CNC 加工の一般的な描写には、ほとんどの場合、金属製ワークピースの操作が含まれます。ただし、CNC 加工はプラスチックに広く適用できるだけでなく、プラスチック CNC 加工はいくつかの業界で一般的な加工プロセスの 1 つでもあります。
製造プロセスとしてプラスチック機械加工が受け入れられるようになったのは、利用可能なプラスチック CNC 材料が多岐にわたるためです。さらに、コンピューター数値制御の導入により、プロセスはより正確かつ高速になり、公差が厳しい部品の製造に適しています。プラスチックの CNC 加工についてどれくらい知っていますか?この記事では、プロセスと互換性のある材料、利用可能なテクニック、およびプロジェクトに役立つその他の事項について説明します。
CNC加工用プラスチック
多くの機械加工可能なプラスチックは、さまざまな業界が製造する部品や製品の製造に適しています。その用途はその特性に応じて異なります。ナイロンなどの一部の機械加工可能なプラスチックは、金属の代替となる優れた機械的特性を備えています。以下は、カスタムプラスチック加工に使用される最も一般的なプラスチックです。
ABS:
アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS) は、耐衝撃性、強度、高い機械加工性で知られる軽量の CNC 材料です。優れた機械的特性を誇りますが、化学的安定性が低いことは、グリース、アルコール、その他の化学溶剤に対する感受性から明らかです。また、純粋な ABS (添加剤を含まない ABS) は火を止めた後でもプラスチックポリマーが燃えてしまうため、熱安定性が低くなります。
長所
機械的強度を損なうことなく軽量化を実現します。
プラスチックポリマーは機械加工性に優れているため、ラピッドプロトタイピング材料として非常に人気があります。
ABS は融点が低いので適しています (これは、3D プリンティングや射出成形などの他のラピッド プロトタイピング プロセスにとって重要です)。
高い引張強度を持っています。
ABSは耐久性が高く、長寿命を意味します。
お手頃価格です。
短所
熱を受けると高温のプラスチックガスを放出します。
このようなガスの蓄積を防ぐために適切な換気が必要です。
融点が低いため、CNC 機械によって発生する熱により変形が生じる可能性があります。
アプリケーション
ABS は、その優れた特性と手頃な価格のため、製品を製造する際の多くのラピッド プロトタイピング サービスで使用される非常に人気のあるエンジニアリング熱可塑性プラスチックです。電気産業や自動車産業で、キーボード キャップ、電子筐体、車のダッシュボード コンポーネントなどの部品の製造に応用できます。
ナイロン
ナイロンまたはポリアミドは、高い耐衝撃性、耐薬品性、耐摩耗性を備えた低摩擦のプラスチック ポリマーです。強度 (76mPa)、耐久性、硬度 (116R) などの優れた機械的特性により、CNC 加工に非常に適しており、自動車および医療部品製造業界での用途がさらに向上します。
長所
優れた機械的特性。
高い引張強度を持っています。
費用対効果が高い。
軽量なポリマーです。
耐熱性、耐薬品性に優れています。
短所
寸法安定性が低いです。
ナイロンは水分を吸収しやすい性質があります。
強い鉱酸に弱い。
アプリケーション
ナイロンは、医療および自動車産業における実際の部品の試作および製造に適用できる高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。 CNC 素材から製造されたコンポーネントには、ベアリング、ワッシャー、チューブが含まれます。
アクリル
アクリルまたは PMMA (ポリメタクリル酸メチル) は、その光学的特性により、プラスチック CNC 加工でよく使用されます。プラスチックポリマーは半透明で傷つきにくいため、そのような特性を必要とする産業に応用されています。それ以外にも、靭性と耐衝撃性から明らかなように、非常に優れた機械的特性も備えています。アクリル CNC 加工は、その安価さにより、ポリカーボネートやガラスなどのプラスチック ポリマーの代替品となっています。
長所
軽量です。
アクリルは耐薬品性と耐紫外線性に優れています。
機械加工性が高いです。
アクリルは耐薬品性に優れています。
短所
熱、衝撃、磨耗にはあまり強くありません。
大きな負荷がかかると割れる可能性があります。
塩素系・芳香族有機物質に対しては耐性がありません。
アプリケーション
