3DプリンティングとCNCミリング：プロトタイピングラボをセットアップするときにどちらが必要ですか？
プロトタイピングラボをセットアップするときに必要なものを正確に評価するために、ビジネスの最初の順序は3D印刷とCNCフライス盤のどちらかを決定することです。
どちらのオプションも最新の製造プロセスにとって重要であることが証明されており、それぞれが従来の製造方法に比べて多くのメリットを備えています。最終的に、3D印刷とCNCフライス盤の比較では、「CNCマシンまたは3Dプリンターでプロトタイプを作成するかどうかは、いくつかの要因に依存します。価格帯、部品/プロトタイプのサイズ、および使用される材料の種類。」
そのため、記録を正し、いくつかの誤解を解消することにしました。 3D印刷は間違いなくその役割を果たしますが、産業用プロトタイピングに関してCNCミルのメリットを評価する際には、近視眼的ではないことが重要です。
以下は、現代の製造業が進化し続けるにつれて、両方のプロセスの定義、履歴、アプリケーション、および予測の内訳です。最終的には、この情報が、あなたのビジネス、特にプロトタイピングラボをセットアップするときに必要なものに関してあなたの決定を導くことを願っています。
3DプリンティングとCNCミリングの定義
3D印刷の簡単な説明は、「3次元（3D）ソリッドオブジェクトを作成する製造プロセスです。一連の付加的または階層化された開発フレームワークを使用して、オブジェクトの物理的な3Dモデルを作成できます。このフレームワークでは、レイヤーを連続して配置して、完全な3Dオブジェクトを作成します。」このため、3Dプリントはアディティブマニュファクチャリングとも呼ばれます。
Investopediaによると、「3D印刷技術はすでに製造の生産性を向上させており、大量生産でうまく使用でき、製造がよりローカルになると、製造ロジスティクスおよび在庫管理業界を大いに混乱させる可能性があります。」
一方、「コンピューター数値制御（CNC）マシンは、工作機械に接続されたマイクロコンピューターに組み込まれたソフトウェアを使用して、工作機械の制御を自動化します。金属やプラスチック部品の機械加工の製造で一般的に使用されています。」
CNCに関する一般的な誤解は、この自動制御にはコストがかかるというものです。文字通りです。 CNCは、高度な熟練労働者が必要であるという信念もあり、不正確に高価であると見なされることがよくあります。実際には、CNC機械加工は、これらの最初の真実から大きく進歩しました。
3D印刷—簡単な歴史
3D印刷の最新のアプリケーションは、1980年代初頭に根ざしています。 3D印刷の歴史は、急速な進化の研究です。 1981年の3D印刷の開始に続いて、1984年にステレオリソグラフィーが作成されました。これは、「光が化学モノマーを生成する光化学プロセスを使用して、モデル、プロトタイプ、パターン、および製造部品をレイヤーごとに作成するために使用される3D印刷技術の形式です。一緒にリンクしてポリマーを形成します。」
医療業界はすぐに3Dプリントの進歩を利用しました。 1999年に、アンソニーアタラ医学博士が率いるウェイクフォレスト大学再生医療研究所が、人間の膀胱組織の印刷と生成の成功を発表したとき、それはその後、免疫系がインプラントを拒絶するリスクがほとんどない個人に移されました。独自の細胞構造または足場から構築されています。
2016年に早送りします。「研究所は、研究者が10年以上にわたって設計した特殊な3Dプリンターを使用して生体組織構造を印刷することに成功したことを発表しました。科学者たちは耳、骨、筋肉の構造を印刷し、動物に移植すると機能組織に成熟し、血管系を発達させました。」
現在、「予想される最も先進的な3D印刷アプリケーションは、複雑な臓器のバイオプリンティングです。完全に機能する印刷可能な心臓から20年未満であると推定されています。」
3D印刷によるラピッドプロトタイピングの産業利用に関して、「製造業者は、より広範な製造戦略の一環として3D印刷への依存度を高めており、2018年の38.7％から全回答者の51％まで生産が使用されています。」
>これは驚くべきことではありません。特に、フォーブスのThe State of 3D Printing、2019年に発行されたいくつかのハイライトを考慮すると：
このレポートによると、調査デザイン調査で取り上げられた8つの産業：工業製品（13.6％）、ハイテク（10.6％）、サービス（9.9％）、消費財（8.6％）、健康と医療（6.2％）、自動車（5.7％）、Aerospace＆Defense（5.5％）、およびEducation（4.9％）は、さまざまな分野をサポートし、利益をもたらす3D印刷の多様な可能性を示しています。
しかし、製造業の戦い：加法対減法では、CNC機械が最高の地位を占めています。「積層造形は航空宇宙および自動車産業にいくつかの印象的な浸透を遂げてきましたが、CNC機械加工は依然として大多数の製造業者の頼みの綱です。」
CNCミルがどのようにして生まれたのか
CNC 100の歴史と定義で概説されているように、元々NCマシンとして知られていたCNCマシンは、「複雑な電気回路によって制御されていました。 NCマシンは、紙テープまたはマイラーテープに打ち抜かれたパートプログラムから、一度に1行のコードを読み取って実行しました。」
