プラスチック部品とは何ですか？種類、製造プロセス、産業での用途は何ですか？
プラスチックは、消費者向け製品から医療機器まで、エンドユース部品や製品を製造する最も一般的な材料です。プラスチックは多用途な材料カテゴリーであり、数千種類の高分子オプションがあり、それぞれに固有の機械的特性を持っています。しかし、プラスチック部品はどのように作られるのでしょうか？
さまざまなプラスチック製造プロセスが開発されており、幅広い用途、部品の形状、プラスチックの種類に対応しています。製品開発に携わる設計者やエンジニアにとって、今日利用可能な製造オプションと、将来的に部品の製造方法がどのように進化していくかを示す新しい開発について理解しておくことは非常に重要です。
このガイドは、プラスチック部品を製造するための最も一般的な製造プロセスの概要と、あなたの用途に最適な選択をするためのガイドラインを提供します。
適切なプラスチック製造プロセスの選び方
製品の製造プロセスを選択する際に考慮すべき要素：
形状：あなたの部品には複雑な内部構造や厳しい公差要件がありますか？設計の形状によっては、製造オプションが制限される場合や、経済的に製造するために大きな設計・製造（DFM）最適化が必要になることがあります。
量/コスト：計画している部品の総量または年間生産量はどれくらいですか？一部の製造プロセスは金型やセットアップに高い初期コストがかかりますが、1つあたりのコストは安価に抑えられます。対照的に、少量生産のプロセスは立ち上げコストが低いですが、サイクルタイムが遅く、自動化や手作業が多いため、量が増えるとコストが一定またはわずかに低下します。
リードタイム：部品や完成品をどれくらいの速さで生産する必要がありますか？一部のプロセスでは、最初の部品を24時間以内に作成できますが、
一部の大量生産プロセスでは、金型やセットアップに数ヶ月かかります。
材料：あなたの製品はどのような応力やひずみに耐える必要がありますか？最適な材料は、多くの要素によって決まります。コストは機能的および美観的要件とバランスを取る必要があります。特定の用途に理想的な特性を考慮し、それらを利用可能な選択肢と比較してください。
プラスチックの種類
プラスチックは、さまざまな基本化学組成、誘導体、添加剤を持つ何千もの種類があり、幅広い機能的および美観的特性をカバーするように調整されています。
特定の部品や製品に最適な材料を見つけるプロセスを簡素化するために、まずはプラスチックの2つの主要なタイプ：熱可塑性と熱硬化性を見てみましょう。
熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂は最も一般的に使用されるタイプのプラスチックです。熱硬化性と異なる主な特徴は、劣化せずに何度も溶融と固化を繰り返せる能力です。熱可塑性樹脂は通常、小さなペレットやシートの形で供給され、加熱してさまざまな製造プロセスを用いて希望の形状に成形されます。このプロセスは完全に可逆的であり、化学結合が行われないため、リサイクルや溶融再利用が可能です。
一般的な熱可塑性材料の種類：
アクリル（PMMA）
アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）
ポリアミド（PA）
ポリ乳酸（PLA）
ポリカーボネート（PC）
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）
ポリエチレン（PE）
ポリプロピレン（PP）
ポリ塩化ビニル（PVC）
熱硬化性プラスチック
熱可塑性プラスチックとは異なり、熱硬化性プラスチック（熱硬化体とも呼ばれる）は、硬化後も永久的な固体状態を保ちます。熱硬化性材料の高分子は、熱、光、または適切な放射線によって誘導される硬化過程で架橋します。この硬化過程は不可逆的な化学結合を形成します。熱硬化性プラスチックは加熱すると分解し、溶けるのではなく、冷却しても再形成されません。熱硬化体をリサイクルしたり、元の成分に戻すことはできません。
一般的な熱可塑性材料の種類：
シアネートエステル
エポキシ
ポリエステル
ポリウレタン
シリコーン
硫化ゴム
製造工程の種類
3Dプリント
CNC加工
高分子鋳造
回転成形
真空成形
射出成形
押出し
ブロー成形
3Dプリント
プロフェッショナルな3Dプリンターは、CADモデルから直接三次元の部品を作成し、材料を層ごとに積み重ねて完全な物理的部品を形成します。
