CNC加工材料に適したプラスチックの種類
CNC加工されたプラスチックは、建設業から自動車産業まで、あらゆる主要産業で広く使用されています。以下は、Gazfullがオンデマンドのカスタム製造に提供しているプラスチックの種類です。
プラスチック加工を提供
CNCプラスチックは、プロトタイプからエンジニアリングモデル、最終用途部品まで、幅広い部品に使用できます。プラスチックは加工が難しい場合もありますが、軽量で密度が高く、形状がシンプルなため、3Dプリントや射出成形よりも機械加工に適している場合があります。以下の材料の多くは、優れた耐疲労性、不活性性、衝撃吸収性を備え、非常に耐久性に優れています。ABSのように、機械加工が容易な汎用材料もあるため、低コストで設計をテストするのに適しています。プロジェクトの性質によっては、機械加工されたプラスチックがカスタムパーツに最適な素材となる場合があります。以下で、当社の材料について詳しくご覧ください。
HDPE での CNC 加工
高密度ポリエチレン（HDPE）は、包装業界で広く使用されているエンジニアリングプラスチックです。HDPEのCNC加工は、建設、電気、自動車などの産業向け部品の製造にも活用されています。HDPEは優れた強度対重量比に加え、耐薬品性と耐湿性にも優れています。
CNC加工用HDPEについて
HDPEはPEHD（高密度ポリエチレン）とも呼ばれ、ポリエチレン（PE）系のプラスチックの一種です。名称に反して、HDPEの密度はLDPE（低密度ポリエチレン）よりわずかに高いだけです。しかし、両者の強度の差は密度の差よりも大きいです。そのため、高強度と軽量性が求められる用途にはHDPEが最適です。HDPEのCNC加工は、他のエンジニアリングプラスチックと同様です。
HDPE の概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
配管、コンベアスクリュー、包装、容器 | 高い耐薬品性と耐湿性、高い強度と密度の比率、食品保存に関する FDA 準拠 | 熱膨張率が高く、接着性が低い | 3日から | 中（$$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
汎用 HDPE
HDPEのCNC加工により、強度と軽量性を兼ね備えた部品を製造できます。HDPE部品は、幅広い化学物質に対して優れた耐腐食性も備えています。主な用途としては、船舶部品、配管、コンテナなどが挙げられます。
HDPEの一般的な特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 0.45MPaでの熱たわみ温度 | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
20-30 | > 500 | 60-70 | 45-60 | 130-137 |
注：参考値です。グレード、メーカー、加工方法、添加物によって多少異なる場合があります。
フィニッシュ
PEファミリーの他のプラスチックと同様に、HDPEはコーティングに対して高い耐性があります。接着剤にもほぼ同様の理由で耐性があり、そのためプラスチック溶接による接合が必要です。HDPEは白色が最も一般的ですが、まれに他の色のものもあります。上記の理由から、HDPE部品は「機械加工したままの状態」で保管することをお勧めします。
機械加工されたままHDPEのCNC加工における課題は、他のエンジニアリングプラスチックの場合と同様です。HDPEの加工面はマット仕上げとなります。
ビーズブラスト: より均一な表面仕上げを得るには、微細なガラスビーズを用いたビーズブラスト処理を施し、金型の跡を除去し、マットな質感を高めることができます。ただし、プラスチックにビーズブラスト処理を施すと、表面に凹凸が生じたり、微細な特徴が損なわれたりする可能性があります。
コスト削減設計のヒント
HDPEのCNC加工により、軽量で低コストの部品を製造できます。以下に、生産をより経済的にするためのコスト削減のヒントをいくつかご紹介します。
サブアセンブリ：HDPEは、さまざまなサイズのシート状または棒状の素材として購入されます。部品を個別のコンポーネントとして設計し、それらを組み立てて最終製品にすることは、多くの場合有効な方法です。前述のように、HDPEは接着剤との相性が良くありませんが、溶接は可能です。あるいは、機械的な締結具を使用してコンポーネントをボルトで固定することもできます。
公差： HDPEは熱にさらされると大きく膨張する性質があるため、非常に厳しい公差を実現することは困難です。このようなプラスチックでは、厳しい公差によって発生する不良品の増加、コスト、リードタイムの短縮につながるため、±0.010インチよりも厳しい公差を指定する必要がある場合にのみ指定することをお勧めします。
アセタール（デルリン）CNC加工
アセタールは、デルリン®、テカフォーム®、サスタリン®といったブランド名でも知られる高強度熱可塑性樹脂です。他の一般的なプラスチックと比較して、優れた機械的特性と耐熱性を備えています。加工が容易で、寸法安定性にも優れています。これらの特性の組み合わせにより、デルリンのCNC加工は、ギアやベアリングなどの高精度機械部品に最適です。デルリン製の部品は、プリンターやテレビなどの民生用電子機器に使用されています。
アセタールCNC加工
デルリンは、デュポン社のホモポリマーアセタールの商標です。アセタールコポリマーよりも優れた機械的特性を有し、耐衝撃性も著しく向上しています。優れた機械的特性に加え、CNC加工されたアセタールは優れた寸法安定性も備えているため、高精度部品に最適です。
