[圧力成形] 初心者が知っておくべき熱成形設計の12の原則
なぜホットプレスで型を作るといつも失敗するのでしょうか？そして、なぜ型はシワになったり変形したりするのでしょうか？ 圧力成形プロジェクトを始める前に、圧力成形型の設計原理を理解することは絶対に不可欠です！
この記事では、3Dプリントと加圧成形を組み合わせた際に必要となる基本テクニックをまとめました。これにより、時間、材料、そして無駄な手間を大幅に節約できます。ぜひ一緒に学びましょう！
ホットメルトデポジション (FDM)、 レーザー粉末焼結 ( SLS)、固体ラミネーション (SLA) などの個々のテクノロジーのアプリケーションガイドラインをより深く理解するには、以下を参照してください。
[3Dプリンティングの知識] SLA 3Dプリンティングを用いた熱成形テンプレート作成アプリケーションガイド
[3Dプリンティングの知識] SLS 3Dプリンティングによる熱成形テンプレート作成のアプリケーションガイド
[3Dプリンティング知識] FDM 3Dプリンティングにおける熱成形テンプレート作成アプリケーションガイド
この記事は、以下の圧縮成形機に適用されます: Mayku Multiplier ベンチトップ圧縮成形機。
【要点】
原則として、凹みのある部分は避けてください。梁や凹みのあるモデルを作成した場合、プラスチックシートが冷えるとオブジェクトを取り外すことができません。しかし、Mayku EVAシートを使用すると、3D壁面に小さな凹みや浮き彫りのテキストを備えたテンプレートを作成できます。
熱成形テンプレートを設計する際に推奨される凹部
設計に凹部が必要な場合は、成形部分を解放しやすくするために、複数のスロット部で構成されたテンプレートを作成することを検討してください。
傾斜角度は、モデル表面に適用する角度で、テンプレートをプラスチックシートから剥がしやすくします。傾斜角度が高いほど、テンプレートから部分的に剥がしやすくなり、均一な厚みを実現できます。特に、最適な成形とテンプレートの剥離のためには、最小5°の傾斜角度を推奨します。
レーザー切断テンプレートの段差構造は、傾斜角度の不足を補うために使用されます。
3DプリントやCNCフライス加工などの技術は、傾斜面を持つテンプレートの製造に適しています。しかし、レーザーカットなどの製造方法では、傾斜面は使用できません。このような場合は、単一の大きな立体的な壁ではなく、複数の小さな段差からなる傾斜面である「ステップ」を追加することができます。
レーザーカット テンプレートは、階段状のデザインにおける傾斜角度の不足を補うために使用されます。
幅は高さよりも形作りやすいため、モデルを設計するときは、幅を高さよりも大きくするか、わずかな傾斜角度を使用して補正する必要があります。
熱成形テンプレートの設計：幅と高さ
一部のテンプレートデザインでは、成形工程中に気泡や窪みが生じます。これらの窪みに通気孔を設けることで、成形中に空気を逃がし、より微細な部分を熱プレスで成形することが可能になります。
熱成形テンプレートの通気孔の数が多いほど、より詳細な部品や金型を作成でき、気泡が発生する可能性が低くなります。
最終的な品質は高ければ高いほど良いです。表面のテキストやテクスチャのディテールを精巧に再現したモデルを制作したい場合、このステップは絶対に不可欠であり、省略することはできません。
熱成形テンプレートの設計：通気孔を使用して詳細をキャプチャする
テーパー状の通気孔を使用することをお勧めします。
通気孔の数はテンプレートの設計によって異なり、 凹部の端と角の近くに配置されます。
また、最終部品で目立たないように、サイズも適度なもので、直径は 0.5mm 以下にする必要があります。通気孔が大きすぎて、使用するシートが薄いと、成形工程中にシートが跳ね返り、成形不良が発生する可能性があります。
熱成形テンプレートの設計：気泡を防ぐために通気孔を使用する
換気口のサイズと形状に関する技術的な推奨事項は次のとおりです。
SLA 3D プリント: 直径 0.5 mm のテーパー付き通気孔。
FDM 3Dプリント：直径0.5mmのテーパード通気孔。0.5mmよりも高い印刷解像度が必要な場合があります。
SLS 3D プリント: ナイロンや特定のポリウレタン シートなどの特定の多孔質材料の場合、テンプレートの多孔性により通気孔は必要ありません。
熱成形テンプレート上の円錐形の通気孔
