真空成形: 総合ガイド

「複雑で詳細な 3D パーツから大量の製造まで、真空成形は価値のあるプロセスです。この包括的なガイドで、その利点、制限、および用途を調べてください。」

プラスチック加工業界では、真空成形とは、少量の部品生産に使用される短時間の熱成形プラスチックプロセスを指します。通常、成形に比べて効率が高く経済的であるため、製薬業界や自動車製造業界で広く使用されています。さらに、医療用ブリスターパックから自動車のサスペンションや内装部品に至るまで、繊細な機能のプロトタイプを複製するのにも役立ちます。ただし、最適な結果を得るには、材料の適切な選択や、温度、圧力、模倣速度などの操作プロセス パラメーターに関して、さまざまな要素を考慮する必要があります。等。 

このブログでは、 真空鋳造プロセスこれには、その仕組み、主要な手順、産業用途、利点、限界、および製品開発や少量生産におけるその他の重要な考慮事項が含まれます。

 

真空成形とは何ですか？

真空成形

真空成形プラスチック は、さまざまな工業用 6D アイテムを製造するために、厚さ (10 ～ 3 mm) の熱硬化性樹脂または熱可塑性プラスチックのシートを使用する従来のプラスチック製造または押出プロセスです。動作中、真空圧が生成され、目的のプラスチック材料が、形状と正確な部品仕様を必要とするカスタマイズされた金型に吸い込まれます。このプロセスに必要な最適な真空空気圧と温度は 9.8 ～ 12.25 psi です。約真空度はインチ、温度範囲はそれぞれ 115 ～ 165 °C です。 

用途に合わせて市場に投入するまでに数日から数週間かかる従来の技術とは異なり、通常は正確な部品仕様を形成するのに最小限の時間しかかかりません。さらに、工業用真空成形は、大量生産要件を満たす比較的経済的なプロセスです。 

 

真空成形: プロセスのワークフロー

ここでは、カスタム真空成形プロセスの段階的なプロセス ガイドを示します。 

• まず、3D CAD ソフトウェアを使用して、目的のプラスチック部品または製品の所定の形状を設計します。 
• 次に、金型設計者は、熱可塑性プラスチックを加工するために、穴の開いた周囲または角度の付いた真空金型を作成します。これらの角度のついた金型は、真空成形プロセスの完了後にプラスチック製品が飛び出すのを容易にするために、最初に予熱されます。通常、必要な強度と部品の正確な仕様に応じて、鋳造アルミニウム、木材、ポリスチレン、構造用フォームなどの材料が使用されます。 
• 金型設計段階の後、真空成形機に移行します。ここでは、目的のプラスチック シートが成形機上に適切にクランプされています。このクランプ グリップはシートを締め付けて、プロセス中の不正確さを回避します。 
• 次に、処理される材料の種類に応じて、シートは加熱源を通じて均一に加熱されます (より均一な熱浸透が必要な用途には通常、ツイン ヒーターが推奨されます)。これにより、シートがガラス転移温度以下で伸びて溶けやすくなります。 
• 次に、真空を作り出し、プラスチック シートと金型の内部に閉じ込められた空気を除去することによって、引き伸ばされた加熱シートを金型の表面に押し付けます。 
• その後、部品は冷却され、金型から取り出され、成形される材料に応じてトリミング、陽極酸化、テクスチャの調整などの仕上げが行われます。 

 

真空成形機にはどんな種類があるの？

プラスチック製造業界で広く採用されている真空成形機には、さまざまな人気のタイプがあります。そのうちの 3 つの一般的なマシンは次のとおりです。 

• 卓上真空成形機
• 中型真空成形機
• 工業用真空成形機
• DIY 熱成形機

卓上真空成形機 

卓上真空成形機

卓上真空成形機は通常、個人向けにカスタマイズされた成形用途向けに設計されています。これらの機械は比較的使いやすく、コンパクトな形状で、厚さ 6 mm 未満の熱可塑性プラスチック シートの加工に使用できます。 

中型真空成形シート

これらのマシンは通常、小規模から中規模のプロトタイプの作成に使用されます。メーカーは、成形プロセスを簡単に半自動で制御できるため、小規模のカスタマイズされたバッチで部品を成形できるようになります。 

工業用真空成形機

工業用真空成形機

これらのマシンは、商業用途向けに特別に設計されています。ヘルスケア、自動車、航空宇宙、消費者製品、包装などの製造業界は、社内の生産ラインでこれらの機械を使用しています。工業用真空成形機は、設計者がより重要で複雑な設計を形作ることができるため、他の機械に比べて経済的な利点が得られます。 