アセタールの概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
ベアリング、ブッシング、ギア、バルブ部品などの高精度機械部品 | 優れた耐疲労性、低摩擦、優れた全体的な靭性、耐湿性 | 中心線多孔性、耐薬品性の限界、一定荷重下でのクリープ傾向 | 3日から | 中（$$） | 標準±0.010″、±0.001″は達成可能、±0.001″未満は手動レビュー後に利用可能 |
デルリン150
CNC加工されたデルリンは、高い耐衝撃性と低摩擦特性により、ギア、ドアシステム部品、ブッシングなどに最適です。金属部品の軽量かつ安価な代替品として、様々な点でプラスチックと金属の橋渡し的な役割を果たします。また、デルリンは-40℃から120℃という幅広い温度範囲でその特性を維持でき、これは他のほとんどのプラスチックの許容温度範囲をはるかに上回ります。
デルリン 150 の物件
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度 (ロックウェル M) | 0.46MPa時の熱たわみ温度(℃) | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
73-76 | 25-45 | 94 | 160-169 | 175-178 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
デルリン 100 (AF)
Delrin 100 AFは、PTFE（テフロン）繊維を配合したデルリンブレンドで、耐摩耗性と低摩擦性を向上させています。そのため、ベアリングなど、低摩耗性や低摩擦性が求められる用途に特に適しています。PTFE繊維は、材料の強度、靭性、寸法安定性の向上にも役立ちます。
デルリン 100 (AF) の特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度 (ロックウェル M) | 0.46MPa時の熱たわみ温度(℃) | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
53-56 | 10-19 | 77 | 160-169 | 175-178 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
フィニッシュ
機械加工用のほとんどのプラスチックと同様に、アセタール部品には限られた種類の表面仕上げしか適用できません。以下は、CNC加工されたアセタール/デルリン部品の主な表面仕上げオプションです。
加工直後の状態：CNC加工機から取り出した直後でも、優れた表面仕上げを実現することが可能です。Gazfullの製造業者は、適切なすくい角と逃げ角を備えた鋭利なHSS（高速度鋼）切削工具を使用することで、これを実現しています。
ビーズブラスト：CNC加工されたアセタール樹脂やデルリン樹脂の部品には、一般的に工具痕が目立ちます。ビーズブラスト処理は、工具痕を軽減するために有効です。ただし、ビーズブラスト処理によって表面の色が薄くなるため、黒色の材料は処理後に濃い灰色に見えるようになる点にご注意ください。
コスト削減設計のヒント
アセタール (デルリン) は市場で最も高価なプラスチックの 1 つなので、以下のコスト削減原則に従うことが重要です。
標準サイズに合わせて設計する：アセタール樹脂は通常、標準厚さのシート状、または棒状の押出成形品として供給されます。部品が標準在庫サイズに収まるようにすることで、材料の無駄を減らし、コストと納期が増加する特注品の発注を避けることができます。
最小肉厚を目指さないでください。最小肉厚は実現可能ですが、たわみ、反り、振動なしに治具を取り付けて再現することが難しく、価格上昇につながる可能性があります。アセタール樹脂部品の肉厚は0.060インチ～0.080インチ未満にすることはお勧めしません。
ポリプロピレン（PP）CNC加工
ポリプロピレン（PP）は半結晶性の熱可塑性プラスチックで、ホモポリマーとコポリマーの2種類の形態があります。ホモポリマーポリプロピレンは最も一般的なグレードで、コポリマーポリプロピレンはエチレンの混合率が異なります。ポリプロピレンは焼き付きや溶融しやすいため、他の一般的なプラスチックよりも加工が難しい場合があります。ポリプロピレンは優れた耐薬品性と疲労強度を備えているため、特に柔軟性の高い部品や腐食環境にさらされる部品に適しています。
ポリプロピレン（PP）は、BPAフリーで軽量なプラスチックであり、優れた耐疲労性と靭性を備えています。これらの特性により、自動車、包装、消費財など、幅広い用途で広く使用されている素材です。
ポリプロピレン（PP）の加工概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
BPAフリーの食品容器、電気機器、家電製品 | 低密度、さまざまな酸や塩基に対する耐薬品性、高い耐疲労性 | 高温用途には適しておらず、紫外線にさらされると劣化します。 | 3日から | 中（$$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
汎用ポリプロピレン
ポリプロピレンは焼き付きや溶融しやすいため、CNC加工は困難ですが、ホモポリマーポリプロピレンはCNC加工部品に様々な利点をもたらします。滑らかな表面はギアなどの機械部品に最適で、耐疲労性も高いため、リビングヒンジなどの薄型部品を設計に容易に組み込むことができます。
一般的なポリプロピレンの特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
