最適なCNC材料の選び方：性能、コスト、用途ガイド

CNC加工はほぼすべての金属やプラスチックから部品を生産できます。したがって、CNCフライス加工と旋削加工で利用可能な材料の範囲は非常に広く、用途に適した材料を選択するのはかなり困難です。各利用可能材料の利点と最適な用途を理解することは極めて重要です。

この記事では、機械的・熱的特性、コスト、典型的（および最適な）用途の観点から、最も一般的なCNC材料を比較します。

適切なCNC材料をどう選択するか？

CNC加工用の部品を設計する際、適切な材料選択は不可欠です。カスタム部品に適した材料を選択するために推奨する基本ステップを示します。

• 材料要件を定義する：機械的、熱的、その他の材料要件、コスト、表面仕上げなどが含まれます。部品をどのように使用し、どのような環境で使用されるかを考慮してください。

• 候補材料を特定する：設計要件をすべて（または大部分）満たすいくつかの候補材料を絞り込みます。

• 最も適した材料を選択する：通常、2つ以上の設計要件（例：機械的性能とコスト）の間で妥協が必要です。

この記事ではステップ2に焦点を当てます。以下の情報を使用して、プロジェクトを予算内に抑えながら、用途に最も適した材料を特定できます。

HubsのCNC材料選択ガイドライン

以下の表では、材料メーカー提供のデータシートを調査し、最も一般的なCNC材料の関連特性をまとめています。金属とプラスチックを2つの異なるカテゴリに分けています。

金属は主に高強度、高硬度、耐熱性を必要とする用途で使用されます。プラスチックは軽量材料で幅広い物理的特性を持ち、多くは耐薬品性と電気絶縁能力のために使用されます。

CNC材料の比較では、機械的強度（引張降伏強度で表現）、加工性（加工のしやすさがCNC価格に影響）、コスト、硬度（主に金属）、耐熱温度（主にプラスチック）に焦点を当てています。

特定のエンジニアリングニーズに適したCNC材料を素早く特定するためのクイックリファレンスとして使用できるインフォグラフィックを示します：

材料	グレード	強度*	硬度+	加工性	コスト	典型的用途
アルミニウム	6061	中	中	★★★★★	$	汎用、航空機部品、自動車部品、自転車フレーム、食品容器
	6082	中	中	★★★★★	$	汎用、自動車部品、食品容器
	7075	高	中	★★★★	$$$	航空機・航空宇宙部品、自動車部品、船舶用途、スポーツ用品
	5083	中	低	★★★★★	$$	船舶用途、建設、圧力容器
ステンレス鋼	304	高	中	★★	$$$	汎用、医療機器、食品産業、船舶用途、化学処理
	316	高	中	★★	$$$$	食品調理機器、船舶用途、建築、手術用インプラント、化学容器
	2205 Duplex	高	高	★	$$$$$	石油・ガス、船舶用途、化学処理、熱交換器
	303	高	高	★★★	$$$$	航空機部品、機械部品、ナット、ボルト、ギア、ブッシュ
	17-4	高	非常に高	★★	$$$$$	タービンブレード、船舶用途、化学容器、石油・ガス、原子力用途
軟鋼	1018	中	中	★★★	$$	汎用、機械部品、治具・固定具
	1045	中	高	★★	$$$	汎用、機械部品
	A36	高	中	★★★	$$	建設、機械部品、治具・固定具
合金鋼	4140	中	高	★★	$$$	汎用、機械部品、工具
	4340	高	高	★★	$$$	航空機着陸装置、動力伝達、工具
工具鋼	D2	高	非常に高	★	$$$$	冷間加工工具、ダイス・スタンプ、切削工具・ナイフ
	A2	高	非常に高	★	$$$$	冷間加工工具、ダイス・スタンプ、切削工具・ナイフ
	O1	高	非常に高	★	$$$$	冷間加工工具、ダイス・スタンプ
黄銅	C36000	中	中	★★★★★	$$	機械部品、バルブ・ノズル、建築

• *: 引張降伏強度 - 中: 200-400 MPa、高: 400-600 MPa
• +: 硬度 - 中: 50-90 HRB、高: 90 HRB - 50 HRC、非常に高: 50 HRC以上

材料	強度*	使用温度+	加工性	コスト	典型的用途
ABS	中	最大 60℃	★★★	$$	自動車、電子機器筐体、パイプ・継手、消費者製品
ナイロン	高	最大 100℃	★	$$	自動車部品、機械部品、ファスナー
ポリカーボネート (PC)	高	最大 120℃	★★	$$	建築、自動車、電子機器筐体、食品容器
POM (デルリン)	中	最大 82℃	★★★★	$$	機械部品、電子機器筐体、ブッシュ・継手
PTFE (テフロン)	低	最大 260℃	★★★★	$$	高温用途、化学処理、電子機器筐体、食品処理
HDPE	低	最大 80℃	★	$$	化学容器、パイプ・継手、消費者製品
PEEK	高	最大 260℃	★★	$$$$	医療用途、化学処理、食品処理、高圧バルブ

