12のプラスチック製造方法とその使用時期

プラスチック製造は、ほとんどの産業にとって不可欠です。ポリスチレン製の食品包装からエンジニアリンググレードのPEEKで作られた工業用部品まで、プラスチック製造は私たちが知っているように生活に多大な貢献をしています。プラスチック部品を製造する能力がなければ、根本的に新しい生産システムを開発する必要があります。

しかし、プラスチックを作るには多くの異なる方法が必要です。射出成形、プラスチック押出成形、FDM 3D印刷はすべてプラスチックの製造方法であり、さらに多くの方法があります。これらのさまざまなプラスチック製造方法は、さまざまなプラスチック部品に適しており、それらの間で選択することは必ずしも容易ではありません。予算、部品設計、および材料は、プラスチックの製造方法を選択する際の要素のほんの一部です。

この記事では、12種類のプラスチック製造方法を紹介し、それらの基本的なプロセスと有用性について説明します。プラスチックの製造方法ごとに、最終用途の部品の製造に使用できる例をいくつか示します。

1.射出成形
射出成形は、最も一般的なプラスチック製造プロセスです。熱可塑性および熱硬化性ポリマーを処理できます。

プラスチックペレットを溶融するまで加熱し、往復スクリューを使用して溶融プラスチックを金型に押し込むことにより、迅速なプラスチック加工を行うこの方法。溶融した材料は冷却され、凝固し、金型キャビティの形状になります。次に、ソリッドパーツが金型から排出されます。

射出成形は、さまざまな材料や部品に適しています。部品は薄壁で一貫している必要がありますが、そうでない場合はさまざまな形状やサイズになる可能性があります。

射出成形部品の例：使い捨て食品トレー、車のダッシュボード、LEGOブロック

2.ブロー成形
ブロー成形は、射出成形ほど一般的ではないプラスチック成形プロセスです。押出ブロー成形、射出ブロー成形、射出ストレッチブロー成形の3つの異なるバリエーションがあります。

このプラスチック製造プロセスは、（完全に溶融したペレットの代わりに）金型とパリソンと呼ばれる溶融した熱可塑性チューブを使用して機能します。加圧された空気がパリソンに入り、プラスチックが膨張して金型の内壁に接触し、最終的に金型キャビティの形状になります。

ブロー成形は、プラスチック製のウォーターボトルなどの中空のプラスチック部品に適しており、HDPEが最も一般的な材料です。

ブロー成形部品の例：ボトル、ドラム、燃料タンク

3.回転成形
回転成形は、高温高圧を使用してプラスチック部品を成形する別のプラスチック成形プロセスです。金型を回転させて内部のプラスチック材料を動かすことで機能します。

回転成形プロセスでは、粉末プラスチックが金型に入れられ、金型が加熱されて2つ（またはそれ以上）の軸を中心に回転します。この回転により、溶融プラスチックが金型の内部全体を覆い、キャビティの形状をとることが保証されます。

回転成形の利点には、より簡単な工具、一貫した肉厚、および強力な外側コーナーが含まれます。ただし、成形品を排出する前に金型全体を冷却する必要があるため、プロセスが遅くなる可能性があります。

回転成形部品の例：ビン、貯蔵タンク、おもちゃ

4.真空鋳造
真空鋳造は、着色されたプロトタイプの小さなバッチに通常使用されるプラスチック製造プロセスです。彼はシリコンモールドを使用してウレタンプラスチック部品を製造しています。

このプラスチック製造プロセス中に、オペレーターはウレタン鋳造樹脂をシリコーン型に注ぎます。次に、真空によってエアポケットと気泡が除去され、非常に滑らかな仕上がりになります。次に、ウレタン部品をオーブンで焼きます。

真空鋳造は、プロトタイプの陳列ケースのような部分的に透明な部品の一般的なプラスチック製造プロセスです。

真空成形部品の例：電子ハウジングとカバー、さまざまなディスプレイのプロトタイプ

5.プラスチック加工
プラスチック加工は非常に人気のあるプラスチック製造プロセスです。これには、CNCフライス盤、CNC旋削、およびその他の関連プロセスが含まれます。

さまざまな機械がさまざまな方法で動作しますが、プラスチック加工では通常、手動またはコンピューター制御の切削工具を使用してプラスチック部品の一部を切削します。機械加工は非常に正確で、さまざまなプラスチックで機能し、厚肉部品の製造には鋳造よりも優れています。

プラスチック加工は、押し出しなどの他の手法を使用して作成されたパーツに詳細を追加する場合にも役立ちます。

機械加工部品の例：その他の工業用部品、治具および固定具、自動車用照明

6.溶融堆積物のモデリング
溶融堆積モデリング（FDM）は、プラスチック製造で最も一般的な3D印刷プロセスです。これは、ABSやPLAなどの一般的な熱可塑性プラスチック、およびPEEKなどの高度な材料で機能します。