アクリルはポリカーボネートやガラスなどの代替材料として適用可能です。その結果、自動車産業ではライトパイプや車の表示灯カバーの製造に、その他の産業ではソーラーパネルや温室のキャノピーなどの製造に応用できます。
POM
POM または Delrin (商品名) は、機械加工性の高い CNC プラスチック材料であり、その高い強度と熱、化学薬品、摩耗/損傷に対する耐性により、多くの CNC 機械加工サービスで選ばれています。デルリンにはいくつかのグレードがありますが、寸法が安定しているため、ほとんどの業界ではデルリン 150 および 570 が使用されています。
長所
すべての CNC プラスチック材料の中で最も機械加工しやすい材料です。
耐薬品性に優れています。
高い寸法安定性を持っています。
高い引張強度と耐久性を備えており、より長い寿命を保証します。
短所
酸に対する耐性が弱いです。
アプリケーション
POM はさまざまな業界で応用されています。たとえば、自動車分野では、シートベルト部品の製造に利用されています。医療機器業界ではインスリン ペンの製造に POM が使用され、消費財分野では電子タバコや水道メーターの製造に POM が使用されています。
HDPE
高密度ポリエチレン プラスチックは、応力や腐食性の化学薬品に対して高い耐性を持つ熱可塑性プラスチックです。同等品よりも引張強度 (4000PSI) や硬度 (R65) などの優れた機械的特性を備えており、そのような要件のある用途ではLDPEが代替されます。
長所
柔軟な機械加工可能なプラスチックです。
ストレスや化学薬品に対する耐性が非常に優れています。
優れた機械的特性を持っています。
ABSは耐久性が高く、長寿命を意味します。
短所
耐紫外線性に劣ります。
アプリケーション
HDPE プロトタイピング、ギア、ベアリング、包装、電気絶縁、医療機器の作成など、さまざまな用途に使用できます。迅速かつ簡単に加工できるため、プロトタイピングに最適であり、低コストなので複数の反復を作成するのに最適です。また、摩擦係数が低く耐摩耗性が高いため歯車の材料として、自己潤滑性や耐薬品性があるためベアリングの材料として適しています。
LDPE
LDPE は、優れた耐薬品性と低温性を備えた、丈夫で柔軟なプラスチック ポリマーです。義肢装具の製造など医療部品製造業界で広く応用されています。
長所
丈夫で柔軟です。
耐食性に優れています。
溶接などの熱技術を使用して簡単にシールできます。
短所
高温耐性が必要な部品には不向きです。
剛性が低く、構造強度が低いです。
アプリケーション
LDPE は、カスタムのギアや機械部品、電子機器の絶縁体やハウジングなどの電気部品、研磨または光沢のある外観の部品の製造によく使用されます。さらに。摩擦係数が低く、絶縁抵抗が高く、耐久性があるため、高性能用途に最適な材料です。
ポリカーボネート
PC は、耐熱性と電気絶縁性を備えた丈夫で軽量なプラスチック ポリマーです。アクリルと同様に、その自然な透明性によりガラスの代わりに使用できます。
長所
ほとんどのエンジニアリング熱可塑性プラスチックよりも効率的です。
自然な透明性があり、光を透過します。
とてもよく色が乗ります。
高い引張強度と耐久性を持っています。
PC は希酸、油、グリースに対して耐性があります。
短所
60℃を超える水に長時間さらされると劣化します。
炭化水素による摩耗を受けやすいです。
紫外線に長時間さらされると時間の経過とともに黄ばみます。
アプリケーション
ポリカーボネートはその軽い特性に基づいて、ガラス材料の代わりに使用できます。そのため、安全メガネや CD/DVD の製造に使用されています。その他、手術器具やサーキットブレーカーの製造にも適しています。
プラスチック CNC 加工方法
CNC プラスチック部品加工では、コンピューター制御の機械を使用してプラスチック ポリマーの一部を除去し、目的の製品を形成します。サブトラクティブ製造プロセスでは、次の方法を使用して、厳しい公差、均一性、精度を備えた無数の部品を作成できます。
CNC旋削加工
CNC 旋削は、工作物を旋盤上に保持し、回転または旋削によって切削工具に対して回転させることを含む加工技術です。 CNC 旋削加工にも次のようないくつかの種類があります。
直線または円筒形の CNC 旋削は、大きな切削に適しています。
テーパー CNC 旋削は、円錐状の形状の部品の作成に適しています。
プラスチック CNC 旋削加工には、次のようないくつかのガイドラインがあります。
摩擦を最小限に抑えるために、刃先のバックすくい角がマイナスになっていることを確認してください。
