自動車内外装サンプル部品のラピッドプロトタイピングの製造方法

概要： 自動車の内外装部品の正式な金型を開発する前に、部品の形状や人間工学などが設計要件を満たしていることを確認するために、通常、最初に設計番号の金型に従ってラピッドプロトタイプのサンプル部品を製造し、取り付けられた部品を検証する必要があります。該当パーツの効果。この論文では、ラピッド プロトタイピング プロトタイプを製造するためのいくつかの方法とアプリケーションが説明されており、CNC 工作機械部品、3D プリンティング技術、シリコンおよびグラスファイバーの型、反応射出成形などの製造方法が詳細に説明されています。ラピッド プロトタイピング プロトタイプを使用して設計をロードしてチェックすることで、局所的な詳細に起因する構造エラーを回避し、開発コストを削減し、部品の開発サイクルを短縮できます。

キーワード: 自動車の内外装トリム。ラピッドプロトタイピングプロトタイプ。3D プリンティング技術。反応射出成形

バックグラウンド分析

外装部品と内装部品は車の重要な部品です。車の外装部品とは、前後のバンパースキン、スポイラー、サイドスカートなどの部品のことです。内装部品とは、ダッシュボードやサブダッシュボード、ドアガードなど、車内に接触する部品のことです。

それは、内外装部品は車の外観と用途にとって非常に重要であり、これらの部品はほとんどが射出成形プロセスであるためです。その理由は、射出成形プロセスの部品の成形一貫性が優れており、比較的複雑な形状を形成できるためです。部品、生産効率が高く、部品価格は比較的安いですが、欠点は正式な生産金型の価格が高いことです。

したがって、実際の部品がデザインの視覚効果、人間工学的要件を確実に達成し、アセンブリ構造の要件を満たしていることを確認するには、車両搭載検証用のラピッドプロトタイピング（RP）プロトタイプの製造を手配してから開発する必要があります。正式な金型を作成し、搭載される部品はモデル発表などのプレビルド部品の要件にも対応できます。ラピッド プロトタイピング プロトタイプ検査設計ソリューションを使用すると、市場投入までの時間を大幅に短縮し、開発コストを削減し、製品開発サイクルを短縮できます。

現在、自動車業界の主流の内外装部品のラピッドプロトタイピング製造方法は、主にCNC機械加工部品、3Dプリンティング、ソフトモールド（シリコンモールドとグラスファイバーモールド）、反応射出成形（Reaction Injection Molding、RIM）などに分かれています。そのうちの 3D プリンティングは、近年急速に発展している手法です。以下に、これらの方法の原理と適用シナリオについて説明します。

CNC機械加工部品

CNC機械加工部品とは、一般に、ABS、ナイロン、その他のブロックプラスチックボディなどの材料を必要な形状に加工するための設計計画に従ってCNC工作機械や装置を直接使用することを指します。加工部品サイズが300mm以下で構造が単純な場合は直接加工して一括成形します。構造が不規則な形状であるか、サイズが 300 mm を超える場合、通常、部品はいくつかの小さな部品に分割され、個別に加工されてから組み立てられて、最終的に設計要件を満たすサイズの部品が得られます。

このラピッドプロトタイプ部品の製造方法は最も早く、処理サイクルが比較的短く、購入価格が低いため、ピラー、サブインパネ、ドアなど、構造が比較的単純で需要が少ない中小型部品に主に使用されています。警備員。

自動車の内外装部品の形状により、部品のサイズが300 mmを超える場合、またはブロックを直接使用する場合は不規則な形状の構造の場合、部品は通常不規則な円形または四角形に加工されます。プラスチック加工部品のコストが大幅に増加します。

したがって、異形部品の実際の製造では、部品は構造特性に応じていくつかの部品に分割され、その後、大まかな形状を得るために粗加工が行われ、その後、特殊な接着剤を使用して各部品の部品を接着して全体の輪郭を形成します。これにより、部品の構造による材料の無駄が効果的に削減され、部品コストが削減されます。欠点は、パーツの裏側で、​​塊のパーツ間の接着跡がより顕著に見られ、パーツの接着位置の強度が弱く、割れやすいことです。

図1はCNC加工により完成したラピッドプロトタイピングのプロトタイプを示しています

3Dプリント

3D プリンティング技術は、デジタル モデル ファイルに基づいて粉末金属やプラスチックなどの接着材料を使用して層ごとに印刷し、オブジェクトを構築する技術の一種です。3D プリンティング技術には幅広い応用分野があり、ラピッド プロトタイプ部品の製造はその応用の重要な方向性の 1 つです。3D プリンティング製造によって得られるプロトタイプ部品は、サイクルタイムが短く、形状構造のプリンティングを実現でき、実際の需要に応じて全体の寸法精度を調整して、さまざまな場面のさまざまなニーズに対応できます。一般的な 3D プリンティングは、CNC 工作機械で加工される部品と同じ範囲の部品を製造でき、コラム、サブインパネ、ドアガードなどの部品のラピッドプロトタイピングに適しています。

