ウレタン鋳造とは? 実践ガイド
ペースの速い製品開発の世界で, スピードと品質が最も重要です. 企業は、デジタル設計から忠実度の高い物理部品にできるだけ早く移行する必要があります. これは機能テストに不可欠です, 市場検証, ステークホルダーのプレゼンテーション. 3D プリンティングは初期のコンセプトに最適ですが、, そして射出成形は大量生産の王様です, 両者の間には重大なギャップが存在する. 高品質のプラスチック部品の少量生産に, 異なるテクノロジーが最高に君臨: ウレタン鋳造.
ウレタン鋳造, 真空鋳造とも呼ばれます, 柔らかいシリコン型を使用して非常に詳細なものを作成する製造プロセスです, ポリウレタン樹脂からの生産品質のプラスチック部品. これは、部品の小ロットを生産するための理想的な技術です (通常 10-100 単位) 従来のツーリング方法では比類のないスピードと費用対効果を備えています. 単一の試作と本格的な生産の間の架け橋です.
ラピッドプロトタイピングと少量生産のリーダーとして, GD-Prototypingには深い, ウレタン鋳造プロセスにおける実践的な専門知識. このガイドでは、包括的な内容を提供します。, 技術の実用的な概要. それがどのように機能するかを探っていきます, 関係する材料, そしてその主な利点, アプリケーション, と制限事項.
ウレタン鋳造の仕組み? CADから鋳造部品まで
ウレタン鋳造は、デジタル製造の精度と従来の金型製造の熟練した職人技を組み合わせた多段階プロセスです. 各ステップは、完璧な, 高品質の最終部品. 初期段階で行われた詳細と注意のレベルは、完成品の品質に直接つながります.
ステップ 1: マスターパターンの作成
ウレタン鋳造工程全体は、1つの, 完璧 "マスターパターン。" これは完璧なです, 最終部品の物理レプリカ. その後のすべてのキャスト パーツの品質は、このマスターの品質を直接反映しています. そこで, その作成は細心の注意を払ったプロセスです.
マスター パターンは通常、高解像度の 3D プリント技術を使用して作成されます, 光造形機能付き (SLA) 好ましい選択であること. SLA が使用されるのは、非常に滑らかな表面仕上げと信じられないほど細かい形状の詳細を備えた部品を製造できるためです. パーツが印刷された後, 厳格な手作業による仕上げ工程を経ています. 熟練したモデルメーカーが丁寧に研磨します, 注ぐ, パターンを磨いて、レイヤーラインや欠陥の痕跡を取り除きます. 目標は、完成品と視覚的にも質感的にも同一のサーフェスを作成することです, 射出成形品. シリコン型はあらゆる微細な細部を捉えるため、このレベルの完璧さは不可欠です.
ステップ 2: 金型ボックスとマスターの準備
マスターパターンが完成した状態で, 金型製作工程が始まります. 最初の決定は、 "パーティングライン。" これは、シリコン型の 2 つの半分が分離して部品を解放する線です. マスターパターンは、鋳造ボックス内に慎重に吊り下げられます. ゲートと通気口はマスターに戦略的に追加されています. ゲートは、液体樹脂が注がれるチャネルです, 通気口は、金型キャビティから空気を逃がすためのチャネルです. 次に、ボックスの内面全体とマスターパターンを特殊な離型剤でコーティングします. これにより、硬化したシリコンがそれらにくっつかないようにします.
ステップ 3: シリコン型を流し込む
ここでフレキシブルツールが作成されます. 2液液状シリコーンゴムを精密に測定し、混合します. 次に、混合されたシリコーンを真空チャンバー内に置いて脱気します. このプロセスにより、液体から溶解した気泡がすべて除去されます. これらの気泡を取り除くことが重要です, 閉じ込められた空気は、金型キャビティの表面に空隙や欠陥を引き起こす可能性があるためです.
シリコンが完全に気泡がなくなったら, 慎重に鋳造箱に注がれます. 液体シリコーンはマスターパターンの上と周りを流れます, 箱全体を埋める. 注入は、新しい気泡の侵入を避けるために、ゆっくりと意図的に行われます.
ステップ 4: 硬化と離型
充填された鋳造箱は、硬化オーブンに入れられます. 温度が上昇すると、シリコーンゴムの硬化プロセスが加速されます, 液体から固体に変える, 丈夫な, それでも柔軟なブロック. 通常、これには数時間かかります.
金型が完全に硬化した後, オーブンと箱から取り出されます. 次に、熟練した技術者が鋭利な刃を使用して、所定のパーティングラインに沿ってシリコンブロックを慎重に半分に切断します. 切断は特定の, 波状のパターンが多い, これにより、後で金型の 2 つの半分が完全に整列します. カットが完了したら, 2つの半分は分離されています, そしてマスターパターンがそっと取り除かれます. 結果は完璧なです, 部品の負のキャビティ, 鋳造準備完了.
