CNCプラスチック加工は、様々なポリマー材料から複雑な部品を製造するための高精度な製造プロセスです。3Dプリンティングでは実現できない厳しい公差や機械的特性が必要な場合、この方法は不可欠です。
プラスチック加工は、試作品製作と量産の間のギャップを埋める技術です。射出成形のような高価な金型費用をかけずに、高精度なCNC加工プラスチック部品を製造できます。加工は、反復的なエンジニアリングにおいて有効な選択肢となります。
このガイドでは、専門的な用途向けのプラスチック CNC 加工を習得するために必要な材料、プロセス、エンジニアリングの洞察について説明します。
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CNC加工可能なプラスチックについて
プラスチックは種類によって切削工具に対する反応が異なることを理解しておく必要があります。金属とは異なり、エンジニアリングプラスチックは熱や内部応力に強く反応します。
CNC 加工に適したプラスチックとは?
CNCプラスチック加工では、回転刃の機械的力に耐え、溶解したり粉砕したりしないプラスチックが適しています。長く糸を引くような切りくずではなく、きれいな切りくずを生成する材料が求められます。高性能ポリマーは、工具による摩擦が発生しても形状を維持するため、最良の結果をもたらすことがよくあります。
機械加工の成功に重要な材料特性
CNCプラスチック加工では、プラスチック材料の技術データシートを評価し、CNC加工プロセスの機械的負荷に耐えられることを確認する必要があります。
機械的性質
曲げ弾性率と引張強度を分析する必要があります。PEEKやG-10ガロライトのような高弾性率プラスチックは、切削時の曲げに抵抗します。一方、低弾性率の材料は工具から離れる方向にたわむため、形状が小さくなってしまいます。
寸法安定性
これは、熱膨張係数と吸湿率を組み合わせた指標なので、知っておくと便利です。 ナイロンCNC加工 ナイロン6/6は高湿度下で最大8%膨張するため、使用は困難です。 CNCポリカーボネート または、さまざまな環境で部品のサイズを ±0.02 mm 以内に維持する必要がある場合は、デルリンを使用します。
ショア硬度
一般的に、以下の硬度のプラスチックは避けるべきです。 ショアD 50硬度 精密フライス加工用。軟質ポリマーは高い弾性を示すため、工具の下でせん断されるのではなく圧縮されてしまいます。その結果、大きなバリが発生し、表面仕上げが悪くなります。 エンジニアリングプラスチック 通常、Shore D 70 と Shore D 90 の間になります。
熱特性
プラスチックは熱伝導率と融点が低いため、熱は工具の界面に留まります。ガラス転移温度を監視する必要があります。局所的な温度がTgを超えると、プラスチックはゴム状になります。これがガミング（材料が溝に付着して工具が折れる現象）につながります。
CNCプラスチック加工で使用されるプラスチックのカテゴリー
以前は選択肢が限られていましたが、今では選択肢が豊富にあります。ショアD 50以上の硬質プラスチックは、厳しい公差を実現するのに最適です。ショアA 70以上の軟質プラスチックも使用可能ですが、クランプが困難です。 エンジニアリングプラスチック PEEK などの汎用プラスチックは優れた強度を提供しますが、PVC などの汎用プラスチックは低コストのハウジングに適しています。
プラスチック部品にCNC加工を選択する場合
多くの場合、機械加工、成形、印刷のいずれかを選択する必要に迫られます。CNCによるプラスチック加工は、生産サイクルにおける特定のギャップを埋めるものです。
CNC加工と射出成形
CNCプラスチック加工と射出成形を比較検討する際、まず最初に比較すべき要素は生産量です。射出成形では数千ドルかかる金属製の金型が必要ですが、CNCプラスチック加工サービスは500個以下の少量生産であればはるかに安価です。さらに、加工では成形よりもはるかに厚い肉厚を実現できます。成形では肉厚な部分にヒケが生じるのを防ぐことができます。
CNC 加工 vs 3D プリント
3Dプリントは高速ですが、 カスタムプラスチック部品 CNCで作られた部品ははるかに強度が高いです。印刷された部品は層が剥がれる可能性があります。一方、機械加工された部品は、固体の等方性ブロックから削り出されます。そのため、 最強のプラスチック 構造用部品。
一般的なCNC加工可能なプラスチック材料
これを実現する最善の方法は、部品の設置環境に合わせて材料を選ぶことです。
ABS CNC加工
CNCプラスチック加工において、ABS樹脂は安価で切削加工が容易なため、広く利用されています。耐衝撃性に優れ、接着や塗装も容易です。電子機器の筐体やダッシュボード部品などによく使用されています。
ナイロンCNC機械加工
