ラピッドプロトタイピングや小規模生産向けのプラスチックは市場に数千種類も出回っており、特定のプロジェクトに最適なプラスチックを選ぶのは、特に発明家や起業家を目指す人にとっては大変な作業となる。それぞれの素材は、コスト、強度、柔軟性、表面仕上げといった点で何らかの妥協点を持っている。部品や製品の用途だけでなく、それが使用される環境も考慮する必要がある。
一般的に、エンジニアリングプラスチックは機械的特性が向上しており、耐久性が高く、製造工程中にもその特性が変化しません。また、一部のプラスチックは、強度、耐衝撃性、耐熱性を向上させるために改質することも可能です。最終部品や製品の機能に応じて検討すべき様々なプラスチック材料について詳しく見ていきましょう。
機械部品の製造によく使われる樹脂の一つに、ポリアミド（PA）としても知られるナイロンがあります。ポリアミドにモリブデンを混ぜると、滑らかな表面になり、動きやすくなります。しかし、ナイロン同士のギアは、プラスチックと同様にくっつきやすいため、推奨されません。PAは耐摩耗性と耐擦傷性に優れ、高温でも良好な機械的特性を示します。ナイロンはプラスチックを用いた3Dプリントに理想的な素材ですが、時間の経過とともに吸水します。
ポリオキシメチレン（POM）は、機械部品にも優れた選択肢です。POMは、デュポン社のデルリンの製造に使用されるアセタール樹脂で、ギア、ネジ、ホイールなどに使用される貴重なプラスチックです。POMは、高い曲げ強度と引張強度、剛性、硬度を備えています。しかし、アルカリ、塩素、熱水によって劣化しやすく、接着しにくいという欠点があります。
プロジェクトが何らかの容器であれば、ポリプロピレン（PP）が最適です。ポリプロピレンは耐熱性、耐油性、耐溶剤性に優れ、化学物質を放出しないため、食品保存容器に使用されています。また、ポリプロピレンは剛性と耐衝撃性のバランスが優れているため、繰り返し曲げても破損しないループを簡単に作ることができます。パイプやホースにも使用可能です。
もう一つの選択肢はポリエチレン（PE）です。PEは世界で最も一般的なプラスチックで、強度、硬度、剛性は低いものの、一般的に乳白色のプラスチックとして、薬瓶、牛乳容器、洗剤容器などに使用されています。ポリエチレンは幅広い化学物質に対して高い耐性を持ちますが、融点が低いという特徴があります。
アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）樹脂は、高い耐衝撃性と高い耐引裂性・耐破壊性を必要とするあらゆるプロジェクトに最適な素材です。ABSは軽量で、ガラス繊維で強化することも可能です。スチレン樹脂よりも高価ですが、硬度と強度が高いため、耐久性に優れています。溶融成形によるABS樹脂3Dモデリングは、迅速なプロトタイピングに最適です。
ABSはその特性からウェアラブル機器に適した素材です。Star Rapidでは、E3designのスマートウォッチケースを射出成形した黒色の塗装済みABS/PCプラスチックで製作しました。この素材を使用することで、デバイス全体が比較的軽量になり、時計が硬い表面にぶつかるなどの偶発的な衝撃にも耐えられるケースを実現しています。汎用性と耐衝撃性に優れた素材が必要な場合は、高耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）が適しています。この素材は、耐久性のある電動工具ケースや工具ケースの製造に適しています。HIPSは手頃な価格ですが、環境に優しい素材とは見なされていません。
多くのプロジェクトでは、ゴムのような弾力性を持つ射出成形樹脂が求められます。熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、高い弾性、低温性能、耐久性を備えた特殊配合が多数あるため、優れた選択肢です。TPUは、電動工具、ローラー、ケーブル絶縁材、スポーツ用品などにも使用されています。耐溶剤性、耐摩耗性、せん断強度に優れているため、多くの産業環境で使用できます。しかし、空気中の水分を吸収しやすい性質があるため、製造工程での加工が難しいという欠点があります。射出成形には、衝撃吸収ゴムグリップなどの製造に用いられる、安価で扱いやすい熱可塑性ゴム（TPR）もあります。
部品に透明なレンズや窓が必要な場合は、アクリル樹脂（PMMA）が最適です。PMMAは剛性と耐摩耗性に優れているため、プレキシガラスなどの飛散防止窓の製造に使用されています。また、研磨性にも優れ、引張強度も高く、大量生産にもコスト効率よく対応できます。ただし、耐衝撃性や耐薬品性はポリカーボネート（PC）ほど高くはありません。
プロジェクトでより強度のある材料が必要な場合、PCはPMMAよりも強度が高く、優れた光学特性を備えているため、レンズや防弾窓に適しています。PCは室温で曲げたり成形したりしても破損しません。高価な金型ツールを必要とせずに成形できるため、プロトタイプの作成に役立ちます。PCはアクリルよりも高価で、熱湯に長時間さらされると有害な化学物質が放出される可能性があるため、食品安全基準を満たしていません。PCは耐衝撃性と耐傷性に優れているため、さまざまな用途に最適です。Star Rapidでは、この材料を使用してMuller Commercial Solutionsのハンドヘルド端末の筐体を製造しています。この部品はPCの塊からCNC加工され、完全に透明である必要があったため、手作業で研磨し、蒸気で磨き上げました。
これは、製造業で最も一般的に使用されているプラスチックの簡単な概要です。これらのほとんどは、特定の仕様を満たすために、さまざまなガラス繊維、紫外線安定剤、潤滑剤、またはその他の樹脂で改質することができます。
ゴードン・スタイルズ氏は、ラピッドプロトタイピング、ラピッドツーリング、少量生産を手掛ける企業、スターラピッド社の創業者兼社長です。エンジニアリングのバックグラウンドを持つスタイルズ氏は、2005年にスターラピッド社を設立し、彼のリーダーシップの下、同社は従業員250名規模に成長しました。スターラピッド社は、3DプリンティングやCNC多軸加工といった最先端技術と、伝統的な製造技術および高い品質基準を融合させた、国際的なエンジニアと技術者のチームを擁しています。スターラピッド社に入社する以前、スタイルズ氏は英国最大のラピッドプロトタイピングおよびツーリング企業であるSTYLES RPD社を所有・経営しており、同社は2000年にARRK Europe社に売却されました。
投稿日時：2023年4月19日