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プラスチック試作品を製造するための材料ガイド
プラスチックのプロトタイプを製造する場合、特にプラスチック部品の量産の必要性を考慮すると、より適切な材料を選択するのは難しいと思われます。 この論文は、利用可能なプラスチック材料の主な種類と各材料の用途を明らかにすることを目的としています。
1.さまざまな種類のプラスチック材料
プラスチックは広く使用されている合成材料で、通常は石油化学製品から作られていますが、一部の天然成分から作られることもあります。 一般的なプラスチックには、ナイロン、アセタール、高密度ポリエチレンなどがあります。 プラスチックは、熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックの XNUMX つの主なタイプに分類できますが、ここでは機械的特性に基づいてグループ分けすることに焦点を当てて説明します。
ａ． 硬質プラスチック
つまり、これらは、電子機器のケース、フットボールのヘルメット、電動工具の本体などのプロジェクトに使用されるプラスチックです。 ゴムほど弾力性はありませんが、はるかに強力です。 これらは通常、Shore D スケールに従って等級付けされます。 一般的な硬質プラスチックの種類には、ABS、ナイロン、HDPE、ポリカーボネートなどがあります。
b. エラストマー
それらは「弾力性」があります。 一般的なエラストマーには、シリコーンゴム、HNBR、ニトリルゴム、ポリウレタンゴムなどがあります。 下の写真の部分は液状シリコーンゴムコンパウンドでできています。
c. 繊維強化プラスチック
これらのプラスチックには強化繊維が分散されており、硬度、強度、耐摩耗性が向上しています。 一般的な例には、ガラス繊維層や炭素繊維層が含まれます。 射出成形プラスチックに短いチョップドファイバーを使用することも一般的です。 下の写真は、ナイロンプラスチックとガラス繊維フィラーで作られたハンドルを備えたポケットナイフを示しています。 このナイフは、主にガラス入りプラスチックの機械的特性のおかげで、XNUMX 年以上毎日持ち歩いてもほとんど磨耗することはありません。 一部の SLS プリント部品にはガラス入りナイロンパウダーが含まれている場合があり、これにより標準のナイロンよりもはるかに高い硬度が生じます。
d. 添加剤を加えた改質プラスチック
さまざまな望ましい特性を生み出すために、ベースプラスチックに添加剤を加えることも一般的です。 一般的な添加剤には、抗菌剤、帯電防止剤、可塑剤、顔料、UV 安定剤、充填剤、難燃剤などがあります。
2.プラスチックの機械的性能
プラスチックの種類に関係なく、最適な材料を選択するには、材料特性の基本を理解する必要があります。
これは、材料の永久変形が発生する前に適用できる最大応力です。 ほとんどの場合、使用中に材料にかかる応力は、材料の降伏強度以下に抑える必要があります。 応力が高すぎると、部品に永久変形が発生します。
これは弾性率としても知られ、力が加えられたときに材料が「伸びる」量です。 力を降伏強度以下に保つと、力が取り除かれると部品は元の形状に戻ります。 弾性材料は、ブレンダーや旅行用コーヒーカップの蓋などのワッシャーやシールにもよく使用されます。
c. 硬度
プラスチックやゴムが異なれば硬度値も異なり、通常はショア硬度スケールを使用して測定されます。 ショア硬度スケールでは、硬度は 00、A、D の 40 つのカテゴリに分類されます。ショア A スケールでは、消しゴムの硬度は約 80 ですが、プラスチック製の安全ヘルメットの硬度は XNUMX に近くなります。ショアDスケールで。
d. 摩擦係数
摩擦係数は、材料の滑り挙動を説明する用語です。 これは、滑り接触や動的接触を伴うプロジェクトの場合に特に重要です。 たとえば、ベアリングの中には、摩擦係数が低いポリテトラフルオロエチレン (PTFE) 材料で作られているものもあります。
3.プラスチック部品の用途の決定。
ａ． さまざまなプラスチックがさまざまな目的に適しています
