使用します。 金属の融点は何ですか? 融点は、固体が大気圧下で液体に移行し始める最も低い温度です。この温度では、固形相と液相の両方が平衡状態で共存します。融点に達すると、金属が完全に溶けるまで追加の熱は温度を上げません。これは、相変化中に供給される熱が融合の潜熱を克服するために使用されるためです。 異なる金属には、融点が異なり、原子構造と結合強度によって決定されます。しっかりと詰め込まれた原子配置を備えた金属は、一般に融点が高くなります。たとえば、タングステンは、3422°Cで最高の1つです。金属結合の強度は、原子間の引力を克服し、金属を溶かすために必要なエネルギーの量に影響します。たとえば、プラチナや金などの金属は、結合力が弱いため、鉄やタングステンなどの遷移金属と比較して融点が比較的低いです。 金属の融点を変更する方法は? 金属の融点は、通常の条件では一般に安定しています。ただし、特定の要因は特定の状況下でそれを変更できます。 1つの一般的な方法はです合金 - 純粋な金属に他の要素を加えて、異なる融解範囲の新しい材料を形成します。たとえば、スズを銅と混合して青銅を生成すると、純粋な銅と比較して全体的な融点が低下します。 不純物また、顕著な効果を持つこともできます。微量の外部要素でさえ、物質に応じてより高くまたは低い融解温度を崩壊させ、融解温度をシフトする可能性があります。 物理的な形問題も同様です。ナノ粒子、薄膜、または粉末の形の金属は、表面積が高く原子挙動の変化により、バルクの対応物よりも低い温度で溶けます。 ついに、極度の圧力原子がどのように相互作用するかを変えることができ、通常、原子構造を圧縮することで融点を上げます。これは日常のアプリケーションではめったに懸念事項ではありませんが、航空宇宙、深海掘削、高圧物理学研究などの高ストレス環境の材料選択と安全性評価における重要な考慮事項になります。 金属および合金の融点チャート 一般的な金属と合金の融点 金属/合金融点(°C)融点(°F)アルミニウム6601220真鍮(Cu-Zn合金)〜930(構成依存)〜1710ブロンズ(Cu-SN合金)〜913〜1675炭素鋼1425–15402600–2800鋳鉄〜1204〜2200銅10841983年金10641947年鉄15382800鉛328622ニッケル14532647銀9611762ステンレス鋼1375–1530(グレード依存)2500–2785錫232450チタン16703038タングステン〜3400〜6150亜鉛420787 金属融点の完全なリスト(高さから低い) 金属/合金融点(°C)融点(°F)タングステン(w)34006150Rhenium(re)31865767オスミウム(OS)30255477タンタル(TA)29805400モリブデン(MO)26204750ニオビウム(NB)24704473イリジウム(IR)24464435ルテニウム(ru)23344233クロム(CR)1860年3380バナジウム(V)1910年3470ロジウム(RH)1965年3569チタン(TI)16703040コバルト(co)14952723ニッケル(NI)14532647パラジウム(PD)15552831プラチナ(PT)17703220トリウム(TH)17503180ハステロイ(合金)1320–13502410–2460インコルエル(合金)1390–14252540–2600インコロイ(合金)1390–14252540–2600炭素鋼1371–15402500–2800錬鉄1482–15932700–2900ステンレス鋼〜1510〜2750モネル(合金)1300–13502370–2460ベリリウム(be)12852345マンガン(MN)12442271ウラン(u)11322070カプロニッケル1170–12402138–2264延性鉄〜1149〜2100鋳鉄1127–12042060–2200ゴールド(au)10641945年銅(cu)10841983年シルバー(AG)9611761赤い真鍮990–10251810–1880ブロンズ〜913〜1675黄色の真鍮905–9321660–1710海軍本部の真鍮900–9401650–1720コインシルバー8791614スターリングシルバー8931640マンガンブロンズ865–8901590–1630ベリリウム銅865–9551587–1750アルミブロンズ600–6551190–1215アルミニウム(純粋)6601220マグネシウム(mg)6501200プルトニウム(PU)〜640〜1184アンチモン(SB)6301166マグネシウム合金349–649660–1200亜鉛(ZN)420787カドミウム(CD)321610ビスマス(bi)272521バビット(合金)〜249〜480スズ(sn)232450はんだ(PB-SN合金)〜215〜419セレン(SE)*217423インジウム(in)157315ナトリウム(NA)98208カリウム(K)63145ガリウム(GA)〜30〜86セシウム(CS)〜28〜83水銀(HG)-39-38 重要なテイクアウト: タングステン、レニウム、タンタルなどの高融点金属は、極端な熱アプリケーションに不可欠です。これらの金属は、過酷な炉と航空宇宙環境に構造的完全性を保持しています。モリブデンも融解に抵抗し、高温炉の建設に非常に価値があります。 鉄、銅、鋼などの中溶融点金属は、管理可能な融解温度と良好な機械的または電気的特性を組み合わせて、建設、工具、電気システムに汎用性があります。 ガリウム、セシウム、水銀、ブリキ、鉛などの低融点金属は、はんだ、温度計、低融合合金などの特殊な用途にとって価値があります。
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