イントロダクション
プラスチックは、入手しやすく、ほとんどが安価であり、射出成形、3Dプリンティング、CNC精密フライス加工といった一般的な製造技術との相性が良いため、現在の製造業にとって不可欠な素材となっている。
CNC 加工はサブトラクティブ製造技術であり、回転ツールやドリルを使用して固体の材料ブロックから材料を慎重に除去してコンポーネントを成形します。
プラスチック部品の製造に関しては、CNC 機械加工の方が射出成形よりも正確です。
さらに、他の多くの製造技術と比較して、CNC 機械加工はさまざまなプラスチックとの互換性が高いため、多くの製品チームにとって機械加工で部品を製造する魅力的な選択肢となっています。
プラスチック加工
ダーリンとは
商品名デルリンとして知られるアセタールポリマーは、その優れた特性により CNC 加工に広く使用されています。 POM (ポリオキシメチレン) またはデルリンプラスチックとも呼ばれるこの物質は、射出成形や 3D プリンティングなどの手順を使用してさらに機械加工することができます。デルリンには多くのグレードがあり、それぞれが独自の特性の組み合わせを持っています。
デルリン プラスチックは、高い引張強度、低摩擦、高い耐摩耗性、耐クリープ性と反り性、および一般的な靭性と寿命により、金属の優れた代替品として機能します。優れた密度、吸湿性の低減、炭化水素、溶剤、中性化学薬品に対する耐薬品性は、デルリン物質の品質のほんの一部にすぎません。
ピークとは何ですか
PAEK ファミリの材料には、PEEK (ポリエーテル エーテル ケトン) として知られる高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックが含まれます。強度、耐摩耗性、耐磨耗性に優れ、高温下でも品質を維持できる半結晶性材料として、さまざまな工業用部品に活用されています。
PEEK グレードは、耐薬品性と耐水性の点で PPS に匹敵します。一方、PEEK は 343°C の融点を持ち、その物理的品質を永久に失うことなく 250°C までの温度に耐えることができます。熱水や蒸気でも使用できます。 PEEK は、CNC 加工用に顆粒、フィラメント、バーまたはロッドの形状で使用される高性能プラスチックです。通常、それは医療グレードまたは工業グレードのいずれかです。
テフロン/PTFEとは
テトラフルオロエチレン (TFE) はフッ素ポリマーであり、熱可塑性プラスチックです。テフロンは、業界大手デュポン社 (現ダウデュポン社) の一部門であるアメリカの化学会社ケマーズの商標です。
ほぼすべての工業用化学薬品や溶剤に耐性があり、極度の高温にも耐え、優れた絶縁体です。摩擦係数が低いため、非粘着性の表面が必要なアイテムによく使用され、コンポーネントが互いに移動する状況に最適です。
テフロンはテトラフルオロエチレン (PTFE) のポリマーで、周波数と温度に対して安定した優れた誘電特性を備えています。火花が散りにくく、炎が広がりにくいのが特徴です。テフロンの嵩密度は非常に高くなっています。次のような特徴があります。
- 高品質の断熱および電気絶縁機能
- 低い摩擦係数
- 化学薬品に対する耐性がある
- UL94-VOの難燃性評価
CNC 加工プラスチックを選択する際の考慮事項
材料の機械加工性は、その物理的特性に影響されます。その結果、ワークから得られる結果は材料によって異なります。プラスチックの加工中、加工中または加工後であっても、ワークピースのサイズと形状が変化する可能性があります。したがって、設計エンジニアは、設計を確実に製造できるように材料の品質を考慮する必要があります。プラスチックを CNC 加工する際には、次の点を考慮する必要があります。
熱膨張
高温では、ほぼすべての物質が膨張し、体積が増加します。精密 CNC フライス加工に使用されるツールは、材料と接触すると熱を発生します。金属と比較して、プラスチックは熱膨張係数が大きくなります。その結果、機械加工の結果、より大きなサイズの変化が発生する可能性があります。したがって、各プラスチックが機械加工による入熱にどのように反応するかを理解することが不可欠です。プラスチックがどの程度の熱にさらされるかを考慮することが重要です。寸法制限を遵守できるかどうかは、これらの変数の影響を受けます。材料の熱たわみ温度は、高温にさらされたときに材料が容易に変形し始める時期も示します。部品が用途に適切であることを確認するために、最終的な材料を選択するときにこれを考慮する必要がある場合があります。
強度と硬度
