ラピッドツーリング技術は、製造業者に金型、ダイ、治具、固定具、テンプレート、その他の製造ツールをより迅速に製造する方法を提供する。
プロトタイプの検証、量産への移行、少量生産、および初期市場テストに特に適しています。
しかし、必要な出力、材料、製品設計などの要因によっては、他の方法（ラピッドプロトタイピング、従来のツール、またはソフトツールなど）の方がより理想的な結果が得られる場合もある。
このガイドでは、ラピッドモールド技術の概念を概説し、他の製造方法と比較することで、エンジニア、デザイナー、購買チームが適切な製造戦略を選択する際の参考となることを目的としています。
1. 何が ラピッドツーリング?
ラピッドツーリングとは、金型、ダイ、マスターパターン、治具、その他の生産用工具を、従来の金型製造プロセスよりも高速に製造するために用いられる一連の製造方法を指します。
ラピッドプロトタイピングは、サンプル部品を直接製造する。
迅速な金型製作。
この工場では、これらの金型を使って完成品を製造している。
したがって、迅速な金型製作は、試作品製作と本格的な量産を支える。
製造業者は、特注金型を必要とするラピッドモールド射出成形、真空鋳造、熱成形、圧縮成形、ダイカストなどのプロセスを頻繁に利用する。
チームは、さまざまな材料や方法を用いて迅速にツールを製作できる。
選択はプロジェクトの要件によって異なります。
- CNC加工アルミニウム
- プレハードン鋼
- シリコーンゴム
- エポキシ樹脂
- ポリウレタン
- 複合材料
- 3Dプリントポリマー
- 金属積層造形
人々は、迅速な情報処理を主に2つのタイプに分類する。直接的な迅速な情報処理と間接的な迅速な情報処理である。
直接的な高速加工は、CNC加工、積層造形、またはその他の方法によって行われる。
これらの工程により、完成した金型や工具部品が直接製造される。
間接高速加工の作業方式は異なります。まず、チームがマスターパターンまたはプロトタイプを作成します。次に、このパターンを使用して最終的な金型を作成します。シリコーン成形や一部の鋳造方法がその典型的な例です。高速金型は金型製作時間を短縮するだけでなく、プロトタイプ開発と量産を連携させるという真のメリットがあります。
2. ラピッドツーリング設計の理解
優れた金型設計は、ラピッドプロトタイピングの成功の鍵となります。ラピッドツーリングは迅速な生産に重点を置いていますが、金型は材料の流れ、冷却、部品の排出、寸法安定性、表面仕上げ、そして安定した出力など、あらゆる面で制御されなければなりません。設計の不十分なクイックツールは、多くの欠陥を生み出す可能性があります。バリ、へこみ、部品の反り、ショートショット、寸法変化、サイクルタイムの長期化、あるいは金型の早期損傷などにつながる恐れがあります。
部品設計とDFMに関する考慮事項
製造性を考慮した設計（DFM）は、ラピッドツーリング生産を開始する前に実施すべきである。
エンジニアは通常、以下の点を評価します。
- 壁の厚さ
- 抜き勾配角度
- アンダーカット
- リブとボス
- コーナー半径
- パーティングライン
- ゲートの位置
- エジェクタピンの位置
- 収縮
- 表面仕上げ
- 重要な許容誤差
複雑な形状は可能な限り簡素化すべきである。なぜなら、スライド、リフター、インサート、アンダーカットといった要素の一つ一つが、金型コストと製造時間を増加させる可能性があるからである。
したがって、適切に設計された部品は、工具製造効率と最終部品の品質の両方を向上させる。
迅速な金型材料選定
チームは、想定される生産工程、成形材料、使用温度、表面仕上げ要件、寸法公差、および工具の耐用年数に基づいて、工具材料を選定します。
