優れた金属プロトタイプ構築の実証済み手法とベストプラクティス

金属プロトタイプは、航空宇宙から電子機器まで多くの業界のビジネスにとって重要です。効果的な金属プロトタイプは、より優れた最終製品につながるからです。

この記事では金属プロトタイプの重要性について説明し、プラスチックプロトタイピングよりも金属プロトタイピングが有利な状況を探ります。

また、金属プロトタイプ作成の効果的な様々な方法についても説明します：CNC加工、3Dプリント（追加製造）、板金成形、鋳造、押出。3ERPは複数のプロセスを組み合わせ、あなたの金属プロトタイプニーズに最適なソリューションを提供できます。

金属プロトタイプとは？

製造の世界では、プロトタイプは部品のモックアップまたはラフドラフトです。プロトタイプは製造開始よりかなり前に作成され、設計者が部品をテストし開発できるようにします。

プロトタイピングに使用される製造プロセスによって、プロトタイプは様々な材料から作れます。

金属プロトタイプは、CNC加工、鋳造、板金成形のような金属製造技術を使用して作られるプロトタイプです。アルミニウム、鋼、またはエンジニアリングチームが選択したその他の材料で作られる場合があります。

金属はしばしば量産前プロトタイプ（最終部品を忠実に模倣した高度なプロトタイプ）に使用されますが、初期段階のプロトタイプにも使用できます。

金属が好まれるのは、機能的理由、美的理由、またはその両方です。

なぜプラスチックではなく金属プロトタイプを作るのか？

状況によっては、エンジニアが最終的には金属で製造される部品のプラスチックプロトタイプを作成することがあります。

これには多くの理由があります。一つには、多くのプロトタイプには機能的・機械的役割がないため、強度、延性、導電性のような特定の特性を持つかどうかは問題にならないからです。

プロトタイプの材料特性が重要でない場合、安価で入手しやすい材料でプロトタイプを作成するのが合理的です。多くの場合、プラスチックが最安の選択肢です。

しかし、一部のプロトタイプには特別な機能があります。

機能プロトタイプ、ハイブリッドプロトタイプ、量産前プロトタイプはすべて何らかの役割を果たす必要があり、それには特定の材料特性が必要になる場合があります。金属はそれらの特性を提供する最適な選択肢であることが多いです。

非機能プロトタイプでも金属が有益な場合があります。コンセプトを示すルックスライクプロトタイプは、特に部品が金属で量産される場合、金属で作るとより美しく見えることが多いです。

金属プロトタイピングは、初期投資と商業的成功の可能性を高める可能性があります。

金属プロトタイプの構築には重要な長期的コストメリットもあります。

部品が最終的に金属で量産される場合、金属プロトタイプを金属完成品に移行させるのは比較的容易です。一方、プラスチック3Dプリントプロトタイプを金属量産部品に変換するのは容易ではありません。

金属プロトタイプのメリット：

• 優れた機械的・機能的性能
• より正確なテスト
• 優れた美観
• 投資家の関心を引きやすい
• 量産への移行が容易

あなたの金属プロトタイプに最適な方法は？

幾何学、公差、数量によっては、一部の金属プロトタイプはCNC加工や3Dプリントのような単一の製造プロセスにのみ適している場合があります。

しかし、ほとんどの部品は複数の異なる方法で作れます。

この場合、機械的結果を最良にしつつ、コストと製造時間を最小限に抑えるという観点で、どの方法が最適かを判断する必要があります。金属プロトタイプ作成の一般的な技術をいくつか簡単に紹介します：

金属切削プロトタイプ

CNC加工は金属プロトタイプ作成のかなり手頃な手段です。

CNCマシンはコンピュータ指示を使用して金属切削工具をガイドし、金属ブロックから材料の特定部分を精密に除去します。

デジタルCAD設計はプロトタイプ間で容易に変更できるため、加工は有用なプロトタイピングツールであり、効率的なワークフローを実現します。複製を作成したり、設計を他者に配布したりするのも容易です。

このプロセスは多様な金属と互換性がありますが、特定グレードのアルミニウムが価値と切削性の最良の組み合わせを提供する場合があります。

CNC加工プロトタイプは工具が不要で最小注文数量がないため、かなり手頃です。ただし、減材プロセスの性質上、多少の材料廃棄があります。

設計自由度の面では、4軸と5軸CNCマシンが複雑な部品と詳細な特徴の作成に例外的な柔軟性を提供します。

メリット：

低コスト、設計自由度、材料選択肢

デメリット：

多少の材料廃棄

ここでは3ERPが手掛けた金属切削プロトタイプのいくつかの例を示します。これはCNC加工に適した部品タイプの大まかなイメージを提供するだけです。

 

