現在、世界のプラスチック製品のほとんどが射出成形プロセスで製造されています。しかし、金型の製造は非常に高価で時間がかかる場合があります。幸いなことに、金型は常に金属から削り出す必要はなく、3Dプリンターで造形することも可能です。

ステレオリソグラフィー（SLA）3Dプリンティングは、アルミニウム金型を削り出すよりも費用対効果の高い代替手段です。SLAで造形された部品は完全に密で、あらゆる方向に均一な特性を持ちます。さらに、0.45 MPaの圧力下で238°Cまでの熱たわみ温度を持つ材料もあり、これは射出成形プロセスの熱と圧力に耐えられることを意味します。

少ロット生産向け3Dプリント射出成形金型の迅速な製造

アルミニウムフレームに組み込まれた3Dプリント射出成形金型と完成した射出成形部品

手頃な価格のプロフェッショナル3Dプリンター、耐熱性3Dプリント材料、および射出成形機があれば、社内で3Dプリント射出成形金型を作成し、機能するプロトタイプや生産用プラスチック製の小ロット機能部品を製造することが可能です。少ロット生産（約10～1000個）の場合、3Dプリント射出成形金型は、高価な金属金型と比較して時間とコストを節約できます。また、製造プロセスに柔軟性をもたらし、エンジニアやデザイナーが金型プロトタイプを簡単に作成し、金型設計をテストしたり変更したりして、短いリードタイムと低コストで設計を継続的に改善することを可能にします。

SLA 3Dプリンティング技術は、滑らかな表面と高い精度が特徴であり、金型が最終部品にこの特性を転写し、部品の取り出しを容易にするため、成形用途に優れた選択肢です。SLAプリント部品は化学的に結合しており、完全に密で、あらゆる方向に均一な特性を持つため、FDM技術では不可能であった品質レベルで機能する金型を作成できます。Formlabsが製造するようなデスクトップおよびベンチトップSLAプリンターは、セットアップ、使用、メンテナンスが容易であるため、ワークフローを簡素化します。

FormlabsのRigid 10K Resinは、高充填ガラス繊維を含む工業グレードの材料であり、さまざまな金型形状や射出成形プロセス条件での金型材料として最適です。Rigid 10K Resinは、0.45 MPaの圧力下で218°Cの熱たわみ温度（HDT）と10,000 MPaの引張弾性率を持ち、非常に強く、非常に剛性が高く、熱安定性のある材料です。圧力と温度の下でその形状を維持し、精密な部品を製造できます。

Rigid 10K Resinは、射出成形用の複雑な金型をプリントするためのFormlabsの主力材料であり、同社のホワイトペーパーで3つのケーススタディを通じて紹介されています。フランスの産業技術センターIPCは、数千個の部品を研究・プリントしました。受託製造業者Multiplusはこの材料を少ロット生産に使用し、製品開発会社Novus ApplicationsはRigid 10K Resin金型1つから数百個の複雑なねじ付きキャップを射出成形しました。

High Temp Resinは、圧力と射出圧力がそれほど高くなく、Rigid 10K Resinが要求される温度に耐えられない場合に検討できる代替材料です。High Temp Resinは、0.45 MPaの圧力下で238°Cの熱たわみ温度（HDT）を持ち、Formlabsのレジン材料の中で最も高く、市場でも最高レベルの1つです。これにより、高い成形温度に耐え、冷却時間を短縮できます。ホワイトペーパーでは、石油化学会社Braskemのケーススタディが紹介されており、High Temp Resinでプリントされた金型インサートを使用して1,500サイクルの射出成形を行い、マスクストラップを製造しました。同社はインサートをプリントし、射出成形システムに組み込まれた一般的な金属金型内に設置しました。これは中ロット生産を迅速に行うための効率的なソリューションです。

ただし、High Temp Resinは比較的脆いです。非常に複雑な形状の場合、材料が反ったり割れたりしやすいことがあります。モデルによっては、十数サイクルを超える使用は困難な場合があります。この問題を解決するため、フランスの新興企業HolimakerはGrey Pro Resinに切り替えました。これはHigh Temp Resinよりも熱伝導率が低いため冷却時間が長くなりますが、より柔軟性があり、数百サイクルに対応できます。

ホワイトペーパーを無料でダウンロードして、詳細なケーススタディを確認し、射出成形用の3Dプリント金型を社内で作成する方法を学びましょう。

ケーススタディ：3Dプリント射出成形金型

Rigid 10K Resin製の3Dプリント射出成形金型と完成した射出成形部品のテクスチャ

3Dプリント金型を使用した射出成形は、さまざまな用途に適用できます。当社のホワイトペーパーをダウンロードして、実際の5つのケーススタディを確認し、このハイブリッド製造プロセスが、オーダーメイドの金型を迅速に作成し、少量の熱可塑性樹脂部品を製造することをどのように可能にするかを学びましょう。