アルミニウムは、高速射出成形金型によく用いられる材料である。
作業員たちはアルミニウムを非常に速く加工する。
鋼は耐摩耗性に優れている。
しかし、鉄鋼は通常、加工に時間がかかり、コストも高くなります。
ポリマー、樹脂、シリコーン、複合材料を用いた加工ツールにより、納期とコストがさらに短縮された。
しかし、これらの工具は耐久性と耐熱性が比較的低い。
速度、コスト、工具寿命のバランスを取る
迅速な金型設計とは、適切なバランスを見つけることに尽きる。
数百個の試験サンプルに使用される金型は、数十万回の生産サイクルに使用される金型とは、構造上の要件が大きく異なる。
耐久性が高すぎても、構造が単純すぎても、どちらも生産性に影響を与える。
チームは金型構造を実際の生産目標に合致させる必要がある。
これは最も迅速な処理方法です。
3. ラピッドツーリング vs. ラピッドプロトタイピング
ラピッドプロトタイピングとは何ですか？
ラピッドプロトタイピングとは、CADデータを用いて物理的なモデルや試作品部品を迅速に製造する技術を指します。
ラピッドプロトタイピングに用いられる手法には以下のようなものがある。
- SLA3D印刷
- SLS
- FDM
- MJF
- CNC加工
- 真空鋳造
- その他の積層造形または切削加工プロセス
ラピッドプロトタイピングは、製品開発の初期段階において特に有効である。
エンジニアはプロトタイプを作成し、その寸法や機能をテストし、設計上の問題点を特定し、CADモデルを修正し、新しいバージョンを迅速に作成することができる。
ラピッド ツールとラピッド プロトタイピング
ツーリング材料
ラピッドモールドは、アルミニウム、鋼、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、樹脂、複合材料、および印刷可能なツールポリマーを使用します。実際のサンプル部品のラピッドプロトタイピングには、エンジニアリングプラスチック、フォトポリマー、粉末、金属、加工可能なプラスチック、または生産グレードの材料が使用されます。材料の選択は、選択されたプロセスによって異なります。
成形体積
多数の同一形状の成形部品が必要な場合は、ラピッドモールドが適しています。ラピッドプロトタイピングは、設計確認のために1つまたは少数の部品のみが必要な場合に適しています。一部のラピッドプロトタイピング手法は、小ロット生産にも対応できます。
費用対効果
ラピッドプロトタイピングは、特注金型の製作コストを削減します。個々の部品の製造コストや頻繁な設計変更に伴うコストを節約できます。ラピッドプロトタイピングには、金型への初期投資が必要です。金型が完成すれば、それを使って多くの部品を製造できます。したがって、総生産量が増えるにつれて、部品1個あたりのコストも減少します。
生産効率
ラピッドプロトタイピングは、頻繁な設計変更に非常にうまく対応できます。エンジニアは、更新されたCADファイルから直接新しい部品を作成できます。設計が安定した後は、ラピッドツーリングによって生産効率を高めることができます。金型は、一貫した品質の部品を繰り返し製造できます。
どのような状況でラピッドツーリングとラピッドプロトタイピングのどちらを選択すべきでしょうか？
選択する ラピッドプロトタイピング いつ：
- 製品デザインは依然として頻繁に変更されています。
- 必要なプロトタイプは1つまたは複数です。
- 形状、適合性、または機能性を迅速にテストする必要があります。
- 生産資材の検証は、現時点では必須ではない。
- 工具への投資は避けたい。
