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3D プリント射出成形: 新しい技術研究論文をダウンロードしてください。

投稿者 : FIT THAI on

フランス工業技術センター(IPC)は、少量生産の射出成形における3Dプリント金型の有用性を評価する調査を実施しました。本レポートでは、Formlabsソリューションでプリントされた金型の射出成形における製造および試験手順を詳細に記述し、その結果とベストプラクティスを紹介しています。

射出成形金型を印刷するのに 3D プリンターを使用する理由は何ですか?

射出成形は、精密な形状公差や寸法公差を備えたプラスチック部品を大量生産するための、費用対効果が高く、再現性の高い技術です。しかし、従来の鋼製金型はコストが高いため、少量生産では射出成形が困難であり、新製品の市場投入までの期間が遅れることがよくあります。3Dプリント射出成形金型を使用することで、エンジニア、メーカー、製品設計者はコストを削減し、生産時間を短縮し、より優れた製品を市場に投入できます。3Dプリント射出成形金型は、実世界の材料を用いて機能プロトタイプを設計したり、同一の試作プロトタイプを複数製作したり、さらにはカスタム部品や少量生産の機能部品を製造したりしたい人にとって、優れた選択肢となります。

プラスチックおよび複合材料のリーダーである IPC による研究。

IPCは、プラスチックおよび複合材料のイノベーションに特化したフランスの専門産業技術センターです。IPCは、あらゆる産業分野、特に中小企業を支援するための革新的なアプローチとツールを開発しています。センターは、ヨーロッパの主要な科学関係者と緊密に連携し、製造プロセスを問わず、企業の研究開発(R&D)、イノベーション、技術、スキル移転を支援しています。

IPCは、主要な業界課題に対処するため、3つの技術移転プロジェクトを実施してきました。循環型経済(DIS 30)、積層造形(PRINTER)、インダストリー4.0、高付加価値製品(HYPROD 2)における研究開発の専門知識を活かし、企業を支援しています。IPCのチームは、調査の実施、試験方法の開発、実現可能性調査、技術移転を通じて、業界やメーカーのイノベーション推進を支援しています。

最近、IPCは3Dプリント金型を用いた射出成形の実現可能性を評価する研究プロジェクトを実施しました。このレポートでは、特にFormlabs 3Dプリンターの使用に関連する調査結果の一部をまとめています。

詳細な研究と比較のための標準形状。

IPC 研究プロジェクトは、次の 3 つのフェーズに分かれた 2 年間の技術研究で構成されています。

  1. 3D プリント技術の比較。
    複数のメーカーの技術データを用いて予備的な分類を実施しました。熱特性と機械特性は、それぞれ熱たわみ温度(HDT)とヤング率を用いて評価しました。特定された技術ごとに4種類のベンチマークを作成し、主要な特性を明らかにして最も有望な3つの材料を選定しました。樹脂ベースの3Dプリントソリューションは、その高い解像度と滑らかな表面仕上げにより、射出成形に最適な選択肢として選ばれました。

全体として、検討対象とした全ての3Dプリント技術の寸法公差範囲はほぼ同程度で、細かい部分では±0.02 mmから±0.05 mm、大きな部分では±0.05 mmから±0.2 mmの範囲でした。機械加工またはフライス加工された金属金型の標準的な精度は±0.02 mmと予想されます。このレベルの精度は、パーティングラインの適切な位置合わせとバリの発生防止に必要です。本レポートでは、IPCが3Dプリントされたポリマー金型のパーティングラインを改善するための2つの手法を紹介します。

テストおよび比較のための標準形状。

  1. 材料の特性と性質の分類、設計ガイドライン、3D 印刷技術。

  2. 射出成形試験:IPCは異なる金型を用いて2つの試験を実施しました。最初の試験では、「耐久試験」設計を採用し、Formlabs High Temp Resinでプリントしたモノマテリアル金型を用いて、約100個のポリプロピレン製部品を射出成形しました。2つ目の試験では、より厳しい「耐久試験」設計を採用し、今回はマルチマテリアル金型を用いて数千個のポリプロピレン製部品を射出成形しました。コアとインサートはFormlabs Rigid 10K Resinで、フレームはSLS技術を用いてPA12でプリントしました。

当社のホワイト ペーパーでは、Formlabs 3D 印刷ソリューションを使用して実施された研究の側面について取り上げており、特に設計と製造のガイドライン、射出成形の条件、および観察された結果に重点を置いています。

結果

IPCは、少量生産の射出成形における3Dプリント金型の有用性を評価しました。Formlabs Rigid 10K Resinでプリントした金型コアとPA12材料でプリントしたフレキシブルな金型フレームを使用することで、数千個のポリプロピレン製部品を射出成形することができ、金属金型と比較して約80~90%のコスト削減を実現しました。

最終的な射出成形品のテクスチャ加工された表面には、リジッド 10K 樹脂で印刷された金型を金属金型に組み立てるというマルチマテリアル成形プロセスが使用されています。

デスクトップ3Dプリントは、最小限の設備で迅速かつ低コストで射出成形用金型を製造できる強力なソリューションです。CNCマシンの稼働時間を節約し、熟練オペレーターの作業負荷を軽減することで、オペレーターはより価値の高いプロジェクトに集中できるようになります。これらの金型は、セットアップ、操作、メンテナンスが容易なため、既存の射出成形プロセスにシームレスに統合できます。

メーカーは、社内 3D プリントのスピードと柔軟性を活用して金型を作成し、それを産業用射出成形機の生産能力と統合して、一般的な熱可塑性プラスチックから製造された部品をわずか数日間で大量に提供することができます。

3D プリントのガイドラインや金型組み立ておよび製造プロセスの条件に関する洞察を含む技術調査の概要を閲覧するには、完全なレポートをダウンロードしてください。

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