金型と金型の 3D プリント、パート 1

Aug 08, 2023

この記事をシェアする

3D プリンティングの採用が工業製造のより大きな分野に広がるにつれて、単なるラピッド プロトタイピング ツール以上のテクノロジーの価値がますます明らかになってきています。 最終部品の製造に積層造形 (AM) が使用されていない場合でも、企業は従来の製造プロセスの工具の製造に積層造形 (AM) を使用できることを学び始めています。 特に、射出成形やダイカスト用の 3D プリンティング金型や金型には、カスタム、オンデマンド、複雑な部品の製造という点で AM が提供するさまざまなメリットがあるため、多くの可能性を秘めています。

プラスチック部品の大量生産で最も一般的な射出成形では、液体プラスチックを高圧で金型に注入します。 金型のすべてのキャビティを埋めるとプラスチックが硬化し、完成した部品が取り出されます。 ほとんどの場合、使用されるポリマーは熱可塑性プラスチックであり、高温で溶融し、金型に入れると冷却されます。

4段階のスクリュー射出成形。

通常、金型はアルミニウムまたはスチールから精密機械加工されており、その費用は数千ドルから数十万ドルかかる場合があります。 したがって、射出成形は、数万から数百万の部品を大量に製造する場合に最もコスト効率が高くなります。 50 ～ 100 個の部品からなる少量の射出成形の場合、3D プリントはよりコスト効率の高いオプションとなる可能性があります。

金型の製造に 3D プリンティングが選択されるその他の理由としては、納期が短いことが挙げられます。 CNC マシンで作成される金型のリードタイムは 5 ～ 7 週間ですが、印刷された金型はわずか数日から数週間で作成できます。

部品の正確な要件に応じて、選択される AM テクノロジーは金属である必要はありません。 代わりに、材料噴射と SLA を使用して、高精度で良好な表面仕上げの金型を作成できます。 これは、サイズが 150 mm 未満の小さな部品に特に当てはまります。

アルミニウムフレームを備えた 3D プリント金型。 画像提供：Formlabs。

3D Hubs が 3D プリント射出成形金型の特に役立つ設計ガイドで説明しているように、アルミニウム フレームは、射出プロセスの圧力と熱に対して 3D プリントされたプラスチック金型インサートをサポートするためによく使用されます。 このようなフレームがないと、使用を続けると金型が歪む可能性が高くなりますが、コンフォーマルな冷却チャネルをプラスチック金型に簡単に組み込むことができます。 ただし、そもそも金属から金型を 3D プリントしている場合は、これについて心配する必要はありません。

ダイカストは、溶融したプラスチックを溶融した金属に置き換えることを除いて、射出成形と非常によく似たプロセスです。 液体金属は高圧で金属金型 (この場合は金型と同じ) に射出され、金型の空洞に充填され、硬化して金属部品が形成されます。 ダイカストは通常​​、小型から中型の部品を大量に製造するために使用されます。 ベルトのバックルや自動車のエンジンなどにダイカストが使用されています。

Exco Engineering によって 3D プリントされた一体型冷却チャネルを備えたダイカストインサート。 画像提供：Exco Engineering

3D プリンティング金型には、AM を使用して射出成形用の金型を製造する場合と同じ多くの利点があります。つまり、納期が短く、複雑な形状を製造できることです。 3D プリントは、金型を小ロット生産に使用する場合、はるかにコスト効率が高くなります。

一般に、ダイカストプロセスの高熱と圧力に耐えるために、金型は金属で作られている必要がありますが、一部のインベストメント鋳造技術では必ずしも当てはまりません。 3D プリンティングのダイとインサート (金型の修正に使用) を専門とする企業は、適切な材料の選択に苦労していると報告しています。 カナダの企業 Exco Engineering は、H13 で作られた 3D プリント金型の経験上、気孔率と亀裂が多いため、H13 工具鋼 (通常は従来のダイカストに使用される可能性がある) ではなくマレージング鋼を選択することがあります。 ただし、今後の投稿で説明するように、複数の金属を使用して 3D プリント ダイで特定の結果を達成する可能性を開くテクノロジーがあります。