プラスチックの強度と硬度の特性を考慮すると、意図された用途の要求に耐えられるかどうかを確認できます。ただし、加工中の材料の挙動もこれらの特性の影響を受けます。材料の引張強度は、チップの生成方法に影響を及ぼし、最終的な表面研磨が変わる可能性があります。硬度もチップの発生方法に影響し、特に柔らかい材料の場合、オペレーターが必要な対策を講じないと削れが生じる可能性があります。さらに、使用するツールの摩耗寿命は、材料の硬度と引張強度の影響を受ける可能性があります。金属やセラミックを加工する場合、これは通常、考慮すべきより重要な要素です。
湿気と化学物質の影響
一部のポリマーは、空気や冷却剤から水分を吸収したり、特定の物質から悪影響を受けたりすることがあります。保管には、空調の効いた空間や密閉容器が必要になる場合もあります。水分や化学反応により材料の寸法が変動する可能性があり、正確な許容範囲を維持することが難しくなります。ポリマーの安定性と強度がすべて失われる可能性もあります。
美学
外観などのデザイン要素や、光透過率などの関連特性が重要な場合があります。このような場合、プラスチック材料の選択肢は少なくなります。透明性や光透過性への悪影響を防ぐために、加工プロセス全体を通じて粗い表面仕上げを避ける必要があります。
プラスチック部品の役割
部品の機能によって、その部品の作り方が常に決まります。したがって、プラスチック CNC 加工手順で使用する材料は、最終的には製品の目的によって異なります。CNC プラスチック部品が使用される環境は、材料の選択に最も影響します。たとえば、プラスチック製品が摩擦要件が低い、またはまったくない環境で動作する場合、Derlin は最適な選択肢です。これは、材料の摩擦が低いことでよく知られており、この手順に適しているためです。
後処理処理の要件
美的価値を高めるために、一部の作品には後処理手順が必要な場合があります。ただし、すべてのプラスチックがあらゆる種類の仕上げに簡単に適合するわけではありません。したがって、CNC 加工用のプラスチックを選択する際には、この点も考慮してください。
デルリン、テフロン、PEEKの加工のメリットとデメリット
デルリンの加工
部品を作成する際、金属はデルリンに完全に置き換えられる可能性があります。ただし、生産で使用される他のすべての素材と同様に、利点と欠点があります。その利点と欠点は次のとおりです。
優位性
- 軽量
デルリンは金属よりも軽いです。しかし、軽量でありながら引張強度が高く、一度の衝撃荷重にも耐えることができます。
- 機械加工能力
デルリンは、従来の設備でも最先端の設備でも取り扱いや加工が簡単にできる特別な特性を備えています。また、他の樹脂よりも流動性が高く、金型の薄い壁をより均一に充填できます。
- 第３章：濃度
ポリマーであるデルリンは、摩耗や損傷に強い。その剛性と優れた機械的強度により、長寿命の高性能デルリン部品を幅広く製造することができる。
- 低い摩擦係数
デルリンは、メンテナンスの必要がない可動部品やスライド部品の作成に使用できます。また、デルリンは本来潤滑性があるため、摩擦がほとんどまたはまったくない部品に最適です。
- ひずみと応力に対する高い耐性
デルリンは金属に比べて優れた復元性を持っています。さらに、高い歪みと復元力を持つため、スナップフィットやバックル式の用途にも適しています。
- 湿気に強い
デルリンは湿気を吸収しないため、湿気の多い環境でも使用できます。また、ガソリンなどの有機溶剤はもちろん、各種化学溶剤に対しても耐性があります。湿気に強いため、耐腐食性があります。多くの産業作業にとって、それは完璧な材料です。
デメリット
デルリンには、製品製造での完全な使用を妨げるいくつかの欠点があります。その欠点のいくつかを以下に示します。
- 限定的な耐酸性
デルリン素材は耐溶剤性に優れているのが特長です。しかし、塩素酸や鉱酸などの一部の酸には弱く、そのため、飲料水中の塩素濃度が極めて低い場合でも、水道管の破損につながる可能性があります。
- 食品の保管
食品保存容器の製造は、デルリンの最適な用途とは言えません。なぜなら、デルリンは酸性の食品成分と混ざると食品を汚染するからです。
- 弱い接着剤
デルリンは、化学構造のせいで相互に接続するのが困難です。デルリンを結合するために、ポリウレタンやエポキシなどの接着剤が使用されてきました。しかし、そうするには接着剤の専門家の協力が必要となり、価格が高くなります。
- 可燃性の
デルリンという物質は可燃性です。クラス A 消火器のみが燃焼物の炎を消すことができます。
PEEKの加工
PEEK 加工にはいくつかの利点があり、PEEK の材料固有の利点と、CNC 機械を利用して PEEK 材料を製造する特定のプロセスの利点の 2 つのグループに分類できます。
優位性
PEEK の機械加工には、次の材料上の利点があります。
- 化学薬品に対する優れた耐性。
PEEK素材は腐食性物質に対する優れた耐性を備えています。ニッケル鋼に匹敵する耐性を持ち、高温下でもほとんどの金属と非腐食性の化学構造を維持できます。通常の条件下では、強硫酸のみがこのプラスチックを溶解する可能性があります。