25-40 | 100-600 | 65-75 | 100 @ 0.45 MPa | 160-170 |
注：参考値です。グレード、メーカー、フィラーによって値は若干異なる場合があります。
フィニッシュ
ポリプロピレン部品は自然なオフホワイト色です。PPは塗料のような表面仕上げがあまり得意ではありません。また、疎水性のため、染色も非常に困難です。
加工後そのまま：ポリプロピレンをCNC加工する場合、最も一般的な表面仕上げ方法は、加工後の状態のまま部品を仕上げることです。加工面には工具痕が残る場合があります。
ビーズブラスト：ポリプロピレンのCNC加工では、部品の端にバリが発生しやすく、またポリプロピレンは切削工具と接触すると容易に溶融するため、表面仕上げが不十分になることがあります。ビーズブラストは、ブラスト材を用いてこれらの微細な欠陥を除去することで、この問題を軽減します。ブラスト材は工具痕も除去し、より均一で一貫性のある表面仕上げを実現します。
コスト削減設計のヒント
ポリプロピレンのCNC加工は、材料コストが低いため、費用対効果に優れています。しかし、コストを抑えるには、加工時間と後処理時間の短縮が不可欠です。これを実現する方法の一つは、公差を標準化することです。
サイズの特徴（長さ、幅、高さ、直径）については+/- 0.010インチ
位置（位置、同心度、対称性）は+/- 0.010インチ
必要のない場合には、より厳しい公差を課さないようにしてください。これは特に重要です。プラスチックの加工では熱が発生し、プラスチックが反ったり、寸法クリープを引き起こしたりする可能性があるためです。
UHMW-PE CNC加工
超高分子量ポリエチレン (UHMW ポリエチレン、略して UHMW-PE) は、いくつかの追加の利点を備えた HDPE (高密度ポリエチレン) 化合物のサブセットです。
CNC加工用UHMW-PEについて
この材料の極めて長いポリマー鎖は、全体的な靭性の向上に貢献しています。摩擦係数はテフロンに匹敵しますが、耐摩耗性はより優れています。UHMW-PEのCNC加工は、他のエンジニアリングプラスチックの加工と同様です。
UHMW-PEは、鋼鉄よりも優れた靭性、耐薬品性、耐摩耗性を備えた先進的なエンジニアリングプラスチックです。自動車産業や海洋産業で広く使用されています。また、低多孔性と化学的不活性性により、食品用途にも安全です。
UHMW-PEの概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
シュート用ライナー、チェーンガイドプロファイル、ドックバンパーライニング | 優れた耐摩耗性、優れた靭性、低い摩擦係数 | 高温には適さず、寸法安定性が低いためクリープが発生しやすい | 3日から | 中（$$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
汎用 UHMW-PE
UHMW加工は、強靭で耐摩耗性に優れた部品を生産するため、衝撃荷重や研磨材にさらされる用途に最適です。一般的な用途としては、摩耗プレートやシールなどが挙げられます。UHMW-PEはクリープの影響を受けやすいため、部品が継続的に応力を受ける用途には適していません。
UHMW-PEの一般的な特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
20-30 | 300-600 | 60-70 | 46-68 @ 0.46 MPa | 130-136 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
フィニッシュ
UHMW-PEは摩擦係数が低いため、滑らかな表面はコーティングとの接着が難しく、コーティングに対して本質的に耐性があります。UHMW-PEは機械加工したままの状態で使用することをお勧めしますが、Gazfullではご要望に応じてメディアブラストやカスタム仕上げにも対応可能です。
加工後：この結果、目に見える工具痕と、125 uin Ra 仕上げに匹敵する表面粗さを持つ仕上がりになります。
ビーズブラスト：UHMW-PEは、切断工程で生じたあらゆる不規則性を除去するためにビーズブラスト処理を施すことができます。
コスト削減設計のヒント
UHMWポリエチレンの機械加工により、軽量で低コストの部品を製造できます。以下に、予算を節約するための追加のヒントをいくつかご紹介します。
サブアセンブリ：UHMW-PEは、様々なサイズのシート状または棒状の素材として購入できます。部品を個別のコンポーネントとして設計し、それらを組み立てて最終部品にするのが有効な場合があります。UHMW-PEは接着剤との相性が良くありませんが、溶接は可能です。
DFM（製造性設計）に関するその他のベストプラクティスとしては、一貫したコーナー半径の設計、複数の小さなフィーチャーではなく大きなフィーチャーの設計、および標準公差である±0.010の使用などが挙げられます。
ナイロン6/6 CNC加工
ナイロン（一般的にはポリアミド）は、熱可塑性合成ポリマーです。熱可塑性樹脂であるため、熱成形によって様々な形状に成形できます。ナイロンはロープや織物用の繊維に成形したり、押出成形や射出成形したりできますが、CNC加工による製造には大きな利点があります。ナイロンは、固形材料から切断した場合、優れた耐熱性、耐機械的性質、耐薬品性を示します。
ナイロン6/6は、優れた靭性、耐摩耗性、硬度特性を備えた、広く使用されているエンジニアリングプラスチックです。ナイロン66の特性は、耐荷重機械部品に最適であり、金属の代替として広く使用されています。ナイロン6/6のCNC加工により、安価で高性能な部品を製造できます。
