3D プリントと射出成形：どちらを選ぶべきか？

長年にわたり、射出成形は3次元プラスチック製品を製造するための主要技術であり、世界中の様々な業界や国で広く利用されてきました。しかし、様々な業界における技術進歩と同様に、3Dプリント技術の登場により、メーカーと消費者はプラスチック製品の製造方法に関してより多くの選択肢を持つようになりました。どちらの方法にも長所と短所があり、様々な製品、用途、状況に適しています。

射出成形とは何ですか?

射出成形は、企業がプラスチック部品を大量生産する際に一般的に用いられるプロセスです。このプロセスでは、高温の液体プラスチックを金型に注入し、冷却後に部品を取り出します。成形された部品は射出成形機から取り出され、品質検査を受けた後、生産ラインに沿って移動し、より大きな工場に積み込まれるか、消費者に直接出荷されます。この方法により、高精度かつ均一な部品を大量生産することが可能になります。

プラスチック射出成形は次のような場合に最適です。

● 納期が長い（単純な部品の場合は5～7週間）

● 大量生産（1回あたり1,000個以上の部品）

● 最終部品の設計（試作は不要）

● あらゆるサイズや複雑さの部品

一般的な射出成形材料

射出成形に使用できるプラスチックには多くの種類があります。よく知られているプラスチックには以下のようなものがあります。

● ABS: アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの強力で耐久性のある共重合体

● ポリプロピレン：柔軟で軽量な素材

● ポリエチレン：耐衝撃性

● ポリスチレン：安価だが硬い

●ナイロン：耐熱性と強度に優れています

3D プリントとは何ですか?

3Dプリンティング（積層造形とも呼ばれる）は、設計された部品を材料を層ごとに積み重ねていくプロセスです。材料を切断したり成形したりするのではなく、積み木を積み上げるように、薄いシートを下から上へ積み重ねることで部品を製造します。そのため、カスタム製品、試作品、または小ロット生産に最適です。

3D プリントは次のような場合に最適です。

● 迅速な処理時間（1～2週間）

● 少量生産（部品100個以下）

● 頻繁にデザインが変わる

● 比較的小さなプラスチック部品

一般的な3Dプリント材料

3D プリントはさまざまな用途で使用されるため、幅広い材料オプションも提供されます。

● PLA（ポリ乳酸）：毒性がなく、生分解性の素材で、印刷が簡単なため、模型や試作品の製作に経済的で環境に優しいです。

● ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）：強靭性、耐衝撃性、耐熱性に優れ、機能部品の製造に最適です。

● ナイロン：自動車産業や航空宇宙産業で使用され、機能部品や耐摩耗部品に最適な、強度と柔軟性を兼ね備えた素材です。

● 樹脂: SLA および DLP で詳細で滑らかな表面を実現するために使用され、強靭で柔軟性があり、鋳造可能で、さまざまな配合があります。

● TPU（熱可塑性ポリウレタン）：ゴムのような弾力性で知られるTPUは、ガスケットやシールなどの柔軟な部品に最適です。● 金属粉末：通常はステンレス鋼、チタン、アルミニウムなどの金属から作られ、航空宇宙や自動車などの高度な産業用途向けの強度の高い高性能部品に最適です。

射出成形と 3D プリントの主な違いは何ですか?

射出成形は、後期段階の試作、成熟した設計、そして公差が厳しい部品に適しています。金型は必要ですが、試作射出成形は実環境でのテストが必要な設計に適しています。少量生産の射出成形は100～10,000個の部品の製造に適しており、大量生産の射出成形は数十万個の部品を製造できます。射出成形はリードタイムが長くなる場合がありますが、サイクルタイムが短く、使用可能な材料の範囲が広くなります。

3Dプリントは、初期の試作品、改良中の設計、そして他の方法では製造できない部品形状の製作によく使用されます。この積層造形技術は金属工具を必要としないため、少量の試作品や生産において費用対効果に優れています。3Dプリントはリードタイムも短縮します。ただし、サイクルタイムが長く、使用するプラスチック材料が少なく、後処理が必要になる場合があります。

射出成形と3Dプリントのコスト比較

どちらの方法でも、コストは生産量、複雑さ、材料の選択によって異なります。

初期費用

射出成形の最大のデメリットは、金型の初期費用です。複雑な部品用のカスタム金型の設計と製造には多額の費用がかかる場合があります。しかし、一度金型が完成すれば、追加費用なしで数千、あるいは数百万個の部品を製造できます。