SLA 3D 印刷および FDM 3D 印刷を使用する場合、通気口のサイズと形状は重要な考慮事項です。小さな通気口に樹脂が簡単に閉じ込められたり、充填剤が蓄積したりして、印刷に問題が発生する可能性があるためです。
自動車部品テンプレート上の通気孔の位置
うつ病の深さ
プラスチックシートを立体形状に成形すると、表面積が増加し、シートは薄くなります。ステンシルの形状や特徴によって、シートの比率は異なります。例えば、ステンシルによってプラスチックシートの表面積が2倍になると、平均厚さは半分になるため、最終的な厚さは一定しないことがよくあります。
テンプレートに凹部がある場合は、 凹部の深さが表面開口部の幅の3分の2を超えないようにしてください。凹部が大きいと、最終的な表面積が薄くなるリスクが大幅に高まります。
熱成形テンプレートの設計：凹部の深さ
熱成形は、鋭角（90°未満）の金型には適していません。傾斜角は最小限に抑えるだけでなく、垂直角が鋭角の場合、成形中にプラスチックシートが網目状に裂ける可能性が高くなります。これを防ぎ、部品の品質を向上させるには、金型のすべての角と縁を丸く仕上げることが重要です。
熱成形テンプレートの設計：鋭角な角
熱成形では、加熱されたシートが徐々にテンプレートに馴染み、冷却されるにつれて所定の位置に固定されます。材料が角に近づくにつれて、シートは薄くなります。
断面の厚さを均一に保ち、構造強度を向上させるために、角やエッジを丸めてください。角のRは、材料の流れを均一化するのに役立ちます。
鋭角部と丸角部の材料厚さの比較
印刷された部品のテクスチャが目立たない場合でも、熱成形された部品は部品の表面テクスチャを再現するため、設計プロセスではこの点に留意する必要があります。滑らかな表面効果が必要な場合は、部品の前処理が必要になる場合があります。
SLA 3Dプリントテンプレートを使用したときに生成される表面テクスチャ
必要な後処理の量は、テンプレートの作成に使用する技術によって異なります。例えば、FDM 3Dプリントを使用する場合、 SLA 3Dプリントを使用する場合よりも多くの層が押し出されるのが一般的です。
Mayku Multiplier を使用すると、最小解像度 1 マイクロメートルの部品を製造できます。
このような場合、SLA 3D プリントを使用して作成された場合でも、目的の表面仕上げを実現するには、最終部品を軽く研磨するだけで済みます。
FDM 3Dプリント熱成形テンプレートを使用したときに生成される表面テクスチャ
複数のテンプレートを近づけすぎると、熱成形時にメッシュ状の構造が形成される可能性があります。これを避けるには、 テンプレート間の間隔を最も高いテンプレートの高さよりも大きくする必要があります。
熱成形テンプレートは、推奨距離で成形領域に配置されます。
このルールは主に雄型金型に適用され、メッシュが最終部品に悪影響を及ぼします。しかし、雌型金型の場合は、メッシュが内部にある最終部品に影響を与えないため、影響は小さくなります。下の画像では、成形品の左側にメッシュが少し現れていますが、これは内部の最終部品には影響しません。
Mayku Multiplier で形成されたプラスチック シートの左側にメッシュ パターンが表示されます。
加圧成形において、オス型テンプレートとメス型テンプレートのどちらを使用するかは、成形する部品によって異なります。金型表面に接触する材料側の寸法が最も安定します。正確なフィットを保証するために、テンプレートに接触する材料側が定義されます。
以下の例では、緑色はテンプレートに接触するシートの面の詳細度が高いことを示しています。
男性テンプレート（左）と女性テンプレート（右）
冷却によりエッジが外れることがありますが、内部の部品が固定される可能性もあります。これを避けるには、冷却中に締め付けられる可能性のあるフィーチャに傾斜角度を追加することを検討してください。
冷却過程における収縮の方向（黒い矢印＝部分的な解放、赤い矢印＝部分的な引き締め）。
各加圧成形機が使用できる最大プラテン容量を把握することが重要です。例えば、Mayku Multiplierの最大プラテン容量は約3.5リットルです（圧力チャンバーが円錐形であるため）。
Mayku Multiplierと互換性のある最大テンプレート容量（直径400mm）
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