11のプラスチック製造方法とその使用

日常の家庭用品から高性能産業コンポーネントまで、プラスチック製造は私たちの周りの世界を形作ることに大きく貢献しています。これらのコンポーネントの多様な形状と機能は、製造プロセスの範囲を使用して生成されます。プラスチック部品の生産におけるこれらの方法を区別するものと、プロジェクトに最適なもの（または組み合わせ）がどのようなものですか？予算、部品設計、プラスチック材料、および生産量は、プラスチック製造方法を選択する際に作用する要因のほんの一部です。この記事では、11の一般的なプラスチック製造方法を紹介し、それらがどのように機能するか、利点、制限、典型的なアプリケーションを説明します。

射出成形

射出成形は、最も一般的なプラスチック処理方法の1つです。プラスチックペレット（主に熱可塑性ポリマー、およびいくつかの熱セット材料）を加熱し、高圧の往復ねじシステムを使用して溶融材料をカビの空洞に注入することで機能します。最新の金型には、多くの場合、積分された冷却チャネルが組み込まれており、冷却プロセスを加速し、プラスチックが均一に固化していることを確認します。プラスチックが冷却され固められた後、カビが開き、固体部分が排出されます。

射出成形用の金型は、通常、高圧や温度に耐えるように設計された硬化鋼で作られており、大量生産での繰り返しの使用が設計されています。より柔らかいアルミニウム型はより安価な代替品ですが、より速く摩耗するため、通常、より穏やかな生産の実行に使用されます。

射出成形は非常に複雑な部品を生成する可能性がありますが、深い穴、複雑な特徴、または内部構造など、特定の幾何学は金型の設計と生産コストを増加させます。製造用のデザイン（DFM）ガイドラインは、ツールコストを管理しやすく保つのに役立ちます。射出成形用の新しい金型を作成するには、完了するまでに数か月かかることがあり、そのコストは数十万以上になる可能性があります。金型が使用されると、射出成形のサイクル時間は非常に短く、短期間で大量の高品質の部品を生産できるようになり、ユニットコストは他の製造プロセスよりも大幅に低くなります。

典型的なアプリケーション：

• 消費者製品（おもちゃ、容器、電子ハウジング）。
• 自動車部品（ダッシュボード、バンパー）。
• 医療機器（シリンジ、ケーシング）。

圧縮成形

圧縮成形では、原料、通常はシリコンゴムなどの熱硬化性ポリマーまたはエラストマーが予熱され、開いたカビの空洞に配置されます。次に、油圧プレスが金型を閉じ、熱と圧力をかけて材料を空洞に適合させ、最終的な形状に硬化させます。

射出成形と比較して、圧縮成形は金型構造と製造コストが削減されているため、低から中程度の生産走行や大規模な部品に適しています。射出型とは異なり、ゲート、ランナー、オーバーフロー構造は必要ありません。材料の利用を最大化し、廃棄物を最小限に抑えます。熱硬化プラスチックと特定の複合材料は、不可逆的な硬化反応を起こし、耐熱性と構造強度を高めます。

ただし、硬化プロセスには時間がかかるため、圧縮成形は射出成形よりも長い生産サイクルを持っています。さらに、最終製品の一貫性を維持し、フラッシュ（金型から逃げる余分な材料）を管理することは困難な場合があり、初期の金型設計の準備には多くの注意が必要です。

典型的なアプリケーション：

• ゴムコンポーネント（ガスケット、Oリング、キーパッド）。
• 自動車部品（フード、フェンダー、スクープ、ネタバレ、ブレーキパッド）。
• 電気部品（電気絶縁体、回路ブレーカー）。
• 複合材料部品（グラスファイバー強化プラスチック）。

ブロー成形

この方法は、空気を吹き付けることにより、中空と薄壁のプラスチック部品を生成するために使用され、パリソン（連続的な袖のような構造）またはプレフォームと呼ばれる軟化したプラスチックチューブを膨張させます。圧縮された空気がパリソンに入ると、溶融熱可塑性チューブを強制的に膨張させて型の内側の形を拡大します。冷却されると、形成されたプラスチックが排出されます。

射出成形と同様に、ブロー成形は完全に自動化される可能性があり、生産率が高く、単位コストが低くなります。しかし、ブローモールディングは、射出成形よりもはるかに低い圧力で動作し、ツーリングコストを削減します。ブローモールディングには3つの主要なタイプがあります。

• 押出ブローモールディング（EBM） is the most common method. In this process, a molten plastic tube (parison) is continuously extruded, clamped into a mold, and then inflated with compressed air. EBM supports large, complex hollow parts like fuel tanks and industrial containers and works with various thermoplastics. However, inconsistencies in wall thickness may occur. Flashing often forms at the mold joints, requiring post-trimming to remove excess material, which leads to higher material waste.