IPCは、3Dプリント金型を使用した射出成形に関する技術調査を実施しました。
Multiplusは、少ロット生産のためにRigid 10K Resin製の3Dプリント金型を使用しました。
Novus Applicationsは、Rigid 10K Resin製の3ピース金型で数百個のねじ込み式キャップを射出成形しました。
Braskemは、High Temp Resin製の金型インサートを使用して、1週間で3000個のマスクストラップを製造しました。
Holimakerは、Grey Pro ResinおよびRigid 10K Resin製の金型を使用して、数百個の技術部品を製造しました。

3Dプリント射出成形金型に適したレジンの選び方

FormlabsのHigh Temp Resinを使用した3Dプリント射出成形金型
社内テストとお客様とのケーススタディに基づいて、以下の表の基準に基づいて3Dプリントレジンを選択することをお勧めします。3つ星は非常に高い性能を、1つ星はそれよりも低い性能を示します。

3Dプリント金型で部品を射出成形する方法

射出成形プロセスの複雑さは、主に部品の複雑さと金型構造に依存します。PP、PE、TPE、TPU、POM、PAなど、さまざまな種類の熱可塑性樹脂を3Dプリント金型で射出成形できます。低粘度の材料は、圧力抵抗を減らし、金型の寿命を延ばすのに役立ちます。ポリプロピレン（Polypropylene）とTPEは、成形しやすく、多数のサイクルで機能する材料です。一方、PAなどのエンジニアリングプラスチックは、生産サイクル数が少なくなります。剥離剤（release agent）を使用すると、特にTPUやTPEなどの柔軟な3Dプリント材料の場合、部品を金型から容易に取り出すことができます。

射出成形機の種類は、プロセスにそれほど大きな影響を与えません。射出成形を始めたばかりで、限られた予算で試したい場合は、HolipressやGalomb Model-B100のようなデスクトップ射出成形機が良い選択肢となるでしょう。Micromolderのような小型自動射出成形機やBabyplast 10/12のような油圧システムは、少量の小型部品を製造するのにも適しています。

3Dプリント金型の設計ガイドライン

アディティブマニュファクチャリングの設計原則と、射出成形金型設計の一般的な原則（約2〜3度の抜き勾配、部品全体の肉厚を均一に保つ、丸みを帯びた角など）に従うことをお勧めします。以下は、ポリマー製金型に特化した、ユーザーや専門家からの役立つヒントです。

寸法精度を向上させるには：

機械加工後の調整や表面仕上げのために、金型に余肉（stock allowance）を設ける。
金型を1セットプリントして寸法偏差を把握し、この情報を金型のCADモデルに適用する。

 

金型の寿命を延ばすには：

ランナーゲートを拡大して、キャビティ内の圧力を低減する。

可能であれば、金型の片側を平坦にし、もう一方の側に部品の詳細を設ける。これにより、金型部品の位置ずれの可能性を減らし、バリの発生リスクを低減できる。

キャビティの端から金型の端まで大きなエアベントを追加し、空気を排出できるようにする。これにより、金型への材料の流れが改善され、圧力が低下し、ゲート周辺のバリが減り、サイクルタイムが短縮される。

薄すぎる断面を避ける：1〜2 mm未満の表面厚は、熱を受けると変形する可能性がある。

印刷性能を向上させるには：

金型の背面を最適化して材料の使用量を減らす：キャビティを支えない部分の断面を減らすと、レジンを節約でき、印刷失敗や反りのリスクを軽減できる。

シャンファーを追加して、ビルドプレートからの部品の取り外しを容易にする。

金型の両ピースを揃えるのに役立つように、角にセンタリングピンを追加する。

ワークフローに関するご質問がある場合は、FAQ記事「Injection Molding With 3D Printed Molds」をご確認ください。また、完全なプロセス手順やその他のベストプラクティスについては、ホワイトペーパーをダウンロードしてください。

3Dプリント射出成形金型はサイドアクションに対応できます。

3Dプリント金型：プロトタイピングと製造のための技術

デスクトップ3Dプリンティングと金型作成を組み合わせることで、エンジニアやデザイナーは、材料の範囲を拡大し、ラピッドプロトタイピングを超えて、実際の製造レベルまで3Dプリンターの可能性を広げることができます。

3Dプリントされた金型、ダイ、パターンを使用して、成形および鋳造プロセスを補完することは、CNC加工よりも費用対効果が高く、迅速であるだけでなく、シリコン金型を使用するよりも扱いやすいことがよくあります。

射出成形に加えて、3Dプリント金型は以下の成形および鋳造プロセスにも使用できます。

熱成形および真空成形
シリコン金型作成（オーバーモールディングおよびインサートモールディングを含む）
加硫ゴム成形
宝飾品鋳造
金属鋳造

3Dプリント金型：プロトタイピングと製造のための技術
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参照元

https://formlabs.com/blog/3d-printing-for-injection-molding/