ナイロンのCNC加工は、可動部品にとって有効なソリューションです。ナイロン加工は優れた耐摩耗性と靭性を発揮します。そのため、ナイロンは可動部品のCNCプラスチック加工において一般的な選択肢となっています。ただし、ナイロンは吸湿性があり、時間の経過とともにサイズが変化する可能性があることに注意が必要です。より高い剛性が必要な場合は、ガラス繊維強化ナイロンも利用可能です。
アクリルCNC機械加工
アクリルCNC加工 透明性を求めるなら、この素材が最適です。ガラスよりも光学的な透明度が高く、はるかに軽量です。加工後、蒸気研磨を行うことで、部品を再び完全に透明にすることができます。
デルリン/POM CNC加工
デルリンの加工は、エンジニアの間で非常に人気があります。摩擦係数が非常に低く、寸法精度が高いのが特徴です。また、吸湿性がないため、今日作った部品は来月も同じサイズを保ちます。
優れた加工性と寸法安定性を兼ね備えているため、エンジニアはCNC加工用プラスチックを選ぶ際にデルリンとナイロンを比較検討することがよくあります。デルリンとナイロンの比較ガイドで詳細をご覧ください。
ポリカーボネートCNC加工
CNC加工されたポリカーボネートは、ほとんど壊れません。アクリルのように透明でありながら、はるかに丈夫です。安全シールド、堅牢なディスプレイ、産業用ガードなどに最適です。
asfasdf CNC加工
PEEKは、高温や過酷な化学物質にも耐えられる高性能プラスチックです。航空宇宙産業や医療インプラントの金属部品の代替としてよく使用されています。
PEI CNC加工
PEIのCNC加工により、驚異的な耐熱性を備えた部品が製造されます。他のプラスチックが溶けてしまうような高温でも強度を維持します。オートクレーブ滅菌が必要な医療器具にとって、PEIは有用な素材です。
加工テフロン
テフロンは非常に滑りやすい素材であるため、機械加工が難しい。耐薬品性に優れていることで知られ、流体システムのシール材やガスケット材としてよく用いられる。
プロジェクトによっては、高性能な材料と厳しい公差が求められる場合があります。そのため、FastPreciは専門的なCNCプラスチック加工サービスを提供しています。試作品製作から少量生産まで、あらゆる段階をサポートします。
CNCプラスチック加工プロセス
CNC プラスチック加工では、安定性と精度を確保するために、部品の形状に応じて異なる機械的セットアップが必要です。
プラスチック用CNCフライス加工
これは、カスタムプラスチック部品の加工における主要な方法です。スピンドルは3軸、4軸、または5軸で移動し、ワークピースは万力または真空テーブルで固定されます。ポケット、穴、スロットを備えた平面部品の加工に最適です。
CNC旋盤加工
円筒形のCNC加工プラスチック部品の場合、旋盤が最も効率的な選択肢です。部品が回転するため、ブッシングやシャフトの同心度を非常に高くすることができます。プラスチックが工具に付着するのを防ぐため、専用のダイヤモンドチップ付きまたは研磨された超硬インサートを使用することをお勧めします。
プラスチック用スイスCNC加工
これは、非常に小型でアスペクト比の高い部品の加工に必要です。スライド式ヘッドストックがガイドブッシングを通してプラスチック材料を送り込みます。切削は支持部から数ミリ離れた位置で行われるため、材料の跳ね返りや振動を防ぎます。これは、医療用ピンや電気コネクタハウジングの加工に有効な技術です。
CNC 加工プラスチック部品の用途
カスタムプラスチック部品 金属が重すぎたり導電性が強すぎたりする産業において重要な役割を果たします。
医療機器とヘルスケア
PEIのCNC加工は、オートクレーブ滅菌に対応した手術用グリップに用いられています。PEEKは、その弾性率が人間の骨に似ているため、脊椎ケージや試験用インプラントに使用されています。これらの材料は、生体適合性と強力な洗浄剤に対する耐薬品性を備えています。
航空宇宙および自動車
軽量化のために、カスタムカーボンファイバー製パーツやナイロンCNC加工部品を好んで使用します。軽量インテークマニホールド、電気絶縁体、燃料システムコネクターは、厳しい排出ガス規制への対応に役立ちます。
ディスプレイ・電子機器関連
CNCプラスチック加工によって、高い誘電強度を持つ部品を製造できます。FR-4やPTFEなどの材料を使用することで、高周波絶縁体や干渉を防ぐプリント基板筐体を作製することが可能です。
CNCプラスチック加工設計ガイドライン
まず、ポリマーの固有の動作に合わせて CAD モデルを調整する必要があります。
壁の厚さ
壁厚は最低1.5mmを維持する必要があります。壁厚が薄いと、切削工具の圧力によって材料がたわみ、チャタリングマークや寸法誤差が発生します。
半径と内部フィレット
一般的に、鋭角な90度の内角は避けるべきです。エンドミルの半径よりわずかに大きい半径を使用してください。これにより、工具は一定の送り速度を維持し、プラスチックの割れの原因となる応力集中を軽減できます。
許容範囲