• 噴射ブローモールディング（IBM） follows a two-step process, where a preform is first injection molded, then reheated and inflated in a blow mold. It offers high precision, uniform wall thickness, and a smooth finish, which is perfect for producing small, detailed parts.IBM produces less waste than EBM but is less efficient for large containers.

• インジェクションストレッチブローモールディング（ISBM） adds a stretching step before blowing, aligning polymer chains to enhance strength, clarity, and barrier properties. This method is ideal for thin-walled, impact-resistant containers, though commonly applied to materials like PET and PP and requires more processing steps than other blow molding techniques.

典型的なアプリケーション：

• ペットボトル（飲料、シャンプー、洗剤）。
• 自動車コンポーネント（燃料タンク、空気ダクト、流体貯水池）。
• 医療および産業容器（滅菌包装、化学物質貯蔵、バルク液体容器）。

回転成形

回転モールディング、または回転型は、中空のプラスチック部品を生産するために使用される別のプロセスですが、ブロー成形とはまったく異なります。回転成形では、プラスチック粉末または液体樹脂が中空の型の中に配置され、2つ（またはそれ以上）の軸に沿って加熱され、回転します。このゆっくりとした連続的な回転により、溶融プラスチックが型の内部全体を均等に均等に覆い、空洞の形に順応します。最後に、型がゆっくりと冷却され、部品が断念され、壁の厚さが均一な中空の成分が生じます。

回転成形は、プラスチックを形作るための高圧ではなく遠心力に依存するため、他の成形技術よりも安価なツールを必要とします。金型は、アルミニウムまたはエポキシから製造、CNCマシン、鋳造、または形成されるため、特に大規模で頑丈な部品に対しては、費用対効果が高く、生産が迅速になります。さらに、ロトモールディングは、金属インサート、内部パイプ、補強構造などの事前に設定されたコンポーネントの統合を、金型に直接サポートします。

このプロセスは、短期の生産に最適な選択です。または、低容量のアプリケーションのブロー成形に代わるものです。ただし、設計上の制限があります。完成した部品には通常、緩やかな許容範囲があり、長い暖房と冷却のサイクルにより、プロセスが遅く労働集約的になり、大量の製造の効率が低下します。

典型的なアプリケーション：

• 貯蔵ソリューション（貯水タンク、燃料タンク）。
• 耐久性のあるレクリエーション製品（カヤック、遊び場機器）。
• 頑丈な容器（工業用ビン、大きなプラスチック容器）。

真空鋳造

ウレタン鋳造とも呼ばれる真空鋳造は、ポリウレタンプラスチックとエラストマーを鋳造するためにシリコン型を使用するソフトツーリング技術です。射出成形などの方法よりも速く、安価である可能性があるため、高品質の迅速なプロトタイプまたは小規模な生産の実行によく使用されます。

このプロセスは、 cnc Machining または3D印刷などのテクニックを使用して、高精度マスターモデルの作成から始まります。次に、このモデルはキャスティングボックスに配置され、液体シリコンで完全にカプセル化されます。アセンブリ全体が予熱したオーブンに移され、通常は8〜16時間、40°で硬化します。硬化後、硬化したシリコン型が開かれ、マスターモデルから分離され、その後の真空鋳造のために負の空洞を露出させます。

次に、シリコン型は真空チャンバーに配置され、液体樹脂は、しばしば審美的または機能的特性のために顔料または金属粉末と混合されますが、金型に注がれます。真空は気泡を除去し、完璧で詳細な仕上げを確保します。次に、樹脂を高温のオーブンで硬化させ、その後、シリコン型を開いて固化部を除去します。

高価で時間がかかる金属型と比較して、シリコン型はより速く、より経済的です。ただし、シリコン型には寿命が有限で、通常は20〜30のキャストが可能になり、大量生産にプロセスが不適切です。また、シリコン型は、高温や重荷用途に耐えられないため、サーモセットポリウレタンおよび同様の製剤に制限されています。さらに、最終部分の品質は、マスターモデルの精度と仕上げに大きく依存しています。