• *: 引張降伏強度 - 低: 5-30 MPa、中: 30-60 MPa、高: 60-100 MPa
• +: 定常使用における推奨最大使用温度

アルミニウムとは？ 堅牢で経済的な合金

アルミニウム合金は優れた強度重量比、高い熱伝導率・電気伝導率、天然の耐食性を持ちます。加工が容易で、バルクではコスト効率が良く、試作やその他の部品生産で最も経済的な選択肢になることがよくあります。

アルミニウム合金は一般的に鋼より強度と硬度が低いですが、アルマイト処理により表面に硬い保護層を作れます。

さまざまなタイプのアルミニウム合金を分解してみましょう。

• アルミニウム 6061は最も一般的な汎用アルミニウム合金で、良好な強度重量比と優れた加工性を持ちます。

• アルミニウム 6082は6061と類似の組成と材料特性を持ちます。ヨーロッパでより一般的です（英国規格に準拠しているため）。

• アルミニウム 7075は、重量削減が重要な航空宇宙用途で最も一般的に使用される合金です。優れた疲労特性を持ち、熱処理により高強度・高硬度化でき、鋼と同等になります。

• アルミニウム 5083は他のほとんどのアルミニウム合金より高強度で、海水に対する優れた耐食性を持ちます。これにより建設と船舶用途に最適です。溶接にも優れた選択肢です。

材料特性：

• アルミニウム合金の典型的密度: 2.65-2.80 g/cm³

• アルマイト処理可能

• 非磁性

ステンレス鋼とは？ 強靭で耐久性のある合金

ステンレス鋼合金は高強度、高延性、優れた耐摩耗性・耐食性を持ち、容易に溶接、加工、研磨できます。組成によっては（本質的に）非磁性または磁性を持ちます。

プラットフォームで提供しているステンレス鋼のタイプを分解します。

• ステンレス鋼 304は最も一般的なステンレス鋼合金です。優れた機械的特性と良好な加工性を持ちます。ほとんどの環境条件と腐食性媒質に耐性があります。

• ステンレス鋼 316は304と類似の機械的特性を持つもう1つの一般的な合金ですが、より高い耐食性・耐薬品性を持ち、特に食塩水（海水など）に対して強いため、より過酷な環境に適しています。

• ステンレス鋼 2205 Duplexは最高強度（一般的なステンレス鋼合金の2倍）と優れた耐食性を持ちます。石油・ガス分野の多くの用途で、極限環境で使用されます。

• ステンレス鋼 303は優れた靭性を持ちますが、304と比較して耐食性が低いです。優れた加工性により、航空宇宙用ナット・ボルト製造などの大量生産用途でよく使用されます。

• ステンレス鋼 17-4 (SAEグレード630)は304と同等の機械的特性を持ちます。析出硬化により非常に高い硬度（工具鋼と同等）を得られ、優れた耐薬品性を持つため、風力タービンブレード製造など非常に高性能な用途に適しています。

材料特性：

• 典型的密度: 7.7-8.0 g/cm³

• 非磁性ステンレス鋼合金: 304, 316, 303

• 磁性ステンレス鋼合金: 2205 Duplex, 17-4

軟鋼とは？ 汎用合金

軟鋼は低炭素鋼とも呼ばれ、良好な機械的特性、優れた加工性と溶接性を持ちます。比較的低コストのため、治具や固定具など多くの汎用用途で使用されます。軟鋼は腐食と化学的ダメージを受けやすいです。

プラットフォームで利用可能な軟鋼のタイプを分解します。

• 軟鋼 1018は優れた加工性と溶接性、優れた靭性、強度、硬度を持つ汎用合金です。最も一般的に使用される軟鋼合金です。

• 軟鋼 1045は中炭素鋼で、良好な溶接性、加工性、高強度と耐衝撃性を持ちます。

• 軟鋼 A36は一般的な構造用鋼で、良好な溶接性を持ちます。多様な産業・建設用途に適しています。

材料特性：

• 典型的密度: 7.8-7.9 g/cm³

• 磁性

合金鋼とは？ より強靭で耐摩耗性のある合金

合金鋼は炭素に加えて他の合金元素を含み、硬度、靭性、疲労強度、耐摩耗性が向上しています。軟鋼と同様に、合金鋼も腐食と化学攻撃を受けやすいです。

• 合金鋼 4140は良好な全体的機械的特性を持ち、良好な強度と靭性があります。多くの産業用途に適していますが、溶接には推奨されません。

• 合金鋼 4340は熱処理により高レベルの強度と硬度を得ながら、良好な靭性、耐摩耗性、疲労強度を維持できます。この合金は溶接可能です。

材料特性：

• 典型的密度: 7.8-7.9 g/cm³

• 磁性

工具鋼とは？ 非常に強靭で耐性のある合金

工具鋼は、熱処理を経ることで非常に高い硬度、剛性、耐摩耗性、耐熱性を持つ金属合金です。ダイス、スタンプ、金型などの製造工具（名前の由来）を作るために使用されます。