切れ刃には大きな逃げ角が必要です。
ワークピースの表面を研磨して、表面仕上げを改善し、材料の蓄積を減らします。
最終カットの精度を向上させるには、送り速度を下げます (粗いカットの場合は 0.015 IPR の送り速度を使用し、精密なカットの場合は 0.005 IPR の送り速度を使用します)。
クリアランス、サイド、すくい角をプラスチック材料に合わせて調整します。
CNCフライス加工
CNC フライス加工では、フライス カッターを使用してワークピースから材料を除去し、必要な部品を取得します。 CNC フライス盤には、3 軸フライス盤と多軸フライス盤に分けられます。
一方で、3 軸 CNC フライス盤は 3 つの直線軸 (左から右、前後、上下) で移動できます。そのため、シンプルなデザインの部品の作成に適しています。一方、多軸ミルは 3 つ以上の軸を移動できます。そのため、複雑な形状のプラスチック部品の CNC 加工に適しています。
プラスチック CNC フライス加工には、次のようなガイドラインがいくつかあります。
カーボンまたはガラスで強化された熱可塑性プラスチックをカーボン工具で機械加工します。
クランプを使用して主軸速度を上げます。
内側の角を丸くすることで応力集中を軽減します。
ルーターを直接冷却して熱を分散させます。
回転速度を選択してください。
表面仕上げを改善するために、フライス加工後にプラスチック部品のバリを取り除きます。
CNC穴あけ加工
プラスチック CNC 穴あけ加工では、ドリル ビットを取り付けたドリルを使用してプラスチック ワークピースに穴を作成します。ドリルビットのサイズと形状によって穴のサイズが決まります。さらに、切りくず排出の役割も果たします。使用できるボール盤の種類には、ベンチ、アップライト、ラジアルなどがあります。
プラスチック CNC 穴あけ加工には、次のようなガイドラインがいくつかあります。
プラスチックのワークピースにストレスをかけないよう、鋭利な CNC ドリルビットを使用してください。
適切なドリルビットを使用してください。たとえば、リップ角 9 ～ 15° の 90 ～ 118° のドリルビットは、ほとんどの熱可塑性プラスチックに適しています (アクリルの場合は、0° のすくい角を使用します)。
適切なドリルビットを選択することで、切りくずを簡単に排出できます。
冷却システムを使用して、加工プロセス中に発生するさらなる発生を軽減します。
CNC ドリルを損傷せずに取り外すには、穴あけの深さが 3 ～ 4 倍未満であることを確認してください。ドリルの直径。また、ドリルが材料から抜け出しそうになったら、送り速度を下げてください。
プラスチック加工の代替品
CNC プラスチック部品機械加工以外にも、他のラピッド プロトタイピング プロセスも代替手段として機能します。一般的なものには次のようなものがあります。
射出成形
これは、プラスチック加工品を扱う一般的な量産プロセスです。射出成形では、寿命などの要因に応じてアルミニウムまたはスチールから金型を作成します。その後、溶融したプラスチックが金型キャビティに射出され、冷却されて目的の形状が形成されます。
プラスチック射出成形は、プロトタイピングと実際の部品の製造の両方に適しています。それとは別に、これは複雑な設計や単純な設計の部品に適した費用対効果の高い方法です。さらに、射出成形部品は追加の作業や表面処理をほとんど必要としません。
3D プリント
3D プリンティングは、小規模ビジネスで使用される最も一般的なプロトタイピング方法です。積層造形プロセスは、ナイロン、PLA、ABS、ULTEM などの熱可塑性プラスチックの加工に使用される、光造形 (SLA)、溶融堆積モデリング (FDM)、選択的レーザー焼結 (SLS) などのテクノロジーで構成されるラピッド プロトタイピング ツールです。
各テクノロジーには、3D デジタル モデルの作成と、目的の部品を層ごとに構築することが含まれます。これはプラスチック CNC 加工に似ていますが、後者とは異なり、材料の無駄が少なくなります。さらに、工具の必要性がなくなり、複雑なデザインの部品の作成により適しています。
真空鋳造
真空注型またはポリウレタン/ウレタン注型では、シリコン型と樹脂を使用してマスター パターンのコピーを作成します。ラピッドプロトタイピングプロセスは、高品質のプラスチックを作成するのに適しています。さらに、コピーはアイデアの視覚化や設計上の欠陥のトラブルシューティングにも適用できます。
