プロジェクトに適したプラスチックを選択する方法

Nov 06, 2023

ゴードン・スタイルズ | 2017 年 11 月 1 日

市場には、ラピッドプロトタイピングや少量生産に使用できるプラスチックが何千もあり、特定のプロジェクトに適したものを選択することは、特に初めての発明者や新しい起業家にとっては困難を伴う場合があります。 各材料には、コスト、強度、柔軟性、表面仕上げに関してトレードオフがあります。 部品や製品の用途だけでなく、使用される環境も考慮する必要があります。

全体として、エンジニアリング プラスチックは高度な機械的特性を備えており、耐久性が高く、製造プロセス中に損なわれることはありません。 一部の種類のプラスチックには、強度、耐衝撃性、耐熱性を向上させるために改質を行うこともできます。 最終部品または製品の機能に応じて検討すべきさまざまなプラスチック材料について詳しく見てみましょう。

機械部品

機械部品の製造に使用される最も一般的な樹脂の 1 つはナイロン、別名ポリアミド (PA) です。 PAにモリブデンを混ぜると表面が滑りやすくなり、動きやすくなります。 ただし、同様のプラスチック同士はくっつく傾向があるため、ナイロン対ナイロンの歯車列を使用することはお勧めできません。 PA は耐摩耗性と磨耗性に優れ、高温でも優れた機械的特性を備えています。 ナイロンは 3D プラスチック プリント用のフィラメントとして理想的ですが、時間の経過とともに水を吸収します。

ポリオキシメチレン (POM) も機械部品に最適なオプションです。 POM はアセタール樹脂の一種で、歯車、ネジ、ホイールなどに使用される貴重なプラスチックであるデュポン社のデルリンの製造に使用されます。 POM は、高い曲げ強度、引張強度、剛性、硬度を持っています。 ただし、POM はアルカリ、塩素、熱水によって劣化する可能性があり、結合しにくい場合があります。

プラスチック容器

プロジェクトが容器のようなものであれば、ポリプロピレン (PP) が最適です。 PPは耐熱性があり、油や溶剤を通さず、化学物質が浸出しないため食品に安全であるため、食品保存容器に使用されています。 また、PPは剛性と衝撃強度のバランスに優れており、繰り返し曲げても壊れないヒンジを容易に成形できます。 パイプやホースなどの用途にも使用できます。

別のオプションはポリエチレン (PE) です。 世界で最も一般的なプラスチックであるPEは、強度、硬度、剛性が低いです。 通常は乳白色をしており、薬瓶や牛乳、洗剤の容器などに使われているプラ​​スチックです。 PEはさまざまな化学薬品に対して高い耐性を持っていますが、融点は低いです。

ツールケースとハードウェア

高い耐衝撃性と引き裂きや破損に対する強い回復力が必要なプロジェクトには、アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS) が最適です。 ABS は軽量であり、ガラス繊維を添加することで強度を高めることができます。 スチレンより高価ですが、その硬さと靭性により耐久性がはるかに長くなります。 ABS はラピッド プロトタイプの 3D 溶融堆積モデリングに使用されます。

その特性を考慮すると、ABS はウェアラブル デバイスに適した選択肢です。 Star Rapid では、プラスチック射出成形を使用して、黒色の着色済み ABS/PC プラスチック樹脂を使用して、E3design 用のスマート ウォッチ ケースを作成しました。 この材料の選択により、デバイス全体が比較的軽量に保たれると同時に、時計が硬い表面に当たったときなどの偶発的な衝撃に耐えられるシェルも提供されます。 多用途で耐衝撃性のあるものが必要な場合は、耐衝撃性ポリスチレン (HIPS) が良い選択肢となります。 電動工具や工具箱などのタフなケースに適した材質です。 HIPS は経済的ですが、環境に優しいとは言えません。

ゴム

多くのプロジェクトでは、ゴムのような柔らかく弾性のある特性を持つ樹脂の射出成形が必要です。 熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、高い弾性、低温性能、耐久性を実現するために多くの特別な配合が施されているため、優れた選択肢です。 TPU は電動工具、キャスターホイール、ケーブル絶縁体、スポーツ用品にも使用されています。 TPU は耐溶剤性があり、その高い耐摩耗性とせん断強度により多くの産業環境で使用されています。 ただし、大気中の水分を吸収することで知られているため、製造時の加工が難しい場合があります。 オーバーモールドには熱可塑性ゴム (TPR) があり、安価でクッション性のあるゴム製グリップなどの用途に扱いやすいです。

透明パーツ

部品に透明なレンズや窓が必要な場合は、アクリル (PMMA) が最適です。 この材料は、その剛性と耐摩耗性により、プレキシガラスのような飛散防止窓の製造に使用されます。 PMMA はまた、研磨度が高く、引張強度が高く、大量生産でも経済的です。 ただし、ポリカーボネート (PC) ほど耐衝撃性や耐薬品性はありません。

プロジェクトに強力なものが必要な場合、PC は PMMA よりも耐久性があり、優れた光学特性を備えているため、レンズや防弾窓に適しています。 PC は、割れることなく室温で曲げたり成形したりすることもできます。 成形に高価な金型を必要としないため、試作作業に便利です。 PC はアクリルよりも高価で、熱湯に長時間さらされると有害な化学物質が放出される可能性があるため、食品には安全ではありません。 PC は衝撃に強く、傷がつきにくいため、さまざまな用途に最適です。 Star Rapid では、この素材を使用して Muller Commercial Solutions のハンドヘルド POS 端末のカバーを作成しました。 この部品は PC の固体ブロックから CNC 機械加工で作られました。 完全に透明である必要があったため、手作業でサンディングし、蒸気研磨しました。

これは、製造に最も一般的に使用されるプラスチックのいくつかを簡単に示したものです。 ほとんどの製品は、射出成形、真空鋳造、3D プリントなど、プロジェクトのニーズや使用される製造プロセスに基づいて、特定のエンジニアリング特性を実現するために、さまざまなガラス繊維、UV 安定剤、潤滑剤、その他の樹脂で変更できます。

ゴードン スタイルズは、ラピッド プロトタイピング、ラピッド ツール、少量生産サービスを提供する Star Rapid の創設者兼社長です。 スタイルズ氏はエンジニアリングの経歴を活かして、2005 年に Star Rapid を設立し、彼のリーダーシップの下、会社は従業員 250 名にまで拡大しました。 Star Rapid は、エンジニアや技術者の国際的なチームを擁し、3D プリンティングや多軸 CNC 加工などの先進技術を伝統的な製造技術や高品質基準と組み合わせています。 Star Rapid に入社する前は、Styles は英国最大のラピッド プロトタイピングおよびラピッド ツーリング会社 STYLES RPD を所有および管理していましたが、この会社は 2000 年に ARRK Europe に売却されました。

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