選択する ラピッドツーリング いつ：
- 設計は比較的安定した段階に達した。
- 複数の同一部品が必要です。
- 部品は実際の成形プロセスを用いて製造する必要がある。
- 材料の性能は検証されなければならない。
- 試作生産または市場テストが必要です。
多くの開発プログラムにおいて、これら2つの技術は競合関係にあるのではなく、むしろ補完関係にある。
4. 従来型ツーリングとラピッドツーリングの比較
数十年にわたり、従来型の工具は大規模製造を支えてきた。高精度、長寿命、安定した加工プロセスといった利点がある一方で、高速加工に比べて時間とコストがかかるのが一般的だ。
伝統的な道具とは何ですか？
伝統的な作業服には、伝統的な製造方法が用いられています。
工場では、これらの方法を用いて生産用金型、治具、固定具、その他類似の工具部品を製造する。
射出成形においては、メーカーは従来型の金型を作るために硬質の工具鋼を使用する。
彼らは大量生産のためにこれらの金型を設計する。
製造工程には以下が含まれる場合があります。
- CNCフライス盤
- CNC旋盤
- EDM
- ワイヤ放電加工機
- 研削
- 訓練
- 熱処理
- 研磨
- 金型の取り付けと組み立て
これらの金型には、高度な冷却システム、スライド、リフター、ホットランナー、交換可能なインサート、および自動排出システムが含まれる場合があります。
従来のツールとラピッドツール
ツーリング材料
従来の金型のほとんどは、丈夫な工具鋼やその他の耐摩耗性材料を使用しています。これらの材料は長期にわたる生産に耐えることができます。一方、ラピッドモールドは通常、加工しやすいアルミニウム、焼入れ鋼、ポリマー、または複合材料を選択します。これらの材料を使用することで、金型の製造に必要な時間を短縮できます。
成形体積
従来型の金型は、大規模かつ長期的な製造作業に適しています。一方、試作品、試運転、つなぎ生産、中・小ロット生産には、通常、ラピッドツールが選択されます。
費用対効果
従来の加工方法では、多額の初期費用がかかります。しかし、その費用は多くの部品に分散されるため、大量生産においてはコストが抑えられます。一方、迅速加工の初期費用は通常低く抑えられます。この方法は、注文総量が生産金型全体の費用を賄うには少なすぎる場合に非常に効果的です。
生産効率
生産開始後、適切に設計された従来型のツールは、安定したサイクル、自動化のサポート、そして信頼性の高い長期的な生産量を提供します。迅速なツールは、プロジェクトの初期段階をより迅速に進めるのに役立ちます。製造業者は金型を素早く完成させ、さらに迅速に生産を開始できます。
従来型工具と高速工具のどちらを選択すべきか？
従来型の工具を選択する場合：
- 需要は安定しており、高い水準にある。
- デザインが確定しました。
- 長寿命の工具が求められる。
- 自動化された大量生産が計画されている。
- 大量生産における単位コストの低減が最優先事項である。
ラピッドツーリングを選択する場合：
- 市場投入までの時間は重要です。
- 生産数量には限りがあります。
- 設計変更が生じる可能性は依然としてあります。
- 試作生産が必要です。
- 本格的な生産設備を導入するコストは、現時点では正当化できない。
ラピッドツーリングは、特にブリッジツーリングとして価値が高く、長寿命の生産用金型が開発されている間にも生産を開始できる。
5. ソフトツーリングとラピッドツーリングの比較
ラピッドツーリングとは、金型を迅速に製造することを目的とした技術である。ソフトツーリングとは、比較的耐久性の低い、あるいは加工しやすい材料から製造される金型を指す。
ソフトツーリングとは何ですか?