DIY 熱成形機

名前が示すように、DIY マシンは主に 10 代の若者や子供たちの教育を目的として設計されています。ポータブルで使いやすく、シンプルなデザインに適しています。 

 

真空成形 vs.加圧成形: 主な違い

真空成形と圧力成形は、プラスチックの熱成形または製造技術の一種です。用語は同じように聞こえますが、違いがあります。これらのテクニックの特徴的な側面を調べてみましょう。 

表：真空成形と圧空成形の違い

側面	真空成形	圧力成形
プロセス	A プラスチック成形 このプロセスでは、熱可塑性シートを使用して、3 次元プラスチック部品製造用の金型の形状を回転させます。	真空と空気圧を組み合わせてシートを目的の 3D 製品に変換します。
成形手段	真空を使用して、加熱したプラスチックを金型上に約 15 psi で吸引します。	通常、金型、空気、および最大 100 psi の真空圧が組み合わされます。
工具の要件	通常は、ポジまたはオス (凸) ツールを使用します。	通常、雌型または凹型のネガ型工具が使用されます。
対象アプリケーション	医療機器、キオスク機器の筐体、筐体、透過型内装部品	主に自動車部品や電子部品などの複雑な部品に使用されます。たとえば、チューブやモニターのベゼルなどです。

 

真空成形プロセスで使用される材料

熱成形プラスチックプロセスで加工される、熱可塑性プラスチックから熱硬化性樹脂まで、いくつかの互換性のある材料があります。これらの材料はその独特の特性で知られており、耐久性と製造の容易さの点で多くの利点を備えています。最も一般的な熱可塑性プラスチック材料のいくつかを以下に挙げます。

• ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）
• デルリンまたはアセタール
• PETG（ポリエチレンテレフタレートグリコール）
• PMMA（アクリル）
• (HDPE) 高密度ポリエチレン 
• (PC)ポリカーボネートシート
• ( PS) ポリスチレン
• ポリフッ化ビニリデン（PVDF）

関連： 射出成形に使用される材料トップ 9

 

カスタム真空成形のメリット

カスタム真空成形は、メーカーに多くのメリットをもたらします。それらの利点の一部は次のようなものによってもたらされます。

• 真空成形では通常、金型や工具のコストが低く抑えられます。さらに、単一のモールドを複数のショットに使用することができます。 
• このプロセスにより、設計を必要な形状や製品に迅速に変換できます。したがって、部品を市場に出すまでに数日を要する従来の技術とは異なり、大量の部品を短時間で組み込むことはかなり時間効率が高くなります。 
• 真空成形により、さまざまなグレードの熱可塑性プラスチックの加工に適合します。 
• より詳細なフィーチャー設計と迅速なプロトタイピングが必要な部品の形状に非常に適応します。 
• 複数の部品の製造は従来のプロセスに比べて比較的容易です。 
• 真空成形は、設計者が工程中の部品の製造中にテクスチャ、色、修正を追加できるため、設計の柔軟性と金型のカスタマイズが可能になるため、手頃な価格のプロセスであると考えられています。 
• このプロセスにより、耐久性がありながら軽量な製品が生まれます。さらに、真空成形中の材料の無駄が最小限に抑えられ、後でリサイクルすることができます。したがって、環境に影響を与えることなく、持続可能な製品形成プロセスであることが証明されています。 
• 初期セットアップには最小限の予算と光熱費が必要です。 

 

カスタム真空成形のデメリット

ただし、真空成形にもいくつかの制限があります。それらの欠点を理解しましょう。

• 真空成形は、非常に繊細な精度や精度が要求される部品に限定されます。より単純なパーツ ジオメトリのみに対応します。 
• 金型は 1 つの設計を同時に処理できるため、このプロセスは高価であり、大規模なバッチでは非効率的です。 
• 多くの場合、真空成形により粗い表面が十分に得られます。したがって、最適な表面仕上げを得るには、後部のトリミングや研磨などの追加プロセスが必要になる場合があり、プロセスに追加のコストがかかります。
• 真空成形中に単一の金型を繰り返し使用すると、金型設計に欠陥が生じ、最終的には部品の製造に影響を与える可能性があります。これらのデフォルトは後で取り戻すのが複雑になり、プロジェクト全体の予算に影響を与える可能性があります。 
• 真空成形は通常、熱可塑性プラスチックの薄いシートに使用されます。ボスやリブなどのフィーチャーを熱成形で組み込むのは困難です。さらに、厚いシートはプロセス中に反りやキャビテーションの問題が発生しやすい可能性があります。したがって、薄壁が形成されるリスクを軽減するために、プラスチック シートは引き伸ばされた状態を維持する必要があります。

