シリコン成形型の作り方：実用ガイド

シリコン成形は、幅広い産業分野でプロトタイピングや製品開発用試作品の製作に活用されています。射出成形などの従来の製造工程で使用されるハードツーリングに比べてコストが大幅に低いため、製品設計検討用の試作品や新製品に対する市場や消費者の反応をテストするためのベータユニットの製作に最適です。3Dプリンタは1点物のパーツを素早く作るのに向いていますが、シリコン成形型やウレタン鋳造は少量生産のパーツに適しています。

宝石商は、手彫りや3Dプリント製の原型をワックスで複製するために、特注シリコン成形型を使用します。これにより、新しい作品を作るたびにワックス彫りの原型を作成するという時間のかかる作業を段階的に減らすことができますし、ワックスからの鋳造も継続できます。これで連続生産の可能性が大きく開け、インベストメント鋳造を大規模に行うことも可能になります。シリコン成形型は細部まで再現できるため、華やかなディテールや複雑な形状の製品を作ることができます。

シリコン成形型は、石鹸やキャンドルなど、手作り感のあるオリジナリティあふれる数多くの商品の製造に活用されています。学用品メーカーでも、チョークや消しゴムなどの成形にシリコン型がよく使われています。玩具や収集品のメーカーでも、この技術を使って高品質・高精度なミニチュアやカスタムフィギュアを製作しています。

例えば、SiOCASTは3Dプリント製の原型を使ってシリコン型を作り、3Dプリントとシリコン成形、射出成形を組み合わせたユニークな工程で生産を行っています。SiOCASTの技術は、小規模なスタジオからMonster Fight Club（The Witcher、Cyberpunk RED）、Reaper Miniatures（Bones）、Warlord Games（Blood Red Skies、Bolt Action）など業界最大手のミニチュアメーカーまで、すでに幅広く採用されています。

食品用シリコン成形型は、チョコレート、アイスポップ、ロリポップなど、あらゆる種類のお菓子作りに活用されています。シリコンは400℃の熱に耐えられるので、それで作られた成形型は料理にも使えます。マフィンやカップケーキなどの小さな焼き菓子は、シリコン成形型で焼くときれいに膨らみます。

独立したアーティストやDIYを趣味にする方々は、よくシリコン成形技術を使ってユニークな作品を創作しています。バスボムから犬用おやつまで、シリコン成形型で成形・再現できるアイテムはほぼ無限大です。子供向けには、自分の手のライフキャストを作る楽しいシリコン成形プロジェクトなどがあります。その際、肌に触れても安全なシリコンを選ぶようにしてください。

成形型の製作を始める前に、どのような型を作るかを決めておく必要があります。

ワンピースのシリコン型は、角氷の製氷皿のようなものです。型の中に液状の材料を充填し、固まるのを待ちます。しかし、角氷の製氷皿には面が平らなキューブ状の氷しかできないのと同じように、ワンピースの成形型は面が平らなデザインにしか対応できません。また、お使いの原型に深いアンダーカットがあると、シリコンが固まった後、原型や完成品を傷つけずに型から外すのが難しくなります。

そうしたことが気にならないのであれば、ワンピース型シリコン成形型は、原型の他のすべての面をシームレスに3Dで再現する理想的な方法だと言えます。

平らな面がない、あるいはアンダーカットが深い3D原型を再現するには、二つ割シリコン成形型が適しています。二つ割では、成形型が2つに分割され、再び結合して充填可能な3Dキャビティを形成します（射出成形の仕組みに似ています）。

二つ割シリコン成形型は、平らな面が残らず、一つ割型より作業しやすいところがあります。一方、製作するのが少々ややこしく、2つのパーツが完全に同一平面上にない場合、縫い目ができてしまう可能性があります。

1. オリジナルの製品原型を製作します。製品原型とは、デザインが最終的に固まった確定版のことで、他の材料でそのデザインを形にしていきます。SLA光造形方式3Dプリンタ で3Dプリントする場合は、レイヤー高さ50ミクロンの汎用レジン を使用してください。細かなディテールがある面は、サポート材の痕が残らないようにしてください。造形品をIPAで念入りに洗浄します。表面に粘り気が残っていると、シリコン成形に影響が出る恐れがあります。

2. 成形型のハウジングを製作します。シリコン成形型のハウジングを造る材料としては、コーティングされたMDFが一般的ですが、既製のシンプルなプラスチック容器でも十分です。無孔質で底が平らなものを探してください。

3. 原型を広げて置き、離型剤を塗布します。まず、成形型のハウジングの内側に軽く離型剤を吹き付けます。原型をハウジングの中に敷き詰めます。並べる際、ディテールの凝った面を上にして置きます。ここでも離型剤を軽くスプレーします完全に乾くまで10分程度かかります。

4. シリコンを準備します。シリコンゴムをパッケージに記載されている方法で混ぜます。ハンディタイプの電動サンダーなどの振動装置を使えば、気泡を取り除くことができます。

5. 成形型のハウジング内にシリコンを流し込みます。混合したシリコンゴムをハウジングにゆっくりと細めに流し込みます。まず、箱の一番低い部分（底面）を目指し、徐々に3Dプリント製の原型の輪郭に近づけていきます。1cm以上のシリコンで覆うようにします。硬化プロセスの長さは、お使いになるシリコンの種類やブランドによって異なりますが、だいだい1時間から1日程度で十分硬化します。

6. シリコンを離型します。硬化が完了したら、シリコンをハウジングから剥がし、原型を取り出します。これが最終製品を鋳造する時に使用する製氷皿スタイルの成形型になります。