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
ギア、ホイール、家電製品の筐体などの構造部品 | 耐摩耗性、中程度の耐熱性、高い耐疲労性 | 高い吸湿性により膨潤を引き起こす | 3日から | 低額（$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
ナイロン6/6
ナイロン6/6は、ナイロン6-6、ナイロン6,6、ナイロン66とも表記され、ナイロン6の結晶性が高いタイプです。ポリアミド66、PA66とも呼ばれます。より整然とした分子構造により、優れた機械的特性を備えています。機械加工用のナイロン6/6は、標準的なナイロン6と比較して耐熱性が向上し、吸水性が低くなっています。主な用途としては、摩耗パッド、ガイドホイール、スライドベアリングなどが挙げられます。
ナイロン6/6の一般的な材料特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
30-98 | 1-300 | 78-88 | 75-428 | 197-266 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
フィニッシュ
ほとんどのプラスチックと同様に、表面仕上げの選択肢は限られています。特にナイロンはメッキが容易ではないため、その傾向が顕著です。さらに、研磨すると表面がほつれてしまい、機械加工面よりも見た目が悪くなることがよくあります。可能な仕上げの例を以下に示します。
加工後：ナイロン6/6のCNC加工では、多くの場合、優れた表面仕上げが得られます。Gazfullの機械加工技術者は、適切なすくい角と逃げ角を備えた鋭利なHSS（高速度鋼）切削工具を使用することで、これを実現しています。
ビーズブラスト：ナイロン6/6は、ビーズブラスト加工によってさらに平滑化することができ、表面粗さを低減できます。
染色：ナイロンは液体を吸収しやすいため、染色は一般的な仕上げ方法の一つです。溶剤染料を用いて、白いナイロン部品の表面を様々な色に染めます。
コスト削減設計のヒント
ナイロン 6/6 は比較的安価なエンジニアリング プラスチックですが、加工コストをさらに節約するには、次のことを試してください。
部品の形状はシンプルに保ちましょう。加工の段取り回数を最小限に抑え、必要な機械のコストを削減するため（つまり、4軸または5軸の機械ではなく3軸の機械を使用するため）、形状はできるだけシンプルにしてください。複雑な形状の部品は、SLS（選択的レーザー焼結）またはHP Multi Jet Fusionによるナイロン12での3Dプリントに適している場合があります。
部品の一貫性を保つ：内側の角の半径とねじ穴の寸法を一定に保つことで、製造業者が必要とする工具交換の回数を減らすことができます。
アクリルCNC加工について
アクリルは、光学的透明性、強度、紫外線安定性に優れた熱可塑性プラスチックで、多くの用途でガラスの代替品として人気があります。軽量で耐衝撃性に優れ、他の透明プラスチックとは異なり、長時間日光にさらされても変色しません。
アクリルは優れた強度と剛性を備えていますが、特にガラスと比較すると高温環境には適していません。これらの特性により、機械加工されたアクリルは自動車産業や試験・計測などの業界で広く使用されています。
アクリルの概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
計器盤や車のランプカバー、光拡散板、透明筐体など。ガラスに代わる低コストで軽量な代替品として使用できます。 | 高い耐衝撃性、光学的に透明、高い紫外線耐性 | 耐傷性および耐熱性が低く、特定の化学物質（アセトン、アルコールなど）に敏感です。 | 3日から | 低額（$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
Acrylic
アクリルはガラスに比べて多くの利点を持つ強靭な素材です。例えば、ガラスは機械加工が難しいのに対し、アクリルは容易に機械加工できます。そのため、複雑な形状と高い光学的透明性の両方が求められる用途では、アクリルをCNC加工するという選択肢があります。アクリルの透明性は、検査窓、化学試験用ハードウェア、計測機器のカバーなどに最適です。
アクリルの一般的な特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 0.45MPaにおける熱たわみ温度（°C） | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
65-75 | 〜2-10 | 〜80-90 | 105-110 | 85-110 |
注：参考値です。グレードや製造工程によって若干異なる場合があります。重要な用途については、特定の材料データシート（例：Plexiglas®、Acrylite®、Lucite®などのメーカーが発行するデータシート）を参照してください。
フィニッシュ
CNC加工されたアクリルには、表面仕上げが施されることはほとんどありません。なぜなら、ほとんどの仕上げは素材本来の光学特性を損なうからです。仕上げが必要な場合は、これらの特性を高める仕上げをお選びください。
標準（加工後）：切削面上の目に見える工具痕は、渦巻き状の跡として現れます。
ビーズブラスト加工：アクリルにマットなフロスト加工を施し、工具痕を目立たなくします。
カスタム研磨：アクリルは、化学処理または手作業による段階的な湿式研磨により、追加料金でさらに透明度を高める研磨が可能です。ご希望の場合は、Gazfull Instant Quoting Engine®で「その他」を選択してください。