部品製造に使用されるプラスチック材料の種類
すべてのプラスチックが同じように作られているわけではありません。選択した材料は、部品の性能から製造プロセスまであらゆることに影響します。以下は、製造に使用される主要なプラスチックのカテゴリーです：
熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂は加熱すると柔らかくなり、冷却すると硬化します。これにより、繰り返し加熱して成形し直すことが可能です。一般的な熱可塑性樹脂には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABSがあります。利点は、多用途性、リサイクル性、耐久性です。
熱硬化性樹脂
熱硬化性樹脂は加熱時に永久的な化学結合を形成するため、最初の成形後に再成形できません。ポリウレタン、エポキシ、フェノール樹脂が一般的です。これらは、機械的性質と耐熱性を向上させます。
エラストマー
エラストマーはゴムのような柔軟性と弾力性を示します。シリコーンゴムやTPEのような熱可塑性エラストマーは、弾性を必要とする部品に広く使用されています。利点には、衝撃吸収性と適合性があります。
複合材料
複合材料は、ガラス繊維やカーボンナノチューブなどの補強材とプラスチックを組み合わせます。これにより、強度や耐摩耗性などの特性を調整できます。繊維強化ナイロンは人気のある複合材料の選択肢です。
プラスチック部品設計に影響を与える要因
プラスチック部品の設計には、多くの相互依存する要素のバランスが必要です。製造前の重要な考慮事項は次のとおりです：
機械的性質：材料の選択と部品の形状に基づく強度、延性、衝撃耐性。
寸法精度：正確な公差の維持と収縮の考慮。
部品の重量：薄壁にすることで軽量化できるが、耐久性が損なわれる可能性もある。
外観：表面仕上げ、テクスチャー、部品の一体化など。
組み立て：簡易な組み立てと固定のためのかみ合わせ機能。
これらを早い段階で考慮し、製造性と性能を最適化しましょう。
人気のプラスチック成形プロセスの解説
適切な成形技術の選択は、生産量、部品設計、プラスチックの特性、精度のニーズによります。最も一般的な方法は次のとおりです：
射出成形
高圧を用いて溶融したプラスチックを金型キャビティに押し込み、複雑な部品を優れた一貫性と詳細な特徴とともに生産します。大量生産に理想的です。
ブロー成形
加熱によってプラスチックを柔らかくし、圧縮空気を使って金型内で膨らませる方法です。薄くてカスタマイズ可能な壁を持つボトルなどの中空部品を作るのに適しています。
回転成形
二軸回転を利用してプラスチック粉末を金型に均一にコーティングします。タンクや貨物コンテナのようなシームレスで中空の部品を提供します。材料の無駄も最小限です。
圧縮成形
熱硬化性プラスチックを使用し、雄型/雌型の金型間で熱と圧力を加えて圧縮する。小さな精密部品のためのシンプルで大量生産に適した工程。
熱成形
薄い熱可塑性シートを加熱し、真空や圧力をかけて型に押し付ける。大量包装や基本的な部品のための迅速で経済的な方法。
最新のトレンドと革新
プラスチック部品の製造は新技術によって進化し続けている：
マルチマテリアル成形は、硬いプラスチックと柔らかいプラスチックを組み合わせてハイブリッド素材の特性を実現。
マイクロ成形は、医療や電子機器用途のための精巧な微細部品を生産。
3Dプリンティングは、金型を使わずに迅速な試作と少量生産を可能にする。
自動化とIoTは、データ駆動の効率性、品質管理、サプライチェーンの統合をもたらす。
バイオプラスチックなどの持続可能な素材は環境負荷を低減。
これらの革新を活用することで、メーカーはより高性能なプラスチック部品をこれまで以上に迅速かつ柔軟に製造できる。
重要なポイント
プラスチックは、多様な部品の形状や素材特性をコスト効率よく製造できる比類なき柔軟性を提供。
最適な部品設計には、機能性、製造性、美観などの要素のバランスが必要。
射出成形は大量生産に最適だが、他の工程もさまざまなニーズに対応。
継続的な進歩により、プラスチック部品の設計可能性と競争力が拡大。
適切な素材選択と工程の専門知識を持つことで、ほぼすべてのプラスチック部品を効率的に製造可能。製造パートナーと密に連携し、プラスチックの潜在能力を最大限に引き出し、ビジョンを効率的に実現。