7. 鋳造作業を開始します。ここでも、シリコン成形型に軽く離型剤を吹き付け、10分ほど乾燥させると良いでしょう。キャビティに実製品用の材料（ワックスやコンクリートなど）を流し込み、硬化させます。

8. 次の鋳造用の成形型を準備します。このシリコン成形型は複数回使用できます。ここまでのプロセスを繰り返したい時は、ステップ7まで戻り、そこから処理を再開します。

レジン選択：Formlabsでは、成形型への材料注入時の視認性の高さから、Clearレジンをお勧めしています。滑らかな表面品質を保ちながら高速造形を実現するには、積層ピッチを50μmに設定することをおすすめします。ビルドプラットフォーム上で造形品の向きを調整し、重要な内側の表面にサポート痕が残らないようにします。

位置決め機構：成形型の四隅にある4つの円筒形の凸凹は、成形型の両側を正しく配置するための位置決め機構として使用されます。Formlabsのパートナーは、位置決め機構に0.1mmのクリアランスを追加することを推奨しています。

このガスケットのような回転対称の物体では、位置決め機構はいずれも同一形状・配置にすることが可能です。つまり、成形型の上部を90度や180度回転させても、ガスケットの形状に影響はありません。不規則な形状の場合、「鍵と鍵穴」の方法を取ることができます。この場合、位置決め機構の形状と配置は一意の方法でのみ噛み合わせることが可能になります。

開放ポイント：成形型の端に斜めの溝を追加しておくことで、成形型を開放しやすくなります。成形型を開く際は、この溝にFormlabs Finish Kitに付属しているヘラやマイナスドライバーを入れ、型をこじ開けます。

成形型の設計：最初に考えるべきフィーチャーの一つに、成形型の分割線があります。分割線は、二つ割の圧縮成形型のそれぞれがどう組み合わされ、どう離れるかを定義するものです。

二つ割の成形型を作るには、まず上記の最初の2つのステップ、つまり原型の作成と成形型の筐体の製作から始めます。その後、下記のプロセスを通じて二つ割の成形型を作成していきます。

1. 粘土の中に原型を敷き詰めます。この粘土を使って、最終的に成形型の半分になるものを作っていきます。粘土を成形型の筐体の中に入れ、原型の半分が粘土からはみ出るようにします。

2. シリコンを準備して注入します。シリコンのパッケージに記載されている方法に従って、シリコンを準備し、成形型のハウジングにゆっくり注ぎ、粘土と原型の上をシリコンで覆います。このシリコンの層が、二分割のうちの1ピース、つまり成形型の半分を構成します。

3. 成形型の筐体からすべて取り出します。最初のピースが一旦硬化したら、成形型のハウジングからそのピース、原型や残りの粘土を取り出す必要があります。抽出時に層が分離しても大丈夫です。

4. 粘土をきれいに取り除きます。粘土をすべて取り除くと、最初のシリコン成形型と原型が現れます。原型と既存の成形型が完全にきれいになっていることを確認してください。

5. 成形型と原型を成形型のハウジングに戻します。既存のシリコン成形型と原型（成形型にセットされている）の両方を、成形型のハウジングに上向きに挿入し直してください。

6. 剥離剤を塗布します。原型と既存のシリコン成形型の上部に離型剤を薄く塗ると、脱型が容易になります。

7. 成形型の2つ目のピースに使うシリコンを準備し、流し込みます。先ほどと同じ要領で、準備したシリコンを成形型のハウジングに流し込んで、成形型の2つ目のピースを作ります。

8. 成形型の2つ目のピースが硬化するのを待ちます。時間をかけて成形型の2つ目のピースが硬化するのを待ちます。硬化するまでは、成形型のハウジングから取り外そうとしないでください。

9. パーツを離型します。成形型のハウジングからシリコン成形型の両ピースを取り出し、ゆっくりと引き離します。

レジンの選定：Greyレジンのようなスタンダードレジンは、表面のディテールを高度に捉えます。シリコンは積層痕など表面の細かなディテールをそのまま映し出すため、積層ピッチ50ミクロンでの造形は滑らかな表面と造形速度のバランスを取るには良い選択肢ですが、外観や審美性が重要視される用途では積層ピッチ25ミクロンでの造形が適しているかもしれません。

離型剤：シリコン成形型の製作、実製品用部品の鋳造など、成形プロセスの両方の段階で重要な要素です。Smooth-Onブランドの多目的離型剤は、ほとんどの用途に使用できます。

抜き勾配：シリコン成形のプロセスはかなり寛容なため、90度の直角や軽微なアンダーカットにも対応できます。成形型を何度も使用する予定がある場合は、成形品を取り出す際に成形型を曲げたり伸ばしたりする量をできるだけ少なくするか、引裂強さの高いシリコンゴムを使用してください。

オーバーモールドは、2つ以上のコンポーネントを互いに重ねるようにして成形するプロセスの一つです。オーバーモールドは、2ステップのプロセスを踏むことからツーショットモールディングとも呼ばれます。まず、ベースとなる部品を製作し、その上に別の材料を材料を被せて成形していきます。オーバーモールドは、ゴム製のハンドルがついたプラスチック製品などの製造によく使われます。例えば、歯ブラシを2ショットのオーバーモールドで作る場合、持ち手となるプラスチック製の部分をまず基板として成形し、（歯ブラシを握るときに滑らないように）その上からゴム材を重ねて整形します。

シリコンのオーバーモールドの詳細については、以下から完全ガイドをご確認ください。