ソフトツーリングは、比較的柔軟性のある、あるいは耐久性の低い材料を用いて、金型や製造補助具を迅速かつ経済的に製造する技術である。
一般的なソフトツーリング材料には以下のようなものがあります。
- シリコーンゴム
- ポリウレタン
- エポキシ樹脂
- グラスファイバー複合材
- 特定のアルミニウム合金
- 3Dプリントポリマー
ソフトツーリング vs. ラピッドツーリング
ツーリング材料
軟質金型は主にシリコーン、樹脂、複合材料、ポリマーなどを使用します。これらの材料は非常に扱いやすいのが特徴です。ラピッドモールドも同様の材料を使用できます。また、CNC加工されたアルミニウムや鋼材にも適用可能です。そのため、ラピッドモールドはより幅広い製造オプションに対応できます。
成形体積
軟質金型は小ロット生産に適しています。この金型は摩耗が早いです。金属金型の高速加工はサイクル数が多くなります。正確な数量は、材料、金型設計、成形樹脂、部品形状、温度、および加工設定によって異なります。
費用対効果
ソフトツールの初期費用は非常に低い。金属加工の高速化にかかる費用は初期段階では比較的高いが、追加部品が必要になると費用対効果が高くなる。
生産効率
このチームは、ソフトツールを非常に迅速に製造できます。これは小規模生産に非常に効果的です。アルミニウム製や鋼鉄製のラピッドモールドは製造に時間がかかりますが、より優れた一貫性、熱性能、そして高い生産能力を提供します。
ソフトツーリングとラピッドツーリングのどちらを選択すべきか？
選択する ソフトツーリング いつ：
- 少量で十分です。
- 工具予算は非常に限られている。
- 製品の形状は変更される可能性があります。
- 非常に迅速な工具生産が求められる。
- 鋳造または試作品製作が主な目的です。
選択する 金属金型を用いたラピッドツーリング いつ：
- より高い再現性が求められる。
- 今後、さらなる生産サイクルが見込まれる。
- 実際の射出成形材料を試験する必要がある。
- 寸法精度は重要です。
- 試験生産または暫定生産が計画されている。
6. ハードツーリング vs. ラピッドツーリング
硬質金型は耐久性と安定した長期生産に重点を置いています。一方、ラピッドツールは迅速な金型納入と柔軟な製品開発を最優先事項としています。
難しいこと ツーリング?
ハードツーリングとは、頑丈な金型、ダイ、治具、および生産用ギアを指します。エンジニアは、長期間にわたる多数の生産サイクルに対応できるよう、これらの工具を設計します。一般的に使用される材料には、焼入れ鋼、工具鋼、ニッケル合金、その他の耐摩耗性材料などがあります。
これらの工具は、繰り返し加わる機械的力、温度変化、圧力、および材料の摩耗に耐える必要がある。そのため、製造業者はこれらの工具に対して慎重な加工と表面処理を行う必要がある。
ハードツーリング vs. ラピッドツーリング
ツーリング材質
硬質工具は、主に焼き入れ工具鋼などの耐久性のある金属材料を使用する。
ラピッドツーリングには、アルミニウム、焼入れ鋼、軟質金属、ポリマー、樹脂、または複合材料が使用される場合がある。
成形体積
ハードツーリングは、持続的な大量生産向けに設計されています。
ラピッドツーリングは、少量生産、技術検証、試作、橋梁製造などで一般的に用いられています。
コスト効率
金型製作には、より大きな初期投資が必要となる。
しかし、十分な生産量があれば、その長い耐用年数によって部品あたりの金型コストを削減できる。
ラピッドツーリングは初期費用が低く、将来の需要が不確実な場合の財務リスクを軽減します。
生産効率
量産体制が確立されれば、ハードツーリングは優れた生産効率を実現できる。
ラピッドツーリングは、製造をより早く開始でき、金型の変更も一般的に容易に行えるため、製品導入時の効率性を向上させます。
どのような状況で、ハードツーリングとラピッドツーリングのどちらを選択すべきでしょうか？
選択する ハードツーリング いつ：
- 製品は安定的な量産体制に入ります。
- 非常に高い生産量が見込まれる。
- 金型の長寿命は不可欠である。
- 厳格な工程の一貫性が求められる。
- 工具の変更は考えにくい。
選択する ラピッドツーリング いつ：
- 需要は不確実である。
- 生産は速やかに開始しなければならない。
- 設計変更の可能性は依然として残っている。
- 少額の投資が望ましい。
- このプロジェクトは試作段階から量産段階へと移行しつつある。
7. 3D印刷 対ラピッドツーリング
3Dプリンティングは、専用の工具を必要とせずに、複雑な物理部品をデジタル設計から直接製造することを可能にすることで、製品開発を大きく変革した。