一方、3Dプリンターは3Dモデルのみで動作します。そのため、初期コストは非常に低く、少量生産や単一のデザインであれば費用対効果の高いソリューションとなります。

少量生産と大量生産のコスト

3D プリントは、さまざまな理由から、他の方法に比べて少量生産の場合にコスト効率に優れていますが、主な理由は、金型が不要になることです。

射出成形では、金型製造に伴う利益損失により、少量生産時には不要なコストが発生します。しかし、ある一定の水準を超えると、3Dプリントの単価は低下し、射出成形よりも大幅に高くなります。そのため、大量生産の射出成形は非常に費用対効果が高く、少量生産や試作においては3Dプリントが費用対効果に優れています。

射出成形と3Dプリントの部品納期の比較

3Dプリントは、3Dモデルの設計後すぐに3Dプリンターで部品の生産を開始するため、最も迅速な納期を実現します。モデルの複雑さに応じて、印刷には数時間から1日かかります。一方、射出成形では、繰り返し設計の場合、金型の製作に数日から数週間かかることがあります。

設計の反復とプロトタイピングのリードタイムコスト

3Dプリントは、設計変更や修正のために試作やテストが必要な場合に最適な選択肢です。修正が完了すると、3Dプリントされた部品はわずか数日で再プリントできます。一方、射出成形では新しい金型を作成する必要があるため、修正に時間がかかります。そのため、金型製作時間はプロジェクトのスケジュールに影響を与える可能性があり、これが3Dプリントと射出成形の重要な違いの一つです。

射出成形と3Dプリントの精度の比較

射出成形プロセス全体を通して、金型自体が部品に滑らかで光沢のある表面仕上げを与えるため、高い表面品質が不可欠です。金型の製造方法に応じて、マット仕上げ、光沢仕上げ、または粗仕上げを選択できます。

3Dプリント部品の場合は状況が異なり、層状の線や粗いエッジが目立つことがよくあります。メーカーは当然のことながら、これらの問題に対処するために最善を尽くしますが、研磨が必要になる場合が多くあります。この状況は、より高度なプリンターを使用することで改善されます。

射出成形と3Dプリントの用途の比較

射出成形の用途

● 同一部品の大量生産：大量の部品を効率的かつ迅速に、一貫して生産します。

● 自動車: ダッシュボード、コネクタ、ハウジング、ボンネット下のコンポーネントに使用されます。

● 民生用電子機器: 携帯電話ケース、ボタン、コネクタ、ハウジングなどの小型部品に最適です。

● 医療機器：外科用器具、診断用射出成形装置、インプラントなどの精密で耐久性のある部品が含まれます。● 包装：プラスチック容器、キャップ、ボトルの製造に適しています。

3Dプリントの用途

● アクティブ プロトタイピング: テスト、変更、反復のためのプロトタイプを迅速に開発できるため、製品開発が迅速化されます。

● カスタムまたは少量生産: 高価なツールを必要としない、ユニークな製品や少量生産に最適です。

● 航空宇宙: プロトタイプ、テストツール、複雑でない軽量部品の製造を専門とし、多くの場合特殊な材料から作られています。

● 歯科：付加製造により、高精度の歯科モデルやカスタムインプラント、クラウン、ブリッジ、その他のコンポーネントを作成できます。

● 製品開発: 新興市場やあまり知られていない市場向けに大幅な変更を必要とする、1 回限りの生産や少量生産に最適です。

● アートおよびファッション: 従来の方法では作成が困難または不可能な、複雑でカスタマイズ可能なデザインやパターンを作成できます。

射出成形と 3D プリントのどちらを選択すべきでしょうか?

他の製造プロセスと同様に、射出成形と3Dプリントのどちらを選択するかは、完成品の用途と、引張強度、滑らかさ、耐熱性または耐圧性、色褪せしにくさといった必要な仕様によって決まります。したがって、完成品の外観、感触、操作性を理解することは、製造方法を決定する前に決定する上で非常に重要な情報です。様々な射出成形プロセスと3Dプリント材料について調査することで、この重要な決定を下す際に役立ち、より良い結果を得ることができます。

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