金属3Dプリントプロトタイプ

3Dプリントは金属プロトタイプ作成のもう一つのかなり手頃な方法ですが、金属追加製造マシンはプラスチックのみをプリントするFDM 3Dプリンターよりはるかに高価です。

3Dプリント金属プロトタイプは、選択的レーザー溶融（SLM）や直接金属レーザー焼結（DMLS）のようなAM技術で作成できます。

CNC加工と同様に、3Dプリントもデジタル設計を入力として使用し、設計の迅速な変更を可能にします。

しかし、金属3Dプリントの最大の利点の一つは幾何学的柔軟性です。金属3Dプリントプロトタイプは、固体ブロックから切削するのではなく層ごとに構築されるため、複雑な内部セクションを含む非常に複雑な特徴を持つことができます。

金属プロトタイプは他の形式の金属プロトタイプより表面仕上げが劣る場合がありますが、優れた表面仕上げ処理でこの問題を緩和できます。

いくつかの金属がAM粉末形態で利用可能ですが、他のプロセスで利用可能な選択肢よりは多様性に欠けます。

メリット：

低コスト、設計自由度

デメリット：

部品強度、材料選択肢

アンダーカットと内部チャネルがあるため、これらは3Dプリント以外に優れた選択肢のない典型的な部品です。

板金プロトタイプ

板金加工は、金属シートの切断、変形、組み立てに関わる一連のプロセスです。ブラケット、エンクロージャ、産業部品のような機能的アイテムの製造に使用されます。

板金プロジェクトの場合、量産時に使用されるのと同じ板金技術で機能的な金属プロトタイプを作成する価値があるかもしれません。

板金成形プロセスには、レーザー切断、パンチング、曲げ、スピニング、溶接が含まれます。

板金プロトタイプは強度が保証され、高品質です。しかし、複数の成形プロセスが必要な場合、代替案より高価になる可能性があります。

穴あき直角ブラケットのプロトタイプなら、レーザーカッター、ブレーキ、パンチングマシンの3台が必要かもしれませんが、同様のプロトタイプならCNCマシンや3Dプリンターだけで作れます。

板金加工は、プロトタイプの複数コピーが必要な場合に特に有用です。

メリット：

量産品質、多様な加工プロセス

デメリット：

所要時間、限定的な設計自由度

金属鋳造プロトタイプ

鋳造は液体金属を金型に注いで部品を形成するプロセスです。

金属鋳造は通常プロトタイピングプロセスとは見なされません。専門設備が必要で、金型作成が労力とコストを要するためです。わずか1〜2個のプロトタイプのために金型を作るのは経済的に合理的ではありません。

しかし、鋳造で金属プロトタイプを作る特別な方法があります。

例えばロストワックス鋳造では、3Dプリンターでワックスモデルを作り、これを用いて金属プロトタイプ鋳造用の手頃な金型を作れます。

ダイカストでは、ツーリングコストを様々な方法で削減できます。一つの方法はシンプルな金型を作り、鋳造後にCNCマシンで微細な特徴を追加することです。（この方法は少量のみ有効で、数千個の部品を後加工するのは時間がかかりすぎます。）

鋳造金属プロトタイプは比較的高価ですが、ツーリングをブリッジ生産に転用できるため、長期的には顧客のコスト削減になる可能性があります。

メリット：

極めて強靭な部品、量産品質

デメリット：

高価なツーリングが必要、専門設備が必要

金属押出プロトタイプ

金属押出は通常プロトタイピングプロセスとは見なされないもう一つの金属加工技術です。

押出プロセスでは、材料がダイの形状付けられた開口部を通って押し出され、均一な断面を持つ細長い部品が生成されます。

ほとんどの押出会社は大量生産注文のみを扱い、一品もののプロトタイプは彼らの時間に見合わないと判断されます。

しかし、金属押出を金属プロトタイピングに活用する価値がある場合もあり、3ERPはそのようなサービスを提供する数少ないプロバイダーの一つです。

押出はほぼアルミニウム合金でのみ行われ、金属バー、ブラケット、ジョイントのようなシンプルな部品に適したプロセスです。

このプロセスは、押出金属プロトタイプが最終部品を忠実に模倣するテスト用および量産前プロトタイプに適しています。他の技術で製造される部品には推奨されません。

メリット：

量産品質

デメリット：

限定的な材料範囲

3ERPはほとんどの製造プロセスで強力なサプライチェーンを構築しており、複数プロセスの組み合わせも可能です。したがって、あなたの金属プロトタイプに最適なソリューションを提供できます。今すぐ3ERPに無料見積もりをご依頼ください。