小型コンピューターの技術が進化するにつれて、コンピューターは工作機械の制御を開始しました。したがって、製造プロセスとしてのCNCの誕生。その最初のコード行から、CNCマシンは何百ものプログラムを保存する能力を開発しました。
CNC工作機械の詳細な歴史については、Encyclopedia.comがすべての基盤をカバーしています。次の点に注意してください：
ただし、次のタイムラインで取り上げられるいくつかの重要なハイライトを確立できます。
- 木工旋盤などの工作機械は聖書に基づいていますが、ヘンリーモーズリーが金属加工旋盤を発明したのは1800年のことでした。
- その後すぐに、1818年にイーライホイットニー（綿繰り機の発明で最もよく知られている）が最初のフライス盤を発表しました。
- これらのマシンは両方とも、人間のオペレーターがそれらを実行する必要があり、その結果、完成品に人為的エラーが発生しました。
- 第二次世界大戦後、ジョンT.パーソンズは、初期のIBMコンピューターをこれらの計画に組み込んだ最初の最新のフライス盤を発表しました。
- 1960年代は、より低価格でより簡単にアクセスできるマシンをもたらし、追加のアプリケーションや業界に不可欠なものになりました。
- 統合された電子機器が進歩するにつれて、紙またはマイラーテープ（上記参照）が廃止され、最新のマシンがプログラムのコンピューターメモリからデータを読み取ることができるようになりました。
現在、「CNCマシンを使用する一般的な製造プロセスには、曲げ、穴あけ、穴あけ、接着、研削、レーザー切断、火炎およびプラズマ切断、ルーティング、ピッキングと配置、超音波溶接などがあります。ミル、旋盤、放電加工、ウォータージェットカッターは、CNCを使用して動作することがよくあります。」
3D印刷機とCNC機の両方の歴史を簡単に確認すると、どちらかがプロトタイピングラボをセットアップするときに製造プロセスを最適化できる可能性があります。
プロトタイピングラボで3D印刷またはCNCミルが必要かどうかを判断するには、まず、製品が加法製造プロセスと減法製造プロセスに従って最も効果的かつ効率的に提供されるように設計されているかどうかを検討する必要があります。
アディティブよりサブトラクティブの主な利点は、次のとおりです。「アディティブプロセスの階層化を排除することに加えて、サブトラクティブプロセスには他の利点があります。それらはさまざまな表面仕上げを提供し、多くの添加剤プロセスでよく見られる「階段状」の表面を排除します。部品をスライドさせる必要がある場合は仕上げが機能的に重要であり、プロトタイプを市場テストで使用する場合は外観上重要です。」
これらのプロセスがサポートするアプリケーションの種類を検討するのに役立ちます。
両者の間の新参者ですが、「アディティブマニュファクチャリングはすでに印象的な一連の製品を生産するために使用されています。」これらの製品は主に、航空宇宙、自動車、ヘルスケア、製品開発などの業界で使用されています。
さまざまな業界での3D印刷のトレンドの性質にもかかわらず、事実は変わりません。「サブトラクティブマニュファクチャリングは、最終用途の材料で設計、プロトタイプ作成、および製造する機会を提供します。これは、小規模および大量の生産工程で使用される部品、特定の仕上げを取得するため、または特定の機械的特性を取得するために使用される部品に適しています。」
このため、「サブトラクティブプロセスは、製造で非常に広く使用されています。旋盤、フライス盤、穴あけ、ソーイング、スレッドカット、ギアカットは、特殊な機械で従来行われていた金属カットを含むサブトラクティブプロセスの例です。 」
アプリケーション以外にも、3DプリントやCNC機械加工を計量する際に考慮すべき要素が他にもあります。
CNC機械加工で使用される基本的なツールのいくつかを考えると、ミル、旋盤、プラズマカッター、放電加工、マルチスピンドルマシン、ウォータージェットカッターなど、サブトラクティブ製造プロセスがより多くのノイズと振動を生成することは想像に難くありません。 3Dプリントのような積層造形よりもサイト。場所によっては、これにより、最適なプロトタイピングラボをセットアップするために必要な情報が得られる可能性があります。
操作が簡単なのはどれですか？ 3DプリンターまたはCNCマシン
一般的に、3D印刷は、CNCに比べて操作が簡単であると宣伝されています。その主な理由は、「ファイルが準備されたら、必要に応じてパーツの方向、塗りつぶし、サポートを選択するだけでよいためです。その後、印刷が開始されると、スーパーバイザーは不要になり、パーツが完成するまでプリンターをそのままにしておくことができます。」
CNCは労働に関してより関与しているため、CNC機械加工には訓練を受けた機械工が必要であるという信念が広まっています。当時はそうだったかもしれませんが、時代は変わりました。
当社のDATRONマシンには、簡単なセットアップを可能にする複数の機能が組み込まれています。実際、このマシンは、初心者ユーザーに、CNCマシンを初めてセットアップする8ステップのプロセス全体を案内することができます。最終的に、テクノロジーを快適かつ自信を持って使用できるようになるには、平均して1〜2日分のトレーニングが必要です。