 

真空成形の応用例 

真空成形プロセスは、軽量でありながら高品質の部品を製造できるため、多くの業界で普及しています。最もよく知られている業界には次のようなものがあります。

自動車産業

カスタム真空成形は、自動車の内装および外装部品の成形に役立ちます。これは経済的なプロセスであり、OEM 設計者が次のような軽量で耐久性のある自動車部品を作成するのに役立ちます。スペアホイール、インテリアパネル、ブランク、エンジン内部部品。 

ヘルスケア産業

真空成型医療品

患者の安全のために一般的に使用される複数の滅菌部品は、真空成形によって製造されます。メディケア専門家は、埋め込み型機械のハウジングや筐体、注射器コンポーネント、包装トレイなどのデバイスの製造から恩恵を受けています。さらに、真空成形部品には、耐薬品性、耐汚染性、耐錆性などの特性が求められます。

航空宇宙産業

航空機の内装および外装部品は一般に、コンポーネントの機能と全体的な性能を向上させるために、コンパクトで耐火性があり、軽量な部品を必要とします。これらの部品は業界の厳しい品質基準に準拠しています。一般的な真空成形部品には、インテリア パネル、シート シェル、トレイ テーブル、エア ダクトなどがあります。 

消費財産業

日常的に使用されるプラスチック製のアクセサリー

真空成形は、日常的に使用される複数の消費者製品の製造に役立ちます。強化されたビジュアル、美しさ、質感などの機能を部品に与え、耐久性と寿命を向上させます。例としては、旅行用アクセサリー、赤ちゃん用おもちゃ、収納ボックス、使い捨てペットボトル、室内装飾品、店頭スタンド (POP)、電子機器の筐体などが挙げられます。 

包装産業

真空成形は包装分野で重要な役割を果たし、鮮度を保つために衛生的で滅菌可能な部品を作成します。これは特に、製品の寿命、視認性、保護を強化するための効率的な技術です。例としては、クラムシェル、ブリスター パックなどが挙げられます。

 

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まとめ

真空成形は、高い再現性と性能を備えた部品を製造するために広く使用されるプロセスとなっています。多くのエンジニアリンググレードのプラスチックやポリマーとの適合性により、実業家の注目は部品の製造に向けられました。さらに、カスタマイズやパーソナライズ製造の点で優れた柔軟性を提供します。 

ただし、このプロセスには反りやキャビテーションなどの制限がいくつかあります。それにもかかわらず、これには多彩な利点があり、最小限の納期で最高品質の部品を提供することで、航空宇宙産業から消費財産業に至るまで、多くの製造部門を支援します。 

 

よくあるご質問

Q1.真空鋳造がプロジェクトにとって正しいプロセス選択であるかどうかを決定する際に考慮すべき決定要因は何ですか?

真空成形にはさまざまな利点がありますが、複雑な設計パターンや大量の部品が必要な場合などのシナリオでは適切な選択ではない可能性があります。これらの場合は、射出成形や CNC 機械加工など、真空成形に代わるプロセスを選択してください。 

Q2.真空鋳造と真空成形: それらは同じですか?

しかしながら、 真空鋳造、形成、プロセスにおいても類似点を共有しています。素材の使い方には違いがあります。真空成形では、通常、プラスチック シートを使用して部品を成形します。対照的に、真空注型では液体樹脂を使用して部品を作成します。 

Q3.真空成形プロセスでよくある問題は何ですか?

不十分な真空圧や過熱の原因により、プロセス中に部品や製品に歪みやキャビテーションが発生する可能性があります。 

Q4.真空成形可能な材料シートの厚さはどれくらいですか?

一般的に言えば、意図する用途と真空成形される材料に応じて、0.0005 ～ 0.50 インチの厚さの熱可塑性シートを使用できます。 

Q5.食品業界における真空成形の用途は何ですか?

真空成形は、漫画のようなプラスチックの卵や果物の容器など、衛生化された食品グレードの製品を提供することにより、食品業界全体で大規模な用途が見出されています。

 

資料

Jim Throne コンサルタント、(2011 年)、熱成形: 応用プラスチック工学ハンドブック;から取得 サイエンスダイレクト