3D プリンティングで一般的に使用されるプラスチック材料は、ABS ライク プラスチック、ナイロン、ナイロンとガラス繊維および透明な感光性樹脂などです。 ABS ライク プラスチック (図 2) の利点は、単価が低く、成形性能が優れているため、構造用途に適していることです。強度要件が低い部品。ナイロンは ABS のようなプラスチックよりも優れた強度性能と優れた耐熱性を備えていますが、価格は高く、ナイロンとガラス繊維は通常のナイロンの性能を強化したバージョンであり、部品の高強度要件に適しています。3D プリント用感光性樹脂、一般に UV 樹脂として知られているものは、主にポリマーモノマーと光開始剤を添加したプレポリマーで構成されており、特定の波長の紫外線 (250 ～ 300 nm) を照射すると即座に重合反応を起こして固体状態を完成します。変換、感光性樹脂の硬化速度が高く、成形精度が高く、表面効果が良好、機械的強度が高い（ABS 類似の強度に匹敵）、臭気が少ない 硬化が速く、成形精度が高く、表面仕上げが良好、機械的強度が高いという利点があります。 (ABS 同等の強度)、低臭気、高い汎用性、保存耐性。

図 2 3D プリントされた ABS のようなプラスチック部品

ソフトモールド

ソフトモールドとは主にシリコンモールドやFRP金型を指します。

シリコーン金型は通常、CNC 工作機械または 3D プリンティングを使用して設計され、その後、部品を高速回転プロセスに使用して金型が作成されます。この製造プロセスはサイクルタイムが短く、コストが低く、真空射出、加圧射出、低圧注入プロセスを使用して製品を製造できます。シリコーンゴム金型の製造プロセスは、小ロット生産（100個未満）、製品の材料強度と寸法精度の要求が高い製品、従来のABS樹脂に近い製品性能に適しています。

モールド製作に使用されるシリコーンゴムは二液性液状シリコーンゴムであり、そのゴム組成により凝縮モールドと付加モールドに分類される[2]。一般に縮合シリコーンはせん断強度が低く、金型製作時に破れやすいため、構造が単純で補強筋の少ない部品に適しています。添加シリコーンの機械的特性と耐熱老化性は良好であり、相対的な寸法要件が高い金型の製造に適しています。

現在、自動車の開発前段階の内外装サンプルの試作において、小ロット部品のシリコーン金型製作が広く採用されています。最も広く使用されている部品は、自動車内装のドアガード、ピラー、ドアシルガードなどの中小型射出成形構造部品です。

FRP（繊維強化プラスチック）は、図3に示すように、ガラス繊維およびその製品（ガラスクロス、テープ、フェルト、糸など）を強化材とし、合成樹脂をマトリックス材とした複合材料[3]です。 FRP金型はシリコーン金型と同様に高速回転加工によりFRP素材を使用し、自動車のルーフトリムやカーペットトリムなど構造が単純な中型および大型の装飾部品によく使用されます。FRP金型は、モールド成形法、ブリスター成形法、発泡成形法で製造される部品に適しています。

FRP金型の一般的な製造工程は、部品モデリング→ブラシマスター金型→ブラシ凸金型→ブラシ凹金型→NC加工→溶接金型フレーム→テスト金型→局部修正→検収となります。通常、一対のFRP金型の開発サイクルは約1週間で、コストは正規金型の1/10で済む短サイクル・低コストの試作金型です。このような金型の製造方法は、小ロット品（100～1,000セット）の製造ニーズにも対応できます。

反応射出成形

反応射出成形とは、2 つ以上の低粘度の液体を一定の圧力および温度条件下で一定の比率で均一に混合し、密閉された成形金型に即座に射出し、そこでさらに反応させてプラスチック製品を形成する成形プロセスです。反応射出成形と通常の射出成形の大きな違いは、反応射出成形は設備が簡単で、金型を大型化でき、成形品の強度や表面品質が良く、安定した少量生産のニーズにも対応できることです。成形部品の寸法と厚さは 6 ～ 25 mm まで変えることができます。欠点は、単一の製品の価格が高く、複雑な構造部品を成形できないことです。

反応射出成形金型は、通常の射出成形金型に比べて、傾斜トップ突き出しやスライダー取り出しなどの自動運動構造への適用が少なく、マイナス角や横穴のある部品は適切に生産できません（効率が非常に低い）。反応射出成形は、ディフレクターシールドやスカート、トラックのフロントバンパーなど、構造が単純で強度が要求される大型の外装部品の製造に主に使用されており、現在では商用車分野での使用が増えています。