インターフェースはスマートフォンと同じように表示および機能するように設計されており、カメラと部品を自動的に登録する機械式プローブシステムを備えているため、熟練した技術者がこの情報を入力する必要がありません。統合されたワークホールディングソリューションと切削工具テクノロジーが包括的であり、他の場所で同様のコンポーネントを特定して購入する必要がないため、プロセス全体を社内で維持できます。
限界を知る：精度、サイズ、幾何学的複雑性
3DプリントとCNC機械加工を検討する場合—プロトタイプに最適なオプションはどれですか？ Josh Biggs氏は、次のように述べています。「優れた寸法精度を求めている場合、1つのCNC機械加工は優れたオプションです。さらに、CNC機械加工は、たとえば木材など、まだ印刷できない材料でも機能します。 CNC機械加工は、金属での作業に関しても3D印刷に勝っており、プラスチックでも同様に機能します。」
彼はさらに次のように主張しています。「さらに、CNCマシンは通常、より正確な結果を提供します。非常に狭い部品が必要な場合、または許容誤差が非常に厳しい場合は、CNCマシンの方が適しています。 0.01mmの公差に一致するものは他にありません。」
アディティブマニュファクチャリングの詳細や3Dプリンティングに関連するすべてのものに専念している、3Dnativesのチームでさえ、サブトラクティブマニュファクチャリングのかなりの利点を報告しています。
ただし、幾何学的複雑性の高い部品の製造を担当する場合、3D印刷には利点があります。
コストの重み付け：3D印刷とCNC
ご覧のとおり、製造は単一のソリューションの提案ではありません。プロトタイピングラボに必要な金額は、生産するものだけでなく、生産するアイテムのサイズと数によっても異なります。
たとえば、Biggsの単純な費用便益分析によると：
興味深いエンジニアリングは、CNC機械加工の生産に関する一般的な誤解を発表し、コストのかかるCNCプロセスに関する神話を払拭しました：
明らかに、あなたのビジネスにとって最も費用効果の高いルートは、特定の製品の設計と計画によって最もよく決定されます。
3Dプリンターに関して言えば、オプション、サイズ、および価格帯は全範囲を網羅しており、それぞれがさまざまな素材から実際に印刷できるものも同様です。不明または不明確な材料費に加えて、オペレーターは通常、常駐の専門家からのトレーニングを必要とします。これは、人員配置教育への投資を意味します。
DATRON機器を使用すると、当社の切断機はあらゆるベンダーのプラスチック、木材、アルミニウム、および鋼に対応し、材料のコストを事前に見積もり、確立することができます。説明したように、マシンを操作するために必要な高度なトレーニングはなく、人員を節約し、DATRONCNCマシンをより費用効果の高い代替手段にします。
無駄にしない、したくない
必要なCNC工作機械の種類は言うまでもなく、サブトラクティブ製造の性質（材料の層を剥がして製品を作成すること）を考えると、CNC機械が少し混乱を残す可能性があるのは当然のことです。
どのくらいの混乱とその無駄が意味するかは、Energy.govが2015年のレビュー「高度な製造におけるクリーンエネルギー技術の革新」で評価したものです。このレポートは、「製造ステップを排除し、使用する材料を大幅に減らし、副産物の再利用を可能にし、より軽い製品を製造することでエネルギーを節約する」可能性として、積層造形の利点を強調しています。
レポートは続きます：
DATRONでは、高速機械加工装置を微調整して混乱をなくし、バリ取りや脱脂なしで完成部品を取り除くことができるようにしました。
さらに、DATRONのCNCツールとアクセサリは、市場で最小のフットプリントのマシンで利用可能な最高のRPMを提供します。これは、当社独自のグリーンイニシアチブと考えてください。
通常、産業用機能を備えたCNCフライス盤は、大量の熱を発生する大型モーターを備えており、機械のコンポーネントを冷却して潤滑するためにオイルが必要です。油の処分は必要ですが、過去の大規模な流出から見たように、このプロセスは環境にリスクをもたらします。
機械のメンテナンスに同じ量の熱、オイル、またはフラッドクーラントを必要としないため、はるかに小さな設置面積でより優れたエネルギー節約を実現できます。
評決：3D印刷とCNC機械加工
3D印刷であろうと、CNC機械加工であろうと、プロのプロトタイピングラボで必要なものは、特定の製品によって最適に決定されます。ここで共有する情報がある程度明確になることを願っていますが、真実は3D印刷とCNC機械加工の両方が機能するか、製造ニーズに基づいて相互に補完することさえできるということです。
実際、主に公差、時間、および/またはかなりのサイズのワークピースが原因で、3D印刷とCNC機械加工を組み合わせる必要がある場合がいくつかあります。さらに、「これら2つのプロセスを組み合わせると、想定しているような複雑なワークフローは必要ありません。同様に重要なこととして、製造会社にいくつかの有意義なメリットをもたらすことができます。」
プロトタイピングラボに最適な製造プロセスまたはプロセスの組み合わせに関する詳細については、お問い合わせください。迅速に対応し、専門知識を共有したいと考えています。
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