ウレタンキャスティング解説：これだけは知っておきたい

ウレタンキャスティング入門

ウレタンキャスティングは、液状のポリウレタン樹脂を型に流し込んで固める工程で、複雑な細部や複雑な形状の部品を作るための汎用性の高い方法です。このプロセスは、一般的に3DプリンターやCNC機械加工で製造されるマスターパターンの製造から始まり、マスターの周りにシリコンやウレタンゴムなどの材料を使用して型を作ります。その後、液状の樹脂を型に流し込み、硬化させて目的の部品の形状にする。ウレタンキャスティングは、小ロットから中ロットの部品を生産するための効率的なソリューションであり、他の製造技術と比較して柔軟性と費用対効果を実現します。

射出成形との比較

射出成形は大量生産に優れていますが、金型に多額の先行投資が必要なため、少量生産には向いていません。一方、ウレタン鋳造は、このような生産規模に対して、より費用対効果の高い代替案を提供し、同等の精巧さと表面仕上げを持つ部品を作成することができます。さらに、ウレタン鋳造は迅速な反復と修正が容易であるため、柔軟性と敏捷性が最も重要なプロトタイピングや少量生産に最適な選択となります。

Xometryからのクレジット

ウレタン鋳造プロセス

ウレタンキャスティングの工程は以下のステップに分けられる：

1. CNC機械加工またはステレオリソグラフィー（SLA）3Dプリンティングでマスターパターンを取得します。
2. マスターパターンを液状シリコーンで満たした容器に沈め、型を形成する。
3. 完全に固まったシリコン型を半分に切り、中からマスターパターンを取り出す。
4. シリコーン型にウレタンを流し込み、固化させて鋳型を形成する。シリコーン型は、交換が必要になるまで約20回再利用できる。

ウレタン鋳造材料

ポリウレタン樹脂は、幅広い特性と用途を持つポリマーです。当社では、お客様の用途に合わせた様々なポリウレタン注型材を提供しています：

• ABSのような
• アクリルライク
• ナイロンライクな素材
• PC的
• PPのような
• ゴムのような
• 透明なラバーライク

ウレタン鋳造の利点

費用対効果： ウレタン鋳造は、少量生産では特に費用対効果が高い。射出成形のような工程に比べ、金型への初期投資が少なくて済むため、試作や少量生産に利用しやすくなっています。

素材選択の柔軟性： ウレタン鋳造では、硬度、柔軟性、色など、さまざまな特性を持つ幅広い材料を使用することができます。この汎用性により、メーカーは機械的強度や美的外観など、特定の要件に合わせて部品を調整することができます。

複雑なジオメトリーと繊細なディテール： このプロセスは、複雑な細部や複雑な形状を高精度で再現する。微細な表面のテクスチャーや特徴を捉えることができるため、複雑なデザインの部品や精密な仕様の機能的なプロトタイプの製造に適している。

迅速な納期： ウレタン鋳造は、従来の製造方法と比較して比較的速い納期を提供します。一旦金型が準備されれば、部品は迅速に製造され、プロトタイピングや開発段階での迅速な反復が可能になります。

ウレタン鋳造の設計のヒント

寛容

ウレタン鋳造では通常、1インチあたり±0.015インチまたは±0.003インチ程度の公差が許容されますが、ケースバイケースでより厳しい公差も可能です。

典型的な収縮率は+0.15%で、これはウレタン鋳造材料とシリコーン鋳型の熱膨張によるものです。

壁厚

部品の肉厚は最低0.040"(1mm)が望ましいが、小さな部品であれば0.020"(0.5mm)まで薄くすることができる。

硬化中の収縮や変形を最小限に抑えるため、肉厚を一定にすることが推奨される。

ドラフト

ドラフト角度を3～5度にすることで、金型への負担を減らし、寿命を延ばすことができる。

肋骨

リブは曲げ剛性を最大にし、高さは幅の3倍以下にする。

リブの幅は、肉厚の40～60%とする。

最大強度を得るため、コーナーのフィレット半径は部品肉厚の25%以上とする。

ボス

ボスは相手部品の取り付けを容易にし、部品の肉厚の約25%の底面半径を持つべきである。

ボスの内側コーナーは、厚さを最小限に抑え、ヒケの可能性を減らすため、0.060インチ（1.5mm）のフィレット半径を使用する。

ボスは、収縮を最小にするため、公称肉厚の60%以下とする。

ウレタンキャスティングの用途

少量生産： ウレタンキャスティングは、高品質のプラスチックプロトタイプを迅速かつコスト効率よく製造するための理想的な選択肢です。

エンジニアリング・テスト： ウレタン鋳造は、費用対効果の高い金型と相まって、エンジニアリングの検証や設計変更を簡素化し、より簡単で経済的なものにします。また、量産前の機能テストや必要な認証も可能になります。

美的モデル： ウレタンキャスティングは、様々な色、質感、仕上げが可能で、美的なまとまりを出すことができます。最終的な製品に最適な色を決定するために、シリコンの鋳型を作り、それぞれ異なるデザインの鋳物を複数作ることで、社内での打ち合わせがスムーズになります。

先行プロトタイプ生産： ウレタンキャスティングは、その機能性と品質から、消費者テストやユーザー評価に非常に適しています。鋳造プロセスは、さらなるテストや市場展開のための迅速な変更を可能にします。