コスト削減設計のヒント
アクリルは入手しやすい素材ですが、以下に説明するように、素材の限界内で設計してください。
標準サイズに合わせた設計: アクリルは通常、様々な厚さのシートや、チューブや棒などの押し出し成形品として供給されます。既製のシートや棒の寸法に収まるように部品を設計することで、コストを最小限に抑えることができます。必要な部品が大きすぎる場合は、複数の部品に分割し、加工後に接着または固定することを検討してください。
公差: アクリルのようなプラスチックで極めて厳しい公差を実現するのは困難な場合があります。厳しい公差に伴うスクラップ、コスト、リードタイムの増加を抑えるため、+/- 0.005インチ未満の公差は重要な形状にのみ設定することをお勧めします。
ABS CNC加工
ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）は、比較的低コストで優れた靭性を持つことから、広く使用されている熱可塑性樹脂です。ABSのCNC加工は、高価な金型を必要とせず、部品をカスタム形状に切削できる費用対効果の高い方法であり、特に試作品、治具、少量生産に適しています。
ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂は、その低コスト、製造性、そして優れた機械的特性から、幅広い産業で使用されています。数多くの消費者製品に使用されているほか、自動車産業でも広く使用されています。CNC加工されたABSは、特に安価な素材としては、優れた靭性、剛性、そして衝撃吸収性を備えています。
ABS の概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
製品ハウジング、固定具および治具、車両のダッシュボード | 高耐衝撃性、低コスト、耐薬品性 | 高温用途には適さない、溶剤による損傷、UV 安定性が低い | 3日間から開始 | 低額（$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
一般的なABS
ABSは寸法安定性、耐衝撃性、そして機械加工性に優れています。そのため、CNC加工されたABSは、工具の筐体やケースなど、低コストで耐久性の高い部品が求められる用途に最適です。
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ロックウェルR） | 熱たわみ温度 (°C) | 融点（°C） |
|---|---|---|---|---|
40.7 | 53.4% | 107 | 97.4 | 267 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
フィニッシュ
ABS CNC部品サプライヤーと提携する場合、機械加工されたABSは通常、ベージュ（ナチュラル）、白、黒で提供されます。その他の色については、直接調達することで入手可能な場合があります。
加工済み： CNC加工されたABS部品は、仕様に基づいて加工されていますが、材料表面にわずかな工具痕や渦状の跡が見られる場合があります。
ビーズブラスト：マットな仕上がりを求める場合は、表面に細かいガラスビーズを塗布してビーズブラスト加工を施すことで光沢を抑えることができます。ただし、プラスチックにビーズブラスト加工を施すと、表面が不均一になったり、細かいディテールが損傷したりする可能性があります。
コスト削減設計のヒント
ABSは非常に安価なプラスチックで、加工が容易で優れた機械的特性を備えています。コストをさらに削減するために、エンジニアはABSのような熱可塑性プラスチックでは公差の管理が困難になる可能性があるため、過度に厳しい公差を設定することは避けるべきです。CNC加工部品に関するその他の一般的な設計のヒントを以下に示します。
同一軸平面上に設計要素を配置することで、より高価な4軸および5軸CNCマシンの必要性を最小限に抑えることができます。
一貫性が鍵となります。内角半径やねじ穴などの形状を一定に保つことで、工具交換の必要性を減らし、部品にかかる時間とコストを削減できます。
ポリカーボネートCNC加工サービス
ポリカーボネート（PC）は非晶質熱可塑性樹脂です。非晶質であるため、融解する前にまず軟化する傾向があり、融点は一定ではありません。Gazfullでは、黒または透明のシートと棒状のポリカーボネートを加工しています。その透明性、耐破損性、そして軽量性は、ガラスの優れた代替品となります。また、アクリルよりも高温耐性に優れています。しかしながら、ポリカーボネートのCNC加工では、光学的に透明な部品は本来得られないため、更なる仕上げ加工が必要となります。
PC（ポリカーボネート）は、優れた破壊靭性を備えたエンジニアリングプラスチックです。衝撃にも耐え、光学的な透明性、耐紫外線性、そして他のエンジニアリングプラスチックに比べて通常より高い耐熱性も備えています。
一般的な PC (ポリカーボネート) の概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
自動車のヘッドライトレンズ、光拡散器、防水ケース | 高い耐衝撃性、優れた透明性、中程度の耐熱性（最大275℉/135℃）、優れた破壊靭性 | 傷がつきやすく、耐薬品性が低い | 3日間から開始 | 中（$$） | 標準±0.010″、±0.002″は達成可能、±0.002″未満は手動レビュー後に利用可能 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
汎用PC（ポリカーボネート）