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、デジタル3Dモデルに基づいて材料を層状に積み重ねることで、物理的な部品を作成する技術である。
一般的なプロセスは次のとおりです。
- FDM
- SLA
- SLS
- MJF
- DLP
- 金属粉末床溶融結合
射出成形とは異なり、3Dプリンティングは通常、金型を必要としません。そのため、エンジニアはCAD設計から直接物理的な部品を製作することができます。
したがって、複雑な内部チャネル、軽量格子構造、カスタマイズされた形状、および少量生産部品を、従来の金型を使用せずに製造することができる。
3Dプリンティング vs. ラピッドツーリング
ツーリング材質
3Dプリンティングでは通常、ポリマー、樹脂、ナイロン、金属粉末、またはその他の印刷可能な材料から最終部品を直接製造します。
ラピッドツーリングとは、アルミニウム、鋼鉄、樹脂、シリコーン、ポリマー、または複合材料から金型や工具を製造する技術です。そして、その金型を用いて最終部品を製造します。
成形体積
3Dプリンティングは、個々の部品、特注品、試作品、少量生産において特に魅力的な技術である。
同一部品を大量に必要とする場合、ラピッドツーリングはより魅力的な選択肢となる。
コスト効率
3Dプリンティングは金型への投資が不要となるため、非常に少量生産でも経済的です。
しかし、各部品ごとに個別の印刷時間と材料費が発生する。
ラピッドツーリングには初期金型投資が必要ですが、一度金型が完成すれば、生産量の増加に伴い、繰り返し成形を行うことで部品あたりのコストを大幅に削減できます。
生産効率
3Dプリンティングを使えば、エンジニアはデジタルモデルを更新して別の部品を印刷するだけで済むため、設計変更を即座に行うことができます。
ラピッドツーリングでは、設計変更時に金型の修正が必要となる。
どのような状況で3Dプリンティングとラピッドツーリングのどちらを選択すべきでしょうか？
選択する 3D印刷 いつ：
- 必要な部品はごくわずかです。
- 設計変更は頻繁に発生する。
- 非常に複雑な形状が求められる。
- カスタマイズは重要です。
- カビへの投資は避けたいですよね。
- プロトタイプのスピードが最優先事項です。
選択する ラピッドツーリング いつ：
- 数十個、数百個、あるいはそれ以上の同一部品が必要となる。
- 生産グレードの成形材料は評価する必要がある。
- 表面仕上げと工程の再現性は重要である。
- 射出成形特性を検証する必要がある。
- 試作生産が開始されました。
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9。 結論
高速処理は、速度、コスト、生産能力のバランスを取るものである。
ラピッドプロトタイピング、従来型ツール、ソフトツール、ハードツール、3Dプリンティングと比較すると、ラピッドツールは実用的な選択肢となる。チームはプロトタイプの検査、生産間の橋渡し、中・小ロット生産にラピッドツールを活用している。
最終的な選択は、設計の安定性、生産量、予算、材料要件、および予想される金型寿命によって決まります。メーカーは、開発の各段階に応じて最適な金型プランを選択します。これにより、コスト削減、納期短縮、および生産効率の向上が実現します。
10. よくある質問
1. 医療グレード部品の製造にラピッドツーリングを適用する際に、どのような主要なリスクを回避すべきでしょうか？
材料の不適合や金型表面品質の不安定性のリスクがあるため、医療材料の適合性を事前に検証し、金型表面の厳格な検査を実施する。
2. ラピッドツーリング金型は、異なる製品バリエーションを切り替えるように変更できますか？
部分的な変更は可能だが、大規模な構造変更は費用対効果が低い。インサートベースの設計は、後々の調整を容易にする。
3. プロジェクトが反復的なプロトタイピングではなく、直接的なラピッドツーリングに適しているかどうかを判断するにはどうすればよいでしょうか？
設計の成熟度、目標ロットサイズ、および材料要件に基づいて判断し、コア構造が確定しており、数十個から数百個の部品が必要な場合は、ラピッドツーリングを選択する。
4. ラピッドツーリングで製造された部品には、どのような後処理作業が必要ですか？
バリ取り、表面研磨、寸法検査に加え、医療機器部品の場合は清浄度と生体適合性の検証も必要となる。
5. 部品の複雑さによって、ラピッドツーリングのリードタイムはどのように変化しますか？
複雑なアンダーカットやスライド構造は納期を延長させるため、重要度の低い部分を簡素化することで金型製作時間を短縮できる。