Hubsで提供している工具鋼を分解します。

• 工具鋼 D2は425℃まで硬度を保持する耐摩耗合金です。切削工具とダイスの製造に一般的に使用されます。

• 工具鋼 A2は空冷焼入れ汎用工具鋼で、良好な靭性と高温での優れた寸法安定性を持ちます。射出成形ダイスの製造に一般的に使用されます。

• 工具鋼 O1は油焼入れ合金で、高硬度65 HRCを持ちます。ナイフと切削工具に一般的に使用されます。

材料特性：

• 典型的密度: 7.8 g/cm³

• 典型的硬度: 45-65 HRC

黄銅とは？ 導電性と装飾性の合金

黄銅は良好な加工性と優れた電気伝導性を持つ金属合金で、低摩擦が必要な用途に最適です。装飾用黄銅部品は建築目的（金色の装飾など）でよく見られます。

Hubsで提供している黄銅はこちら。

• 黄銅 C36000は高引張強度と天然の耐食性を持つ材料です。最も加工しやすい材料の1つであるため、大量生産用途でよく使用されます。

材料特性：

• 典型的密度: 8.4-8.7 g/cm³

• 非磁性

ABSとは？ 試作用熱可塑性樹脂

ABSは最も一般的な熱可塑性材料の1つで、良好な機械的特性、優れた耐衝撃性、高耐熱性、良好な加工性を提供します。

ABSは低密度で、軽量用途に最適です。CNC加工されたABS部品は、射出成形での大量生産前の試作としてよく使用されます。

材料特性：

• 典型的密度: 1.00-1.05 g/cm³

ナイロンとは？ エンジニアリング熱可塑性樹脂

ナイロン（ポリアミドPAとも呼ばれる）は、優れた機械的特性、良好な耐衝撃性、高い耐薬品性・耐摩耗性のため、エンジニアリング用途によく使用される熱可塑性樹脂です。水分吸収を受けやすいです。

CNC加工で最も一般的に使用されるグレードはナイロン6とナイロン66です。

材料特性：

• 典型的密度: 1.14 g/cm³

ポリカーボネートとは？ 耐衝撃性に優れた熱可塑性樹脂

ポリカーボネートは高靭性、良好な加工性、優れた耐衝撃性（ABSより優れる）を持つ熱可塑性樹脂です。通常透明ですが、多様な色に着色可能です。これらの特性により、流体デバイスや自動車用ガラスなど幅広い用途に適しています。

材料特性：

• 典型的密度: 1.20-1.22 g/cm³

POM (デルリン)とは？ 最も加工しやすいCNCプラスチック

POMは商品名デルリンで一般的に知られ、プラスチックの中で最も高い加工性を持つエンジニアリング熱可塑性樹脂です。

POM (デルリン)は、高精度、高剛性、低摩擦、高温での優れた寸法安定性、非常に低い吸水性が必要なプラスチック部品のCNC加工において、しばしば最良の選択肢となります。

材料特性：

• 典型的密度: 1.40-1.42 g/cm³

PTFE (テフロン)とは？ 極限温度対応熱可塑性樹脂

PTFEは一般的にテフロンとして知られ、優れた耐薬品性・耐熱性と、既知の固体の中で最低の摩擦係数を持つエンジニアリング熱可塑性樹脂です。200℃以上の動作温度に耐えられる数少ないプラスチックの1つで、優れた電気絶縁体です。純粋な機械的特性を持ち、アセンブリ内のライニングやインサートとしてよく使用されます。

材料特性：

• 典型的密度: 2.2 g/cm³

HDPEとは？ 屋外・配管用熱可塑性樹脂

高密度ポリエチレン (HDPE) は、高い強度重量比、高い耐衝撃性、良好な耐候性を持つ熱可塑性樹脂です。HDPEは軽量で、屋外使用と配管に適しています。ABSと同様に、射出成形前の試作作成によく使用されます。

材料特性：

• 典型的密度: 0.93-0.97 g/cm³

PEEKとは？ 金属を置き換えるプラスチック

PEEKは優れた機械的特性、非常に広い温度範囲での熱的安定性、ほとんどの化学薬品に対する優れた耐性を持つ高性能エンジニアリング熱可塑性樹脂です。

PEEKは高い強度重量比により、金属部品の置き換えによく使用されます。医療グレードも利用可能で、生物医学用途にも適しています。

材料特性：

• 典型的密度: 1.32 g/cm³

よくある質問

CNC加工で最もコスト効率の良い材料は？

用途によりますが、全体的にアルミニウム 6061がCNC加工で最も一般的かつ低コストの金属です。

CNC加工に最適なプラスチックは？

POM (デルリン)がCNC加工で最も経済的なプラスチックです。これは熱可塑性樹脂の優れた加工性に部分的に起因します。

金属でCNC加工する利点は？

金属は高強度、高硬度、極限温度への信頼性のある耐性を必要とする製造用途に最適です。

プラスチックでCNC加工する利点は？

3Dプリントでより一般的ですが、特殊な材料要件を持つ軽量部品を生産する場合、プラスチックはCNC加工に最適です。プラスチックは試作生産（特に射出成形で大量生産を始める前）にも実行可能です。