ポリカーボネートのCNC加工は比較的普及しています。この素材は優れた耐衝撃性を備えているため、構造部品に最適です。ABSのほぼ2倍の衝撃強度を持つポリカーボネートは、一般的なエンジニアリングプラスチックの中でも最高レベルの耐衝撃性を備えています。ひび割れや破損を起こさずに容易に成形できます。
一般的な PC プロパティ
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | ガラス転移温度 (°C) |
|---|---|---|---|---|
40-154 | 3-233 | 90-95 | 57.2-208 | 142-152 |
フィニッシュ
プラスチックの表面仕上げは限られています。特にポリカーボネートは傷がつきやすいため、CNC加工では特にその傾向が顕著です。以下に、いくつかの表面仕上げ例を挙げます。
蒸気研磨：CNC加工されたポリカーボネートは、表面に工具痕が残ることがよくあります。これは、光学的に透明な部品を必要とする用途には適していません。研磨とは一般的に、工具痕や傷を取り除く工程であり、ポリカーボネートの場合、蒸気研磨は最も効果的な方法の1つです。この方法は、表面に溶剤を塗布し、溶剤が反応して表面層を溶融・流動させることで機能します。この工程により、表面が均一になり、工具痕が埋められます。
耐傷性コーティング：ポリカーボネートの欠点の1つは、傷がつきやすいことです。市販されているコーティングの中には、ポリカーボネートの透明度を維持しながら、耐傷性を向上させるものがあります。
コスト削減設計のヒント
ポリカーボネートは比較的高価なプラスチックです。以下に、コスト削減のための設計ヒントをいくつかご紹介します。
サブアセンブリ：機械加工用のポリカーボネートは、シート状または棒状のいずれかの形態で供給されます。そのため、ポリカーボネートをCNC加工する際には、標準サイズを念頭に置いて部品を設計することが重要です。ポリカーボネートの単一ブロックから大型部品を加工すると、非常にコストが高くなる可能性があります。代わりに、後でボルトで固定したり、プラスチック溶接で接合したりする個別のサブアセンブリを設計することを検討してください。
一貫した機能：特殊な工具の使用や工具の切り替えを減らすために、一貫した機能を備えた設計。
PEEKCNC加工
PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）は、数々の優れた特性を持つ高度なエンジニアリングプラスチックです。高温耐性、耐摩耗性、生体適合性、超高真空耐性、優れた耐薬品性、CNC加工への適合性など、様々な特性を備えています。
PEEKは半結晶性の熱可塑性樹脂で、最高260℃の温度で連続使用が可能で、耐薬品性にも優れています。ただし、硫酸などの一部の酸はPEEKを溶解させるため注意が必要です。PEEKのCNC加工は、機械的強度、化学的安定性、耐高温性が求められる過酷な環境で使用される部品を製造するための一般的な方法です。用途としては、医療、航空宇宙、自動車産業向けの部品などがあります。
PEEK の概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
ベアリング、ワッシャーとギア、脊椎インプラント、手術器具 | 疎水性、高真空条件下でのガス放出が最小限、生体適合性 | 高コスト、生体適合性があるが骨に結合しにくい | PEEK部品のリードタイムは3営業日から始まります | 高い ($$$) | +/- .001インチ（+/- 0.025 mm）の加工公差を実現可能 |
汎用PEEK
PEEKの機械加工により、この素材の優れた特性を活かした幅広い用途が可能になります。PEEKは他のエンジニアリングプラスチックと比較して、欠点がほとんどありません。特に優れた点の一つは耐熱性です。他のほとんどのプラスチックよりも長時間、高温で動作可能です。さらに、PEEKは疎水性であるため、水分を吸収しにくく、真空条件下でもガス放出が極めて少ないという優れた特性があります。この安定性は大きな強みです。PEEKは、一時的なインプラントなどの医療用途から、極真空下にさらされる航空宇宙部品まで、幅広い用途に使用されています。
PEEK の一般的な特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | ガラス転移温度 (°C) |
|---|---|---|---|---|
65-120 | 1.5-110 | 62-89 | 182-210 | 143-155 |
USP クラス VI ピーク (TECAPEEK)
TECAPEEK MTなどのUSPクラスVI規格に適合したPEEKは、医療技術向けに特別に設計された生体適合性材料です。非常に高い耐薬品性、様々な滅菌方法への耐性、そして高温下でも機械的特性を維持する能力を特徴としています。医療グレードのPEEKは、皮膚や組織との接触が制限される医療用途や医療機器に多く使用されています。USPクラスVI規格に適合したPEEKは、劣化することなく多くの滅菌サイクルに耐えられることから、医療用途にも適しています。
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度 (ロックウェル M) | 熱たわみ温度 (°C) | ガラス転移温度 (°C) |
|---|---|---|---|---|
96.5-110 | 30-50 | 94-99 | 160 | 150 |
ピークGF30