典型的なアプリケーション：

• プロトタイピング（設計検証とテストのための機能的プロトタイプ）。
• 少ない量の生産量（ニッチ市場またはプリプロダクションの実行のための部品の小さなバッチ）。
• 審美的および機能的な部品（家電、カスタムエンクロージャーとケース、および医療機器）。

プラスチックCNC加工

プラスチックCNC（コンピューター数値制御）加工は、コンピューター制御ツールを使用して、固体プラスチックブロックを希望の形状に正確にカット、ミル、回転、またはドリルするために使用する減算的な製造プロセスです。 ABS、ナイロン、PE、PPなどの幅広いプラスチックをサポートし、深い穴やアンダーカットなどの複雑なジオメトリを生成できます。成形方法とは異なり、CNC加工は厚壁の部品に適しており、金型を必要とせずに緊密な許容値（±0.005インチ）と滑らかな表面仕上げを実現できます。

CNCの機械加工は、柔軟性と精度を提供する、低から中程度のボリュームの生産、プロトタイピング、およびカスタムパーツに適しています。ただし、成形よりも多くの材料廃棄物を生成します。アンダーカット、マルチフェースのジオメトリ、内部チャネルなどの機能には、追加の機械加工時間とツールアクセスの考慮事項が必要であるため、部品あたりのコストは複雑さとともに増加します。湾曲した内部チャネルなどの特定のジオメトリは、従来の減算方法で生成することが困難または不可能です。

典型的なアプリケーション：

• 軽量航空宇宙コンポーネント（ブラケットとハウジング）。
• 自動車部品（カスタムフィッティング、センサーマウント、および内部部品）。
• 医療機器（手術ツール、ハウジング、診断機器）。
• 工業部品（ギア、シール、カスタム機械コンポーネント）。

3D印刷

3D印刷、または添加剤の製造は、デジタルモデルから層ごとにプラスチック製の部品層を構築します。材料を除去してオブジェクトを形作る規定の製造とは異なり、3Dプリンティングは必要に応じて材料を正確に追加します。 3Dプリンターはツーリングと新しいデザインのセットアップ時間を最小限に抑える必要がないため、シングルまたはスモールバッチのカスタムパーツの生産コストは、射出成形やCNC加工などの従来の製造方法と比較して比較的低くなっています。

ただし、3Dプリンティングは一般に生産速度が遅く、多くの場合、大量生産製造プロセスよりも運用と後処理への手動介入が必要です。さらに、最終部品は、使用される3D印刷技術に応じて、機械的強度が低い場合があります。 3Dプリントの3つの主要なタイプを確認しましょう。

• 融合堆積モデリング（FDM）：The most common and affordable 3D printing method. It uses a heated nozzle to extrude thermoplastic filament along predefined paths to deposit material layer by layer. Once a layer cools, the next layer is added on top, gradually forming the final object. This process is widely accessible but prone to visible layer lines and weaker interlayer adhesion, which can affect surface quality and part strength. It struggles with overhangs and intricate details, often requiring support structures to prevent sagging and post-processing to achieve a polished finish.

• ステレオリソグラフィ（SLA）：Uses a UV laser to cure liquid photopolymer resin into successive layers, producing parts with ultra-smooth surfaces and fine details. SLA provides greater accuracy and stronger material properties than FDM, especially in engineering plastics. However, it is more expensive due to specialized resins and equipment, and SLA parts can be brittle, often requiring post-curing for full strength.

• 選択的レーザー焼結（SLS）： Uses a high-powered laser to fuse powdered plastic (such as nylon or TPU) into solid layers, creating a durable and highly functional part. The process does not require support structures, as the surrounding unsintered powder acts as a natural support, which enables interlocking, overhanging and other complex designs that are difficult to produce with other methods. SLS parts offer good mechanical strength but tend to have a slightly grainy surface texture.

典型的なアプリケーション：

• 製品のテストと開発（迅速なプロトタイピングと概念モデル）。
• 低容量の複雑な形のプラスチック部品（航空宇宙、自動車、およびコンシューマーエレクトロニクスが必要なコンシューマーエレクトロニクスが必要です）。
• カスタム医療インプラントと補綴物（歯科用アライナー、整形外科インプラント、および補綴手足）。

プラスチック押出

プラスチック押出は、熱可塑性ペレットを加熱バレルに供給し、溶け、回転ネジで均質化する連続プロセスです。次に、溶融プラスチックは、特定の断面形状の連続プロファイルを作成するために、ダイを通して強制されます。ダイを出た後、押し出された材料は空気または水を介して冷却され、希望の長さまで切ります。吹き飛ばされたフィルムの押し出しやチューブ押出など、プロセスのバリエーションは、その汎用性を拡大します。