一部の用途は機械的、耐摩耗性、または弾性があります。 さまざまな用途に応じて、さまざまな材料を選択する必要があります。 同等の性能で比較的安価な材料を選択するのが賢明です。 一部のプラスチック材料はサプライヤーに長期在庫がありますが、その他の材料は特別注文が必要です。
b. 材料の入手可能性を考慮する
シート、ロッド、チューブなどの材料（たとえば、 CNC加工) または FDM に使用される印刷可能な素材が利用可能です。 通常、FDM マシンは、最終生産材料の最適な選択を一致させようとします。 他の 3D プリント オプション (SLA や SLS など) を使用して一部のプラスチックをシミュレートすることはできますが、最終製品に完全に一致する材料は通常入手できません。 SLA 材料は液体として開始され、レーザー照射によって硬化されるため、最終製品にいくつかの固有の違いが生じる可能性があります。 SLA と同様に、SLS との違いは、レーザー衝撃によって材料を周囲の別の粉末と融合させるために粉末が使用されることです。 最終生産材料がナイロンの場合、SLS は良い選択肢になる可能性があります。
c. プラスチックの処理能力を考えると
同様に、プラスチックの中には CNC 加工に適したもの (ポリプロピレンなど) もあれば、さまざまな加工方法で簡単に 3D プリントできるものもあります。 プラスチック製プロトタイプの価格は異なる場合があります。
d. プラスチックのリサイクル性を考慮する
その場合は、熱硬化性材料ではなく熱可塑性材料を使用してください。
4.試作品製作によく使われるプラスチック材料
I. PMMA
PMMA ほど複雑な響きのポリマー名を聞いたことはないかもしれませんが、アクリルガラスについては聞いたことがあるでしょう。 車のヘッドライト、窓、ディスプレイ、ランプなどに遍在しているので、理解するのは簡単です。
私。 アドバンテージ
PMMAはその透明性と耐食性により、私たちの日常生活で広く使用されています。 さらに、この材料は加工性が高く、CNC による切断、鋳造、成形が可能です。 強度があり、寸法安定性があり、摂氏 160 度までの温度で動作できます。
ii. 欠陥
PMMA はガラスよりも頑丈であるにもかかわらず、他のプラスチックと比較すると依然として比較的脆いです。 また、水と接触すると膨潤し、炭化水素に溶解する可能性があります。
iii. 使用範囲
PMMAは割れやすいガラスの代替品として広く使われています。 例としては、信号機や車のライトなどが挙げられます。 アクリルガラスは実験やデモンストレーションにもよく使われます。 PMMAは医療分野で幅広く応用されており、その透明性と耐久性から多くの医療機器がPMMAで作られています。 一部のレンズは PMMA で作られています。 ガラスのように見えるように研磨できる優れた透明部品やプロトタイプを探している場合、または透明な筐体に光を投影したい場合は、PMMA をぜひ検討してください。
II. ナイロン
ナイロンは柔軟性と強度があり、繊維の製造に適した優れた特性を持っています。 はい、プラスチック製の服を着ていることがあります。
私。 アドバンテージ
ナイロンは柔軟性が高く、同時に非常に強度があり、耐摩耗性に優れ、破片が飛散する傾向がありません。 また、非常に軽量であり、PMMA よりもさらに高い、最高 195 ℃ までの高温耐性を備えています。
ii. 欠陥
ナイロンは耐薬品性や耐腐食性にそれほど強くありません。 一部の酸、アルカリ、その他の強い液体には溶解する可能性があります。 また、太陽光に対する効果も低く、紫外線により微細構造が弱まります。 PMMA と同様に、水中で膨潤します。 収縮率も高いです。
iii. 使用範囲
最も重要な用途は自動車のタイヤです。 ナイロンは強度が高く、耐摩耗性に優れているため、摩擦を受ける部分によく使用されます。 ベアリングやギア機構の部品が必要な場合は、ナイロンが適しています。
Ⅲ． ABS
積層造形の台頭により、ABS はその低い収縮率、良好な成形性能、および比較的手頃な価格のため、最近非常に人気が高まっています。 現在、ABS はラピッド プロトタイピングに使用される主要なプラスチックの XNUMX つです。