PEEK GF30は、PEEKの30%ガラス繊維強化材です。一般的な無充填PEEKと比較して、GF30は優れた剛性と高い機械的強度を備えています。また、ガラス繊維強化PEEKは寸法安定性とクリープ強度も向上しています。この材料は、高温で高い静的荷重を受ける部品に適しています。PEEK GF30は、ガラス繊維が接合面に研磨効果をもたらすため、軸受や摩耗用途には適していません。
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度 (ロックウェル M) | 熱たわみ温度 (°C) | 最高使用温度 (°C) |
|---|---|---|---|---|
101-157 | 2.2-5 | 103 | 316 | 260-300 |
フィニッシュ
PEEK部品は、本来は不透明なグレーまたはベージュ色です。PEEKのポリマー構造上、塗料やコーティング剤は表面に付着しにくいです。しかし、PEEKは耐薬品性に優れているため、部品を機械加工したままの状態でも問題なく使用できる場合が多くあります。
加工済み：PEEKは加工が容易で、滑らかな表面仕上げを実現できます。Gazfullは、PEEKの表面粗さを32μin Raという小さな値まで自動見積もりできますが、手動レビューによりさらに低い値も見積もり可能です。
ビーズブラスト：ガラスビーズを用いて表面を機械的に研磨することで、不要な工具痕を除去することができます。
コスト削減設計のヒント
PEEKは高コストであるため、製造間接費を最小限に抑える必要があります。PEEKのCNC加工コストを管理する一つの方法は、製造中にアニール処理を依頼することです。これにより表面および内部の割れが低減し、不良率が低下し、メーカー全体のコスト削減につながります。
テフロン（PTFE）CNC加工
PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）は、炭素原子とフッ素原子のみで構成されるフッ素ポリマーベースの熱可塑性プラスチックです。デュポン社の商標名であるテフロンで広く知られています。テフロンの耐熱性は、一般的なエンジニアリングプラスチックの中でも最高レベルです。また、フッ素ポリマーの化学組成により、耐腐食性も非常に優れています。PTFEテフロンのCNC加工は、PTFEテフロンの強度が低く比較的柔らかいため比較的容易ですが、高い精度を維持するのが難しい場合があります。
PTFEテフロンは、非常に高い融点、低い摩擦係数、そして化学的に不活性であることから、他のエンジニアリングプラスチックとは一線を画しています。これらの優れた特性により、PTFEテフロンコーティングは、ノンスティック調理器具をはじめ、食品・飲料、石油化学、医療、電気部品などの分野で広く利用されています。
一般的な PC (ポリカーボネート) の概要
| 用途 | 優位性 | デメリット | リードタイム | 価格 | 許容範囲 |
|---|---|---|---|---|---|
医療用インプラント、腐食性化学物質に対するパイプコーティング、電気部品の絶縁 | 食品安全、疎水性、耐高温性、低摩擦係数 | 過熱すると有毒ガスが発生し、耐摩耗性が低い | リードタイムは3日から始まります。 | 中（$$） | 標準許容誤差は +/- 0.010 インチです。+/- 0.001 インチの許容誤差が達成可能です。 |
バージンPTFEテフロン
この素材は主にコーティング材として使用されていますが、一部の医療用インプラントはCNC加工によってPTFEテフロンで製造されています。テフロンは不活性であるため、この素材で作られた医療用インプラントは体内で拒絶反応を起こしません。摩擦係数が低いため、ベアリングなどの摺動接触部品に最適です。
PTFEテフロンの特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | 融解温度（°C） |
|---|---|---|---|---|
9-30 | 300-400 | 55-65 | 115 | 330 |
注：参考値です。グレードやメーカーによって多少異なる場合があります。
フィニッシュ
テフロンは、その非粘着性により、コーティングに対する耐性が非常に高いです。テフロン加工されたエッジにはバリが残る傾向がありますが、Gazfullでは完成品を出荷する前にバリを自動的に除去しています。
加工状態のまま：部品は加工状態のままにしておくのが最適です。
ビーズブラスト：より滑らかな仕上がりを実現し、凹凸を取り除くために、部品にビーズブラスト処理を施して表面を均一に滑らかにすることができます。
コスト削減設計のヒント
PTFEテフロン材のCNC加工は、特に厳しい公差が求められる場合、非常に困難です。そのため、加工プロセスを可能な限り手間をかけずに迅速に行うことが重要です。
同一軸平面上に設計要素を配置することで、より高価な4軸および5軸CNCマシンの必要性を最小限に抑えることができます。
一貫性が鍵となります。内角半径やねじ穴などの形状を一定に保つことで、工具交換の必要性を減らし、部品にかかる時間とコストを削減できます。
CNC加工用ガロライトG-10
ガロライトは、ガラス繊維とフェノールエポキシ樹脂からなる熱硬化性複合材料です。熱硬化性樹脂であるため、溶融・再成形はできません。ピーク動作温度を超えて加熱すると化学的に分解し、冷却後は特性を維持できなくなります。そのため、ガロライトを用いた射出成形は不可能です。この材料を用いて複雑な部品を製造できるのは、CNC加工のみです。
ガロライトは、高い強度対重量比と優れた耐腐食性および耐湿性を備えたガラス強化エポキシ複合材料であり、海洋用途に最適です。また、耐火性と優れた電気絶縁性も備えているため、電子回路基板の基板材料として最適です。
ガロライト G-10 (FR4)