この方法は、大量の均一な断面プラスチック製品を生産するのに効率的です。これらの製品は、特性、寸法、公差、および表面仕上げで非常に一貫しています。ただし、複雑な3次元のジオメトリを生成することはできません。

典型的なアプリケーション：

• パイプとプロファイル（プラスチックパイプ、窓枠、手すり）。
• シートとフィルム（包装フィルム、プラスチックシート、農業ラップ）。
• 電気ケーブル断熱材（電気システムのワイヤとケーブル用の保護コーティング）。
• その他の製品（フローリング、工業用シート、靴底）。

プラスチックのputrusion

プラスチックのputrusionは、プラスチックの押し出しの変形であり、材料が押すのではなく、ダイを通して引っ張られます。その過程で、ガラス、炭素、またはアラミッドなどの強化繊維は、完全な含浸を確保するためにプラスチック樹脂のタンクを介して引っ張られます。次に、樹脂でコーティングされた繊維は加熱されたダイを通して描画され、硬化により硬化した高強度プロファイルに変換され、その後、目的の長さにカットされます。

この方法は、主に一定の断面を持つ繊維強化プラスチック（FRP）複合プロファイルを生成するために使用されます。これらの部分は、優れた耐食性、風化可能性、機械的強度を持っています。

典型的なアプリケーション：

• インフラストラクチャと産業構造（橋、プラットフォーム、フレームワーク用のビームとロッド）。
• 安全およびアクセス機器（グラスファイバー強化されたはしごと格子）。
• 建設および建築コンポーネント（サポートプロファイルと保護エンクロージャー）。

プラスチック溶接

プラスチック溶接は、熱と圧力をかけることでプラスチック部品を結合するために使用される製造技術です。超音波、誘導、ホットプラテン、振動溶接など、プラスチック溶接には明確な方法があります。各方法は、高周波振動、電磁誘導、または加熱された表面からの直接伝導など、異なるエネルギー源を使用して、関節でプラスチックを溶かします。溶けた表面が冷えると、それらは融合し、接着剤を必要とせずに強くてシームレスな結合を形成します。ただし、プラスチック溶接は互換性のあるプラスチックにのみ適用でき、多くの場合、特殊な機器が必要です。

典型的なアプリケーション：

• 自動車（バンパーアセンブリ、燃料タンク、エアダクト）。
• 医療（医療機器と包装）。
• 産業（プラスチックタンクと容器）。

熱成形

熱酸化は一般に、真空形成と圧力形成として分類されます。マシンを使用して、プラスチックシートが柔軟になるまで加熱します。次に、プラスチックシートは、真空、圧力、またはその両方を使用して金型の上に伸びます。形を整えたら、プラスチックを冷却してトリミングして最終製品を作成します。

熱成形は、主にABS、腰、PVC、PETGなどの熱可塑性材料で使用されます。熱成形で使用される金型は、通常、アルミニウムまたは複合材料で作られており、射出型よりも大幅に安価で製造よりも速いです。サイクル時間が短く、生産効率が高いため、熱成形は短期間で一定の量の製品を生産するのに適しており、中程度から高度の生産にも適しています。

このプロセスは、パッケージング容器、フードトレイ、アプライアンスハウジングなど、大型の薄壁のプラスチック製品に特に適しています。ただし、熱成形生成物の精度は、一般に、射出成形またはブロー成形の精度よりも低く、壁の厚さの耐性が大きくなります。また、複雑なデザインの詳細や細かいデザインの詳細の真空鋳造と同様に機能しません。

典型的なアプリケーション：

• パッケージング（ブリスターパック、クラムシェル、フードトレイ）。
• 自動車（インテリアパネル、ダッシュボード、ドアライナー）。
• 家電と家電製品（電子ハウジング、ディスプレイパネル、アプライアンスケーシング）。
• 医療（滅菌包装および機器カバー）。

結論

この投稿を読んだ後、さまざまなプラスチック製造方法とその特性をよりよく理解できるようになりました。十分な情報に基づいた製造技術により、効率、品質、費用対効果が保証されます。さらに、信頼できるプラスチック製造業者を選択することが重要です。 Chiggoは、プロトタイピングと低容量の生産を提供するプラスチック製造の専門家です。 私たちとのパートナーデザイン、素材、および生産目標が完全に一致していることを確認します。