私。 アドバンテージ
ABS はほとんどの酸やアルカリに対して耐性がありますが、他のプラスチックには耐性がありません。 非常に光沢があるので、製品に光沢を持たせたい場合はABSを検討する必要があります。 また、ABSは耐衝撃性も備えています。
ii. 欠陥
ABS は他のプラスチック素材ほど強度がありません。 第二に、ABS の作動温度は非常に低く、摂氏 90 度未満です。 わずかに毒性があるため、おもちゃや子供向け製品に使用するのは得策ではありません。
iii. 使用範囲
安価で成形性に優れているため、3D プリントや射出成形に最適であるため、多くのカスタム部品や 3D プリント部品がそれから作られています。 光沢のある仕上げのため、一部の電子機器や携帯電話のケースの製造に使用されています。 それほど潤沢な予算がない場合、またはデザインに本当に自信がない場合は、多額の費用を支払う必要がないように、ABS を使用して 3D プリントするか、プロトタイプを CNC 加工することをお勧めします。
IV. POM
他のプラスチックと比較して、POM は金属に最も近い特性を備えているため、軽量特性を維持できるため、大容量部品に非常に適しています。
私。 アドバンテージ
POMは高強度、耐疲労性を有し、高温安定性(166℃まで)にも優れています。 非常に硬く、耐食性があり、摩擦特性も良好です。 また、耐湿性の高い数少ないプラスチックの一つでもあります。
ii. 欠陥
最も恐ろしいのはその不均一な収縮であり、これは予測が難しく、鋳造または成形時にトラブルを引き起こす可能性があります。 さらに、このプラスチックは非常に硬いため、材料を切断するときに CNC 切削工具が鈍くなる可能性があります。
iii. 使用範囲
POM は非常に高い引張特性を持っているため、エンジニアリング部品や機械によく使用されます。 例えば、プラスチック製のポンプは、摩擦性能が優れているためです。 湿気をよく吸収する一部の部品はPOMで作られているため、膨張しません。
V.PC
PCはガラスやPMMAと競合してきました。 透明な部品やプロトタイプを作成する場合、PC は適切なプラスチック材料の XNUMX つです。 また、色を付けて色ガラスを作成したり、不透明な装飾を作成したりすることもできます。
私。 アドバンテージ
PC の耐震性は PMMA やガラスに比べてはるかに優れています。 耐熱性が高く、150℃以上の温度でも使用可能です。
ii. 欠陥
PC は紫外線下では性能が低下し、長期間暴露すると透明性が失われる可能性があります。 また傷がつきやすいため、クリア原型を特殊フィルムで覆います。 PC は時間の経過とともに有害な蒸気を放出するため、食品や有機物には使用しないでください。
iii. 使用範囲
車のランプや強化ガラスなど、透明な部品であれば PC や PMMA で作ることができます。 PMMA よりもラピッド プロトタイピングに広く使用されている材料です。 PC のプロトタイプの作成は比較的安価です。 本当に高強度の透明または着色プラスチックのプロトタイプが必要な場合は、PC に焦点を当てる必要があります。
5.適切なプラスチック試作メーカーを見つける
プラスチックのプロトタイプの作成にどの材料を使用すればよいかわからない場合は、すべての問題を解決できる専門メーカーを見つけることを忘れないでください。 おそらく、プロのプロトタイプメーカーを見つける方法に混乱しているのではないでしょうか? 今は情報スーパーハイウェイの時代です。 世界最大の検索エンジン「Google」を使えば、その答えが見つかるかも知れません。 一部のプロのプロトタイプ メーカーは、独自の公式 Web サイトを持っています。 Web サイトの専門知識を参照して、適切なパートナーかどうかを判断します。
DDPROTOTYPEはプラスチック試作の専門メーカーとなり、 CNCプラスチック加工 コストパフォーマンスの高いサービスを世界中のお客様に提供します。 当社のプラスチックプロトタイピングについて詳しくは、こちらをご覧ください。 今すぐ CAD ファイルを簡単にアップロードして、無料の見積もりを取得できます。