- 高い耐放射線性と低い吸水性。
PEEK で作られた機械や器具のコンポーネントは、湿った環境でも化学構造と特性を維持します。高温でも耐加水分解性があるため、湿った環境、加圧された熱水、または蒸気で最も効果的に機能します。
さらに、PEEK コンポーネントは強い電離放射線の存在下でも機能する可能性があります。すでに述べたように、ポリスチレンよりもガンマ線耐性が優れています。
- 高温下でも高い効果率と信頼性を実現。
PEEK素材は優れた加工性を備えているため、プラスチックのCNC精密フライス加工において抜群の作業性を発揮します。耐熱性に優れた熱可塑性樹脂でありながら、様々な加工技術を用いて処理することが可能です。
これらの技術には、溶融紡糸、射出成形、押し出し成形が含まれます。この互換性は、PEEK の強力な熱分解特性と高温加工性によって保証されます。さらに、この熱可塑性プラスチックは火災時に自己消火性物質であり、有害なガスや煙をほとんどまたはまったく放出しません。
- 優れた機械的特性
PEEKをはじめとする高温熱可塑性樹脂は、高い耐衝撃性と高温下でも形状を維持する特性を備えています。寸法安定性が高く、線膨張係数も低いのが特徴です。あらゆるポリマーの中でも、PEEKは応力や疲労に対する耐性が最も優れています。さらに、クリープ耐性（物質が長期間応力にさらされてもゆっくりと変形する性質）も非常に高く、高い加工応力にも耐えられる優れた材料です。
さらに、PEEK は優れた耐摩耗性と低い摩擦係数を備えています。このため、圧力、表面粗さ、温度、接触面の速度など、さまざまな外部物理的環境に対して優れた耐摩耗性を維持し続けることができます。
- 生体適合性グレードが存在します。
- 生分解を受けにくい
デメリット
PEEK の加工には多くの欠点があります。これらのいくつかには以下が含まれます：
熱によってもたらされる内部の張力や亀裂を軽減するには、特別な注意が必要です。
- アニーリングに必要な
- 熱伝達が効率的ではない。
- ドリルで穴をあけすぎると割れる可能性があります。
テフロン/PTFEの加工
テフロンには、機械加工時に次のような材料上の利点があります。
- 低抵抗でこびりつきにくい。
- 気象条件に対する良好な回復力
- 500°Fもの高温に耐える
- 非常に優れた電気絶縁品質。
- 化学薬品に耐性があります。
- 高い耐衝撃性。
プロセスの利点
- 柔らかく緻密なため、機械加工が簡単です。
- 優れた熱安定性により、部品の変形や工具の詰まりが回避されます。
テフロン加工のデメリット：
- かなりの膨張係数。
- 忍び寄るストレス。
- 厳しい公差を達成するのが難しい
- 機械的品質が低い。
- 材質が柔らかいためバリが発生する恐れがあります。
1.0 デルリン、テフロン、PEEKの加工に関する応用例とヒント
1.1 テフロン加工の応用例
テフロンは CNC 加工に最も適した材料ではありませんが、熱安定性や低い摩擦係数などの利点があるため、重要なニッチな用途がいくつかあります。電線の絶縁には、世界中で生産される PTFE の総量の約半分が使用されていますが、配線やその絶縁の作成には CNC 機械は利用されていません。アルミニウム調理器具用のテフロンの焦げ付き防止コーティングは、おそらくもう 1 つの最もよく知られた用途です。この場合、液体状のテフロンがエッチングされた金属表面にスプレーまたは転がされます。テフロン加工の調理器具はあまり機械加工されません。
ただし、テフロンが固体の場合は、CNC 機械加工を使用して加工することもできます。機械加工可能な工業用テフロン部品の例としては、ギア、ブッシュ、継手、バルブなどがあります。
ギア
医療、食品加工、研究、航空宇宙などの分野では、ブッシュ、フィッティング、ベアリング、バルブなどの CNC 加工 PTFE 部品が一般的です。
テフロン加工のヒント
テフロンは、その特性やPTFEの特性に適合させるための製造方法から、広く使用されている他の材料と容易に交換することはできません。設計者と加工者の両方が十分な注意と予防措置を講じれば、テフロンはさまざまな部品やコンポーネントに使用できます。材料を事前に応力除去しないと、より厳しい公差は困難になる可能性があります。テフロン部品で一般的に達成可能な公差は約0.13 mmです。最高の表面仕上げと公差は、高圧空気やスプレーミストなどの水溶性クーラントと非常に鋭利な工具を使用してCNC加工することで得られます。さらに、無臭のクーラントが推奨されます。テフロン加工では、バリ取りが重要な要素となります。PTFEは非常に柔らかいため、小さく精密な切削工具でも、加工後に除去する必要のある不要な痕跡が残る可能性があります。バリは、研磨などの標準的な表面仕上げ手順で除去できますが、より高度なアプローチとしては、バリ取り手順中に加工されたテフロンを凍結して柔軟性を低下させる方法があります。