誰もが許容誤差の超過を避けたいと考えています。機械にとって、厳密な数値を合わせることは困難であり、プラスチックは室温によって膨張したり収縮したりします。±0.05mmの許容誤差は、多くのエンジニアリングプラスチックに使用されている有用な基準です。
テクニックとベストプラクティス
溶解を止めるために、ツール速度とチップ排出のバランスをとるさまざまなテクニックを試すことができます。
熱発生の制御
まず、送り速度は高く、スピンドル回転速度は中程度に抑えます。これにより切削片への負荷が増加し、切削片1つ1つが部品からより多くの熱を奪うことになります。送り速度を遅くして回転速度を高くすると、工具がプラスチックを擦ってしまい、溶けてしまいます。
ツールの選択
一般的にはせん断形状が使用されます。シングルフルートまたはツーフルートエンドミルは、切りくず除去のための最大の溝を提供します。工具の詰まりを防ぐためです。したがって、鋼材加工に使用される4枚刃カッターは避けてください。
ワークホールディング
次のポイントは、材料を締め付けすぎないように固定することです。バイスによる過度の圧力はプラスチックを変形させます。バイスを離すと、部品は反り返って変形してしまいます。これを防ぐには、バキュームテーブルやソフトジョーの使用が効果的です。
後処理と仕上げのオプション
CNC加工後、二次処理を施すことで部品の表面を改善できます。
蒸気研磨
蒸気研磨は、Weld-On 4などの溶剤を気体状にして使用します。アクリルやポリカーボネート製の部品を光学的に透明にすることができるため、材料の選択が重要になります。試作品製作におけるアクリルとポリカーボネートの比較については、こちらをご覧ください。
ビーズブラスト
これにより、方向性のある工具跡が除去され、均一で艶消しされた質感が生まれます。プロフェッショナルで反射のない外観が求められる部品には、この方法が最適です。
アニーリング
これは応力除去処理です。部品を融点以下の特定の温度まで加熱し、ゆっくりと冷却します。ナイロンやデルリンの機械加工において、加工完了後数週間経ってから部品が反ってしまうのを防ぐのに役立つ工程です。
CNCプラスチック加工における課題
精密部品を損傷する可能性のある内部の力に注意する必要があります。
内部応力と反り
多くのプラスチックは、押し出し工程で生じた応力が固着しています。片側から材料を取り除くと、応力のバランスが崩れ、部品が反り返ってしまいます。これを修正するには、部品を頻繁に反転させ、両側から均等に材料を取り除く必要があります。
吸湿
ナイロンのCNC加工には、管理された環境が必要です。乾燥した状態で加工した部品を湿度の高い倉庫に保管すると、膨張します。設計公差には、この膨張分を考慮する必要があります。
工具の摩耗とガム化
特注のカーボンファイバー部品やガラス繊維強化プラスチックは非常に研磨性が高いため、超硬工具の切れ味を急速に鈍らせます。工具寿命を延ばし、鋭い刃先を維持するには、ダイヤモンドライクカーボンコーティングを施す必要があります。
製品概要
CNCプラスチック加工は、現代のエンジニアリングに必要な精度と材料強度を提供します。プラスチック材料を理解し、熱膨張を適切に管理することで、高性能なカスタムプラスチック部品を作成できます。CNC加工されたプラスチック部品がすべての技術要件を満たすようにするには、DFMガイドラインと適切な工具を優先的に使用する必要があります。再現性の高い精度を求めるエンジニアにとって、CNCプラスチック加工はポリマー加工において最も信頼性の高い切削加工法です。
実際の用途で安定した結果を得るには、経験豊富なCNC加工パートナーとの連携が不可欠です。FastPreciは、中国を拠点とする信頼できるCNCプラスチック加工サービスプロバイダーであり、ナイロン、アクリル、ABS、PC、PEEKなどの材料を用いた初期プロトタイプから量産まで、あらゆるニーズに対応しています。
よくあるご質問
CNC 加工に最適なプラスチックは何ですか?
PEEKは、特に炭素繊維で強化すると最も強度の高いプラスチックとなり、90MPaを超える引張強度を誇ります。
CNC 加工したプラスチックに鏡面仕上げを施すことはできますか?
アクリル CNC 加工と蒸気研磨またはダイヤモンド旋削により、光学的に透明な鏡のような表面を実現できます。
デルリン部品が機械加工後に形状を変えるのはなぜですか?
これは通常、内部応力の解放が原因です。応力除去済みのデルリン材を使用し、荒削りを行った後、最終仕上げ切削の前に24時間休ませてください。
CNC 加工は柔軟なプラスチックにも使えますか?
可能ですが、難しいです。切断中にプラスチックが動かないように、材料を凍結するか、専用の真空器具を使用する必要があります。
CNC 加工と 3D プリントの強度を比較するとどうですか?
機械加工された部品は等方性であり、すべての方向で同じ強度を持ちます。3D プリントされた部品は、層間の結合が壊れやすいため、強度が弱くなります。