FDMは、押し出された熱可塑性フィラメントを加熱し、コンピューターの指示に従って、移動するノズル（プリントヘッドに取り付けられている）から正確な形状に堆積させることで機能します。パーツの2Dスライスは、完全な3Dオブジェクトが作成されるまで、レイヤーごとに印刷されます。

少量の場合、FDMは非常に高速で費用効果が高く、複雑な内部形状を持つものを含め、さまざまな形状を生成できます。ただし、特に強い部品は生成されません。

FDM部品の例：さまざまなプロトタイプ、スペアパーツと修理、複合工業用パーツ

7.ステレオリソグラフィー
ステレオリソグラフィー（SLA）は、熱可塑性ポリマーの代わりにフォトポリマー樹脂で機能するプラスチック3D印刷の別の形式です。

レーザーなどの光源を使用してフォトポリマー樹脂を選択的に硬化させることで機能します。 （関連技術であるデジタル光処理では、代わりにプロジェクターを使用しました。）プリントベッドが樹脂バット内を移動するときに、パーツがレイヤーごとに印刷されます。

SLAは、壊れやすいが非常に滑らかなパーツを生成します。これは、透明にすることもできます。プロトタイピングによく使用されますが、ジュエリー歯科にも応用できます。

SLAパーツの例：ディスプレイのプロトタイプ、歯科用アライナー、鋳造用のジュエリーモデル

8.選択的レーザー焼結
選択的レーザー焼結（SLS）は、プラスチック製造プロセスであり、3D印刷のもう1つの形態です。主にナイロン部品の製造に使用されます。

SLSは粉末床融合プロセスです。これは、レーザーを使用してプラスチック粉末の2D形状を層ごとに選択的に焼結し、完全なプラスチック部品を構築することによって機能します。これは、選択的レーザー溶融（SLM）金属添加剤の製造プロセスとほぼ同じです。他のプラスチック3D印刷方法に対する利点は、サポート構造を必要としないことです。

SLSは、FDMやSLAよりも、工業用積層造形プロセスと見なされており、自動車業界で人気があります。

SLS部品の例：ツール、自動車用ハードウェア、電気コネクタ

9.プラスチック押出成形
押し出し3D印刷と混同しないように、プラスチック押し出しは、プラスチックをダイに通して、一貫したプロファイルを持つ細長いプラスチック部品を作成するプロセスです。

この大量のプラスチック製造プロセスは、バレル内のプラスチックを加熱し、往復スクリューを使用してダイに押し込み、連続したプロファイルの最終形状を与えることで機能します。結果として生じるプラスチックの押し出しは、冷却するにつれて硬化します。

一般的なプラスチック押出材料には、ポリエチレン、ポリプロピレン、アセタール、ナイロンなどがあります。このプロセスには、インフレーションフィルムの押し出しやチューブの押し出しなどのバリエーションもあります。

押し出し成形品の例：パイプ、チューブ、窓枠

10.プラスチック引抜成形
プラスチック押出成形は、材料を押し出すのではなく、ダイを通して引っ張るプラスチック押出成形のバリエーションです。

引抜成形のプラスチック製造技術は、繊維強化プラスチックに適しています。プロセス中、繊維強化繊維のロールは、繊維を含浸させるプラスチック樹脂のリザーバーを通り、次に加熱されたダイを通り、繊維強化樹脂にカスタムプロファイルを与えます。

ポリエステル、ポリウレタン、エポキシなど、いくつかのプラスチック樹脂が引抜成形に適しています。ガラス繊維は最も一般的な補強材です。

引抜成形部品の例：補強バー、スキーストック、さまざまな構造補強部品

11.プラスチック溶接
溶接は主に金属に関連していますが、プラスチック溶接は、接着やその他の接合方法に適さない熱可塑性部品を接合するための有用なプラスチック製造プロセスです。

プラスチック溶接プロセスには、ホットガス溶接、急速点溶接、接触溶接など、さまざまなバリエーションがあります。バリエーションの大部分は、プラスチックの表面を準備し、熱と圧力を加えてから冷却することを含みます。

プラスチック溶接のさまざまな方法は、熱的、機械的、または電磁的に分類できます。

溶接部品の例：ハウジング、携帯電話部品、医療機器

12.熱成形
熱成形は、成形に似たプラスチック製造の一種ですが、完全に溶融したプラスチックの代わりに、わずかに加熱されたプラスチックのシートを使用します。

プラスチックの製造方法の技術には、オーブンと型が必要です。プロセス中、プラスチックシートは柔軟になるまで加熱されます。次に、切断して冷却する前に、通常は真空を使用して型の上に伸ばします。

熱成形は、小規模または大量生産で実行できるため、非常に用途が広いです。

熱成形部品の例：ブリスター、プラスチックカップ、蓋