プラスチック CNC 加工の産業応用
プラスチック CNC 加工は、精度、精度、公差が厳しいなどの利点があるため、広く適用できます。このプロセスの一般的な産業用途には次のものがあります。
医療産業
CNCプラスチック加工は現在、義肢や人工心臓などの医療用機械加工部品の製造に応用されています。高度な精度と再現性により、業界が要求する厳しい安全基準を満たすことができます。さらに、材料の選択肢は無数にあり、複雑な形状も作成できます。
自動車部品
自動車デザイナーもエンジニアも、プラスチック CNC 機械加工を使用して、リアルタイムの自動車コンポーネントやプロトタイプを作成します。プラスチックは軽量で燃料消費量を削減できるため、ダッシュボードなどのカスタム CNC プラスチック部品の製造に業界で広く適用されています。さらに、プラスチックは、ほとんどの自動車部品が経験する腐食や摩耗に対して耐性があります。それとは別に、プラスチックは複雑な形状に簡単に成形できます。
航空宇宙部品
航空宇宙部品の製造には、高精度で厳しい公差を備えた製造方法が必要です。その結果、業界はさまざまな航空宇宙用機械加工部品の設計、テスト、構築に CNC 加工を選択しています。プラスチック材料は、複雑な形状への適性、強度、軽量かつ高耐薬品性、耐熱性などの理由から適用可能です。
電子産業
電子業界でも、その高精度と再現性により CNC プラスチック加工が好まれています。現在、このプロセスは、ワイヤー エンクロージャ、デバイスのキーパッド、LCD スクリーンなどの CNC 機械加工されたプラスチック電子部品の製造に使用されています。
プラスチック CNC 加工を選択する場合
上で説明した多くのプラスチック製造プロセスから選択するのは難しい場合があります。その結果、プラスチック CNC 加工がプロジェクトにとってより良いプロセスであるかどうかを判断するのに役立ついくつかの考慮事項を以下に示します。
公差が厳しいプラスチック試作設計の場合
CNC プラスチック加工は、厳しい公差が必要な設計の部品を作成する場合に適した方法です。従来の CNC フライス盤では、約 4 μm という厳しい公差を達成できます。
プラスチックプロトタイプに高品質の表面仕上げが必要な場合
CNC マシンは高品質の表面仕上げを提供するため、プロジェクトに追加の表面仕上げプロセスが必要ない場合に適しています。これは、印刷中に層の跡が残る 3D 印刷とは異なります。
プラスチックプロトタイプに特殊な材料が必要な場合
プラスチック CNC 機械加工を使用すると、高温耐性、高強度、または高耐薬品性などの特殊な特性を備えたプラスチック材料を含む、幅広いプラスチック材料から部品を製造できます。これは、特殊な要件を持つプロトタイプを作成する場合に理想的な選択肢となります。
製品がテスト段階にある場合
CNC 加工は 3D モデルに依存しているため、変更は簡単です。テスト段階では継続的な修正が必要なため、CNC 加工により、設計者や製造業者は機能的なプラスチックのプロトタイプを作成し、設計上の欠陥をテストしてトラブルシューティングすることができます。
· 経済的なオプションが必要な場合
他の製造方法と同様、プラスチック CNC 加工は部品をコスト効率よく製造するのに適しています。プラスチックは、金属や複合材料などの他の材料よりも安価です。さらに、コンピュータによる数値制御の方が精度が高く、複雑な設計にも適しています。
結論
CNC プラスチック加工は、その精度、速度、公差が厳しい部品の製造に適しているため、業界で広く受け入れられているプロセスです。この記事では、プロセスと互換性のあるさまざまな CNC 加工材料、利用可能な技術、およびプロジェクトに役立つその他の事項について説明します。
適切な加工技術を選択することは非常に難しい場合があり、プラスチック CNC サービス プロバイダーに外注する必要があります。 GuanSheng ではカスタムのプラスチック CNC 加工サービスを提供しており、お客様の要件に基づいてプロトタイピングやリアルタイム使用のためのさまざまな部品の作成をお手伝いします。
当社では、厳格かつ合理化された選択プロセスによる CNC 加工に適したプラスチック材料をいくつか用意しています。さらに、当社のエンジニアリングチームは、専門的な材料選択のアドバイスや設計の提案を提供することができます。今すぐ設計をアップロードして、すぐに見積もりを取得し、競争力のある価格で無料の DfM 分析を入手してください。
投稿日時: 2023 年 11 月 13 日