減法製造で製品設計を極める：精度・コスト効率・信頼性

最近、製品設計を思いついた、または市場投入すれば次のヒット商品になると信じる製品アイデアをお持ちではありませんか？もしそうなら、銀行を破産させることなく、正確に製品を作れる製造技術をお探しのことでしょう。

減法製造は、その高精度、高精密、低コストにより、今日多くの業界で最も広く使用されている製造方法の一つです。実際、テック大手のAppleは、従来の製造方法を捨て、MacBook Proのユニボディ筐体の製造に減法製造技術を頼らざるを得ませんでした。

しかし、減法製造とは何か、他の製造技術とどう異なるのか、そして今日の典型的な製品設計課題を解決するためにどう活用できるのか？この記事では、これらの疑問にお答えします。

減法製造とは？

減法製造とは、固体ブロックから材料を連続的に切削除去することで、望ましい形状（または製品）を作り出す製造方法です。この製造方法は1940年代に製造業界で注目を集め始めました。機械技師が複雑な部品を最適な精度と精密さで手作業で製造できるようになったためです。

さらに興味深いことに、現代の減法製造技術は、加工における「人的要素」を排除しました。機械技師からの入力をほぼ、またはまったく必要とせず、従来技術よりもさらに高い精度と精密さを達成できます。このような現代的な減法製造技術の一例が、コンピュータ数値制御（CNC）工作機械です。

CNC工作機械は、コンピュータプログラム（Gコード）に依存して切削工具を制御し、ワークピースに必要な切削を行い、望ましい形状を実現します。製品設計者は、部品の3D CAD（コンピュータ支援設計）モデルを作成するだけで済みます。CNCプログラマーが、このモデルをCNC工作機械が自律的に目的の部品を作成するために使用するGコードに変換するために必要なすべてのタスクを実行します。

付加製造と減法製造の違いは？

現代の減法加工技術と同様に、付加製造技術も3D CADモデルとコンピュータプログラムに依存して望ましい形状を作り出します。しかし、減法加工とは異なり、付加製造法では、望ましい形状が得られるまで材料を層ごとに積み重ねていきます。付加製造技術の一例が3Dプリンターです。

3Dプリントは今日多くの業界で勢いを増していますが、CNC加工のような減法製造プロセスに取って代わることは、当面ないでしょう。例えば、CNC工作機械の世界市場規模は現在839.9億ドルで、2028年までに1284.1億ドルを超えると予測されています。対照的に、3Dプリントの世界市場は126億ドルと評価されています。

では、CNC（または減法）加工には、付加製造プロセスに対してどのような利点があるのでしょうか？

CNC加工の利点は？

#1 より優れた精度と精密さ

CNC工作機械の主要な利点の一つは、SLS（選択的レーザー焼結）、FDM（熱溶解積層法）、DMLS（直接金属レーザー焼結）など、いくつかのタイプの3Dプリント技術よりも高い精度を持つことです。これらの3Dプリント技術とCNC工作機械の精度を比較するため、表1にこれらの技術の達成可能な公差限界を示します。

CNC工作機械の精度（または再現性）は3Dプリンターと同等です。しかし、CNC加工では大量の部品を数時間で複製できますが、同じ数量を3Dプリンターで生産するには数日（場合によっては数週間）かかることがあります。シンプルに言えば、CNC加工は3Dプリントよりも短いリードタイムを提供します。

精度と精密さの違いについて詳しくはこちら。

#2 幅広い材料との互換性

製品設計者として、材料選定が製品の性能とコストにおいて重要な役割を果たすことはご承知の通りです。しかし、製品に理想的な材料を選んだ後でも、その材料と互換性のある製造技術を選ぶ必要があります。

CNC工作機械は、これらの材料が固体ブロックとして入手可能であれば、ほぼあらゆる金属、プラスチック、木材、複合材と互換性があります。対照的に、3Dプリンターはプラスチックとごく一部の金属のみと互換性があります。

CNC加工材料について詳しくはこちら。

#3 CNC工作機械は大型・複雑部品の製造が可能

CNC工作機械は、付加製造技術とは異なり、極めて大型で複雑な部品を製造できます。例えば、シンプルなCNCフライス盤でも、最大2000 x 800 x 1000 mmのビルドボリュームで部品を作れますが、SLS 3Dプリンターの最大ビルドボリュームは約300 x 300 x 300 mm程度です。

CNC加工 vs 3Dプリントについて詳しくはこちら。

付加製造と減法製造の選択：Gensunがサポート

減法製造は、製品開発で遭遇する多くの問題を解決できます。しかし、これはあなたが思いつくあらゆる設計を製造するための、万能のワンサイズフィットオール手法であることを意味しません。代わりに、適切な製造技術はあなたの製品設計要件に依存し、付加製造と減法製造の両方の能力を持つ機械加工業者と協力することが役立ちます。

幸い、Gensun Precision Machiningは、アジア全域で付加製造と減法加工サービスを提供するリーディングプロバイダーです。最新鋭の加工技術を保有するだけでなく、経験豊富なエンジニア、機械技師、品質管理エキスパートが、あなたの製品を初回で正しく完成させます。

弊社の付加・減法製造サービスについて詳しくはこちら。