Garolite G-10（FR4）のCNC加工により、腐食性または高湿度の用途に最適な部品が製造されます。これらの環境条件の組み合わせは、主に海洋産業で見られ、Garoliteは取り付けブラケットなどのエンジン部品や、電気絶縁性と機械的強度が求められる用途に使用されています。
Gazfullは、GaroliteのG-10グレードとG-10 FR4グレードの両方を提供しています。FR4はGarolite G-10の難燃グレードで、UL94 V-0の難燃性を有しています。両グレードは、FR4の方が難燃性が高い点を除けば、同様の材料特性を備えています。ほとんどの場合、G-10が必要な場合はG-10 FR4で安全に代用できますが、FR4が必要な場合はG-10で代用しないでください。
ガロライト G-10 (FR4) の一般的な材料特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 圧縮強度(MPa) | 硬度 (ロックウェル M) | 可燃性評価 | 連続使用温度 (°C) |
|---|---|---|---|---|
262-310 | 448 | 110 | UL94 V-0 | 140 |
ガロライト G11 (FR5)
G-10と同様に、ガロライトG-11（FR5）はガラスエポキシ積層板です。G11はG10よりも優れた断熱性を備えており、より高い動作温度に耐えることができます。そのため、高温環境で使用される機械または電気用途に最適です。
ガロライト G11 (FR5) の一般的な材料特性
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 圧縮強度(MPa) | 硬度 (ロックウェル M) | 可燃性評価 | 連続使用温度 (°C) |
|---|---|---|---|---|
255-295 | 434 | 112 | UL94 V-0 | 150 |
フィニッシュ
ガロライトは一般的に緑から黄緑色ですが、黒色のものもあります。繊維状のため、研磨には適していません。通常、マット仕上げの表面を磨いても、輝きを取り戻すことはありません。
加工後：ガロライトは一般的に、加工後に滑らかなマット仕上げになります。つまり、加工後の状態のまま部品を使用しても、美観が損なわれることはありません。
ビーズブラスト：ガロライトで製造された部品は、機械加工中に生じた凹凸面を除去するためにビーズブラスト処理を施すことができます。
コスト削減設計のヒント
ガロライトは高価なエンジニアリングプラスチックであるため、可能な限り製造コストを抑えることが重要です。
標準ストックサイズに合わせて設計してください。ガロライトは、棒材、丸棒、管材、板材に限定されています。この材料で部品を設計する際は、まず使用可能なストックサイズを把握し、その制約を満たすように設計してください。最終寸法を得るために除去する材料が少なくなれば、材料の無駄と加工時間の両面でコスト削減につながります。ガロライトのCNC加工にはダイヤモンド工具または超合金工具が必要となるため、加工コストが高くなります。
PVC CNC 加工
PVCは最も広く使用されているエンジニアリングプラスチックの一つです。一般的に、可塑化PVCと非可塑化PVCの2つの形態があります。非可塑化PVCは、パイプや継手などの硬質部品に使用されます。PVCのCNC加工は、通常、この硬質PVCを用いて行われます。可塑化PVCは、ケーブルや小型チューブなど、柔軟性が求められる用途に使用されます。
PVCは、他のほとんどのプラスチックに比べて再生不可能な原材料の使用量が少ないため、最も環境に優しいプラスチックの一つとなっています。PVCのCNC加工は他のエンジニアリングプラスチックと同様であり、その剛性と硬度のおかげで比較的容易に加工できます。
PVCを機械加工することで、優れた機械的特性と耐候性を備えた低コストの部品が得られます。この素材は耐湿性と耐紫外線性に優れているため、配管や配管継手などの用途に最適です。
硬質/非可塑性PVC
| 引張強さ、降伏点(MPa) | 破断点伸び (%) | 硬度（ショアD） | 熱たわみ温度 (°C) | 難燃性等級（UL 94（1.5 mm）） | 色圏 |
|---|---|---|---|---|---|
45.6 | 110 | 80 | 72.5 | HB-5VA | グレー |
フィニッシュ
他のほとんどのエンジニアリングプラスチックとは異なり、PVCは美観向上のためだけでなく、屋外での寿命をさらに延ばすためにも、容易に塗装することができます。また、透明なPVCは機械的特性は一定に保たれますが、太陽光やその他の紫外線源にさらされると、時間の経過とともに変色する傾向があることにも注意が必要です。
塗装：ポリ塩化ビニルを侵食する溶剤を含まない塗料であれば、PVCに塗装することができます。使用する塗料が、PVCの機械的特性を損なうことなく使用できるように配合されていることを確認してください。
加工済み：PVCは加工が容易で、追加の加工を必要とせずに、滑らかで比較的光沢のある表面仕上げが得られます。
コスト削減設計のヒント
PVCのCNC加工は軽量で低コストの部品を生産します。しかし、以下のヒントはコストをさらに削減するのに役立ちます。
サブアセンブリ： PVCは、シート状または棒状の様々なサイズで入手可能です。これらの素材から部品を作成し、後で最終部品に組み立てられるように設計してください。PVC用接着剤は入手しやすく、複数のサブアセンブリから複雑な部品を費用対効果の高い方法で作成するために使用できます。
CNC プラスチックは CNC 機械加工された金属と同じ設計規則に従うため、可能な限り機械加工設計のベスト プラクティスを使用します。