ステップ 5: ウレタン部品の鋳造
これが最終生産段階です. シリコン型の2つの半分が再組み立てされます, 2液性ポリウレタン鋳造樹脂が選択されます. この樹脂は、目的の生産プラスチックの機械的特性と外観に密接に一致するように選択されます. 樹脂にカラー顔料を添加して、特定のカスタムカラーを実現できます.
2つの樹脂成分が混合されている, そしてシリコンと同じように, 液体ウレタンは真空チャンバー内で脱気されます. 空のシリコンモールドもチャンバー内に配置されます. 次に、脱気した樹脂を金型のゲートに流し込みます. 真空環境により、液体樹脂は空気を閉じ込めることなくキャビティの細部まで引き込まれます. これが、このプロセスがしばしば呼ばれる理由です "真空鋳造。"
ステップ 6: 硬化と最終仕上げ
金型が充填された後, 真空チャンバーから取り出され、硬化オーブンに入れられます. 熱はポリウレタンの化学反応を促進します, 固形プラスチック部品に硬化させる. 一度硬化したら, 柔軟なシリコンモールドが開きます, そして真新しい, 完全に形成された部分が取り除かれます. ゲートまたは通気口内の少量の材料は、手動で切り取られます. これでパーツが完成し、使用する準備が整いました.
ウレタン鋳造の材料
ウレタン鋳造の多用途性は、プロセスの各段階で使用される特定の材料から生まれます. 各材料は、最終部品の高品質に貢献する独自の特性を考慮して選択されます.
マスターパターンマテリアル
前述したように, マスターパターンは通常、SLA 3Dプリントを使用して作成されます. SLA で使用されるフォトポリマー樹脂は、優れた表面品質とディテールを備えた部品を製造できるため、理想的です. これにより、マスターパターンを完璧なレプリカにすることができます, そこから鋳造される部品に高い基準を設定する. 場合によっては, 精密CNC加工された部品は、マスターパターンとしても使用できます.
金型材料: シリコーンゴム
シリコーンゴム プロセスの中心です. これはいくつかの重要な理由で使用されます:
- 柔軟性: 硬化した金型の柔軟性により、アンダーカットやドラフトゼロの特徴を備えた部品の作成が可能になります, 硬い金型では不可能です. 金型を曲げたり引き伸ばしたりして、これらの複雑な形状を解放することができます.
- 引き裂き抵抗: シリコンは、繰り返しの離型によるストレスに耐えるのに十分な耐久性があります, 周囲で生産できるようにする 20-25 摩耗し始める前の部品.
- 細かい詳細の複製: 液体シリコーンは粘度が非常に低いです. これにより、マスターパターンのあらゆる微細なディテールに流れ込み、キャプチャすることができます, 細かいテクスチャや小さなテキストを含む.
- 耐薬品性: ポリウレタン鋳造樹脂に対して不活性です, 金型と部品の間の不要な化学反応の防止.
鋳造材料: ポリウレタン樹脂
最終的な部品は、 2液性ポリウレタン樹脂. これらは、一般的な生産熱可塑性プラスチックの特性をシミュレートするように配合された多用途の熱硬化性プラスチックです. これは、このプロセスの最大の強みの 1 つです. エンジニアは、特定の結果を達成するために、幅広い樹脂から選択できます:
- ABSライク樹脂: これらは剛性と耐久性があります, ハウジングやエンクロージャに最適.
- ポリカーボネートライク樹脂: これらは光学的に透明で、レンズやライトパイプに最適です.
- ゴム状エラストマー: これらは柔らかく柔軟性があり、幅広い硬度レベルで利用できます. それらはガスケットを作成するために使用されます, シール, オーバーモールドグリップ. 最終部品の柔軟性は、デュロメーターによって測定されます. 詳細については、 真空鋳造ショア硬度チャート.
- ガラス充填樹脂: これらはより高い剛性と耐熱性を提供します.
ウレタン鋳造の主な利点
少量生産用, ウレタン鋳造は、他の製造プロセスでは比類のない利点の組み合わせを提供します.
卓越したスピードと低いツーリングコスト
これが主な利点です. シリコン型は数日で作成できます, マスターパターンの開始から最初の部分が詠唱されるまで. これは、金属射出成形ツールの作成に必要な数週間または数か月よりも劇的に高速です. コストも価格のほんの一部です. この工具への初期投資が少ないため、少量の部品を生産することが経済的に実現可能になります.