チェックリスト。
- 研磨性のある切削工具を使用してください。
- 水溶性クーラントを積極的に使用してください。
- 中程度から緩めの許容範囲を維持するようにしてください。
- 事前にバリ取り計画を立ててください。
1.2 PEEK加工の用途
PEEK はさまざまな目的に使用できる材料であり、その一部は他の製造方法よりも CNC でより効率的に加工できます。 PEEK プラスチックは医療グレードと工業グレードの両方があり、歯科、ヘルスケア、航空宇宙、自動車、化学、エレクトロニクス、エネルギーの分野で利用されています。
PEEK加工のヒント
最適な結果を得るには、加工前、加工中、加工後に重要な手順に従う必要があります。
- アニーリング。
PEEK ロッドは張力を解放し、フライス加工中のひずみや表面破壊の可能性を減らすためにアニーリング手順にさらされます。焼きなましを施したPEEKは歪みが少なくなります。機械加工プロセスにかかる時間によっては、複数のアニーリングプロセスが必要になる場合があります。
- 切断装置。
PEEK は多くの場合、炭化ケイ素製の切削工具を使用して機械加工できます。 PEEK にカーボンファイバー補強が含まれている場合、または非常に厳しい公差が必要な場合は、ダイヤモンド ツールを使用する必要があります。
さらに、金属への切断器具の使用も避けることで汚染を防ぐことができます。
- 乾いた、または滑らかな
PEEKは放熱性が低いため、加工中の変形や破損を防ぐためには冷却が必要です。例えば医療機器を加工する場合、一般的な液体冷却剤を使用することもできますが、その場合でもPEEK材料の加圧空冷が必要となります。これは、液体冷却剤がPEEKの生体適合性に影響を与える可能性があるためです。
- 掘削。
PEEK は他のポリマーよりも伸びが低いため、深い穴をあけるときに破損が生じる可能性があります。
- 適切な加工パラメータを使用してください。
PEEK コンポーネントを問題なく製造するには、穴あけ、フライス加工、旋削加工時に適切な加工パラメータを使用することが重要です。
1.3 デルリン加工の応用例
機械加工可能なデルリン コンポーネントは、家庭用電化製品を含むさまざまな CNC 機械工場で広く使用されています。デルリンは、次のような処理用途でよく使用されます。
ギア、ハウジング、スプリング、ファンホイール、バルブ、ベアリング、ローラー、スクレーパーはすべてデルリンで作ることができます。
ベアリング
電子用途で使用されるデルリン コンポーネントには、絶縁体、コネクタ、スプール、接続部のほか、キーボード カバーなどの家電製品の部品もあります。
ドアロックシステム、ヒンジ付きハウジング、燃料送信ユニットはすべてデルリン製の車両部品です。
デルリンの医療用品には、吸入器、インスリン ペン、医療機器などがあります。
外科用ホッチキスとギターピックの両方が存在します。
デルリン加工のヒント
デルリンは機械加工に最も適したポリマーの 1 つであるため、特別な安全対策を講じる必要はありません。ただし、一部の設計要素と製造技術は、他のものよりもデルリンに適しています。
- デルリン特有のデザイン。
デルリン機械加工用のアイテムを設計するときは、壁の厚さを一定に維持するようにし、必要に応じてフィレットやリブを含めるようにしてください。大きなコンポーネントは歪みが発生しやすい可能性があります。
- デルリンは別に保管する必要があります。
汚染を防ぐ最善の方法は、アルミニウムやその他の金属の切断に使用したことのない切削工具を使用することです。
- 注意してください。
デルリンは、鋭利で逃げ角の高い切削工具を使用すると、より効果的に加工できます。潤滑剤の使用量を削減することも有益である可能性があります。
- あまりきつくないでください。
デルリンは特に硬くないので、ワークを保持する際には注意が必要です。常に軽い締め付け圧力をかけてください。
- 冷静を保つ。
デルリンは 121°C を超える熱源に弱いです。液体クーラントよりも優れた性能を発揮することに加えて、エアベースのクーラントは切りくずの除去を早めます。
- 楽器を整理整頓してください。
機械加工されたデルリンは、制御可能で均一な切りくずを生成するため、工具に粘着性の切りくずが付着するのを防ぐために、切りくずの除去は迅速に行う必要がある。
2.0 結論
数多くの商業製品や家庭用品がプラスチックポリマーで作られています。一部の製品では、高い精度、正確性、厳しい公差などが求められます。そのため、高品質で耐久性のあるプラスチックポリマーを使用したい多くの人々にとって、CNCプラスチック加工は人気の選択肢となっています。
