市場には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が何千種類も存在します。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です。それぞれの素材は、コスト、強度、柔軟性、表面仕上げの点で妥協点を見出しています。部品や製品の用途だけでなく、使用環境も考慮する必要があります。
一般的に、エンジニアリングプラスチックは優れた機械的特性を備えており、耐久性が向上し、製造工程でも変化しません。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。最終的な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。
機械部品の製造に最も一般的に使用される樹脂の一つはナイロン、別名ポリアミド（PA）です。ポリアミドをモリブデンと混合すると、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互いにくっついてしまう傾向があるため、推奨されません。PAは耐摩耗性と耐摩耗性に優れ、高温でも優れた機械特性を発揮します。ナイロンはプラスチックを用いた3Dプリントに最適な素材ですが、時間の経過とともに吸水性が増します。
ポリオキシメチレン（POM）も機械部品に最適な選択肢です。POMは、デュポン社のデルリン（歯車、ねじ、車輪などに用いられる貴重なプラスチック）の製造に用いられるアセタール樹脂です。POMは高い曲げ強度、引張強度、剛性、硬度を誇ります。しかし、アルカリ、塩素、熱水によって劣化し、接着しにくいという欠点があります。
容器などのプロジェクトであれば、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、そして化学物質の放出がないため、食品保存容器に使用されています。そのため、安心して食べることができます。また、剛性と耐衝撃性のバランスに優れているため、繰り返し曲げても壊れないループ状のものを作るのが容易です。パイプやホースにも使用できます。
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すが、強度、硬度、剛性が低いです。通常は乳白色で、薬瓶、牛乳、洗剤の容器に使用されます。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）素材は、高い耐衝撃性、引裂強度、破損強度が求められるあらゆるプロジェクトに最適です。ABSは軽量で、グラスファイバーで補強することも可能です。スチレンよりも高価ですが、硬度と強度に優れているため、耐久性に優れています。ラピッドプロトタイピングに最適なフュージョン成形ABS 3Dモデリング。
ABSはその特性から、ウェアラブルデバイスに最適です。Star Rapidでは、E3designのスマートウォッチケースを、射出成形された黒色の塗装済みABS/PCプラスチックを用いて製作しました。この素材の選択により、デバイス全体が比較的軽量でありながら、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。多用途で耐衝撃性のある素材が必要な場合は、高衝撃性ポリスチレン（HIPS）が最適です。この素材は、耐久性の高い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考えられていません。
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用樹脂が求められます。熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、高弾性、低温性能、耐久性を実現する様々な特殊配合を備えているため、優れた選択肢となります。TPUは電動工具、ローラー、ケーブル絶縁体、スポーツ用品にも使用されています。耐溶剤性があるため、TPUは高い耐摩耗性とせん断強度を有し、多くの産業環境で使用できます。しかし、大気中の水分を吸収するため、製造工程での加工が困難になることが知られています。射出成形には、衝撃吸収ゴムグリップの製造など、安価で扱いやすい熱可塑性ゴム（TPR）があります。
部品に透明なレンズや窓が必要な場合は、アクリル（PMMA）が最適です。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に使用されています。PMMAは研磨性にも優れ、引張強度も優れており、大量生産においてコスト効率に優れています。ただし、ポリカーボネート（PC）ほど耐衝撃性や耐薬品性はありません。
プロジェクトでより強度の高い材料が必要な場合、PC は PMMA よりも強度が高く、光学特性にも優れているため、レンズや防弾窓に適しています。また、PC は室温でも破損することなく曲げたり成形したりできます。高価な金型を必要としないため、試作に適しています。PC はアクリルよりも高価であり、長時間お湯にさらす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ハウジングを製造しています。この部品は PC の固体ブロックから CNC 加工されましたが、完全に透明である必要があったため、手作業で研磨し、蒸気で研磨しました。
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ほんの一部です。これらのほとんどは、様々なガラス繊維、紫外線安定剤、潤滑剤、または他の樹脂で改質することで、特定の仕様を満たすことができます。
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、少量生産を行う企業であるStar Rapidの創業者兼社長です。エンジニアとしての経歴を活かし、スタイルズ氏は2005年にStar Rapidを設立し、現在では従業員数250名を誇る企業に成長しました。Star Rapid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、そして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。Star Rapid入社以前は、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を所有・運営していましたが、同社は2000年にARRK Europeに売却されました。
投稿日時: 2023年4月19日