高品質の表面仕上げとディテール
手作業で仕上げたマスターパターンから始まるので, 得られた鋳造部品は、金型から取り出した直後に優れた表面仕上げをします. それらは完全に滑らかで光沢のあるものにすることができます, または、特定のテクスチャを複製することもできます. このレベルの品質により、多くの場合、塗装やサンディングなどの後処理が不要になります, 時間とお金の節約.
多彩な材料特性
ポリウレタン樹脂の幅広い選択肢により、外観を忠実に模倣した部品の製造が可能になります, 感じる, および最終生産部品の機能. これは、ユーザーテスト用のリアルなプロトタイプを作成するのに最適です, マーケティング, および機能評価. 樹脂は硬質に配合できます, フレキシブル, クリア, または高温耐性, 任意の色にカスタム着色できます.
デザインの自由度
シリコンモールドの柔軟な性質により、エンジニアは設計の自由度が高まります. 複雑な形状の部品を作成することが可能です, 軽微なアンダーカットやドラフトゼロの表面を含む, そのためには、従来の射出成形金型では高価で複雑なサイドアクションが必要になります. これにより、プロトタイピング段階でより有機的で複雑なデザインを作成できます.
制限を理解する
強力なテクノロジーですが、, ウレタン鋳造はすべてのプロジェクトに適した選択ではありません. 特定の用途には適さない特定の制限があります.
金型の寿命が限られている
これが最も重要な制限です. 柔軟なシリコンモールドの寿命は有限です. 部品の鋳造と離型を繰り返すプロセスでは、少量の磨耗が発生します. 時間の経過とともに, 金型キャビティの細部が劣化し始めます. 通常、単一のシリコン型で次のものを製造できます。 20 そして 25 品質が低下し始める前に部品をマスターパターンから新しい金型を作成する必要があります. さらに詳しく知る, ガイドを読む シリコンモールドの寿命.
材料特性は "シミュレーション"
ポリウレタン樹脂は優れており、生産用プラスチックを忠実に模倣できますが, それらはまだ熱硬化性です "類似物。" それらは実際の熱可塑性プラスチックではありません (ABSのように, パソコン, またはPP) 射出成形による大量生産に使用されるもの. 最終材料の正確な熱的および機械的特性を必要とする厳格なエンジニアリングテスト用, ウレタン鋳造は適さない場合があります.
部品あたりのコストが高い
ウレタン鋳造プロセスは非常に手作業がかかり、労働集約的です. マスターの仕上げから、個々のパーツの混合と注ぎ方まで, 熟練した技術者のかなりの時間が必要です. これは、個々の部品のコストが射出成形などの自動化プロセスよりも高くなることを意味します. これが、このプロセスが大量生産の場合に経済的ではない理由です.
ウレタン鋳造の理想的な用途
ウレタン鋳造は、単一のプロトタイプと完全な生産実行の間のスペースで優れています. スピードのユニークな組み合わせ, 品質, また、工具コストが低いため、いくつかの主要なアプリケーションに最適なソリューションです.
- ラピッドプロトタイピングと形状/フィットテスト これは、複数の部品がアセンブリ内でどのように組み合わさるかをテストするために、忠実度の高いプロトタイプの小シリーズを作成するのに最適です.
- マーケティングや写真撮影のためのプリプロダクションパーツ 優秀な, 射出成形のような表面仕上げにより、ウレタン鋳造部品はマーケティング写真での使用に最適です, 展示会, 最終生産部品が利用可能になる前の投資家向けプレゼンテーション.
- ブリッジ制作 として使用できます。 "橋" 製品を市場に投入し、射出成形用の長いリードタイムの生産ツールがまだ製造されている間に売上を上げ始めること.
- 少量生産 少量しか生産されない特殊な製品向け (カスタム医療機器など, 科学機器, または航空宇宙部品), ウレタン鋳造は最終的な製造方法になる可能性があります.
- オンデマンドスペアパーツ 元の射出成形ツールが存在しなくなったレガシー機器の交換部品を作成するために使用できます.
結論
ウレタン鋳造は、現代の製品開発環境において非常に貴重な技術です. 高品質の生産のための比類のないソリューションを提供します, 信じられないほどのスピードと手頃な価格を備えた少量のプラスチック部品. 高解像度のマスターパターンと柔軟なシリコンモールドを活用することで、, 他の追随を許さない美的品質の部品を提供します. コンセプトから現実への理想的な架け橋です, 企業がテストできるようにする, 検証, そして、これまで以上に迅速に製品を発売します.
プロセスを理解する, その素材, そして、その特定の利点と制限が、その可能性を最大限に活用するための鍵となります. GD-Prototypingで, 当社の熟練した技術者とエンジニアのチームは、ウレタン鋳造プロセスのあらゆる段階の専門家です. 私たちは、お客様の期待を超える品質とスピードでお客様のデザインに命を吹き込むお手伝いをする準備ができています.
