CNC加工 vs 3Dプリント：製品設計者必見の本質的洞察

試作や量産を行おうとする製品設計者にとって、CNC加工と3Dプリントのどちらで製品を作るかは、岐路に立たされる問題です。

CNC加工と3Dプリントは、今日最も人気のある2つの製造方法であり、あなたが考案するほぼあらゆる製品設計を製造できます。しかし、各方法には独自の動作モード、利点、能力があり、異なるエンジニアリング設計シナリオに最適です。

この記事では、製品開発プロジェクトでCNC加工か3Dプリントを選択する前に評価すべき主要な領域を取り上げます。さらに、各プロセス、製造可能なフィーチャー、材料適性、後処理オプションについて有益な情報を提供します。

プロセスの比較：CNC加工 vs 3Dプリント

CNC加工と3Dプリントは動作において非常に似ています。3D CAD（コンピュータ支援設計）モデルをコンピュータ指示のセットに変換し、部品を自律的に製造します。しかし、これらの製造プロセスは、部品の製造方法において異なります。

CNC加工

CNC加工は減法製造方法です。切削工具を使用して、ブロック（またはワークピース）から材料の一部を除去し、望ましい部品を作成します。コンピュータ数値制御（CNC）技術が、切削工具（およびワークピース）の動きのシーケンスを制御し、望ましい部品を作成します。

図1: CNC加工プロセス

 

3Dプリント

3Dプリントは付加製造方法です。望ましい製品が形成されるまで、材料を層ごとに積み重ねていきます。このプロセスには特別な工具や治具は不要です。

図2: 3Dプリントプロセス

 

形状、最小フィーチャーサイズ、コストの違い

CNC加工の減法的性質により、最小フィーチャーサイズ1mmで幅広い複雑な形状を作成可能です。例えば、CNCフライス盤は穴、角度付き切削、キャビティの作成に最適で、CNC旋盤は複雑な円筒形状に適しています。

図3: CNCフライス加工部品のレンダリング

 

しかし、CNC工作機械で隠れたフィーチャーやアンダーカットを作成するのは困難な場合があります。

3DプリンターはCNC加工の形状課題と制限を排除し、複雑な形状の製造を可能にします。しかし、ほとんどの3Dプリンターの最小フィーチャーサイズは0.25mm〜0.8mmの範囲で、大量部品の場合特に製造コストとリードタイムが大幅にかかります。

さらに、製品サイズのわずかな変動が、3Dプリント製造コストを大幅に増加させる可能性があります。

例えば、図4に示す100x100x100mmの立方体の3D CADモデルを考えてみてください。この立方体が、80x80x80mmの立方体の2倍の体積を持つことは驚くかもしれません。その結果、この大型部品を3Dプリントする場合、より多くの原材料を使用し、小さな立方体の2倍のコストがかかると予想されます。

図4: 製品サイズの変動が3Dプリント製造コストを大幅に増加させる可能性

 

利用可能な材料オプション

CNC工作機械は、これらの材料がブロックとして入手可能であれば、金属、プラスチック、木材、複合材など幅広い材料と互換性があります。例えば、CNC加工で一般的に使用される材料には、アルミニウム、ステンレス鋼、黄銅、チタン、亜鉛合金、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレン、PEEKがあります。

図5: CNC加工アルミニウム部品のレンダリング

 

3Dプリンターもさまざまな材料と互換性がありますが、プラスチック（ABS、ナイロン、PLA、ULTEM、PEEKなど）、セラミック、光重合体でより一般的に使用されます。アルミニウム、チタン、超合金などの金属も3Dプリント可能ですが、3Dプリント金属は安価ではありません。

図6: 3Dプリントプラスチックのレンダリング

 

表面仕上げの違い

CNC工作機械と3Dプリンターは、非常に滑らかな表面の部品を生産できます。しかし、部品が他の部品と嵌合するために例外的な滑らかさを必要とする場合、それらを製造するにはCNC工作機械を使用することを検討すべきです。CNC工作機械は優れた制御範囲を持ち、厳しい公差とより高い表面品質を達成できます。

それでも、CNC加工と3Dプリントは幅広い表面仕上げオプションを提供します。例えば、CNC加工部品では、陽極酸化、粉体塗装、ビーズブラスト、パシベート処理が可能です。同様に、3Dプリント部品の表面仕上げオプションには、めっき、ビーズブラスト、製品を強化する熱処理が含まれます。

図7: 陽極酸化アルミニウム部品のレンダリング

 

図8: 粉体塗装仕上げのCNC加工部品のレンダリング

詳細: 表面仕上げと表面粗さチャート

3Dプリント vs CNC加工：理想的な方法の選び方

議論した通り、CNC加工と3Dプリントはどちらも多くの種類の部品を製造できます。

しかし、弊社が常にお客様にお伝えしている通り、完璧なワンサイズフィットオールの製造方法は存在しません。理想的な方法は、主にあなたの製品設計、形状、公差、表面仕上げ要件に依存します。あなたのアプリケーションニーズについて話し合えるエンジニアを擁する一流の機械加工業者と協力することを推奨します。

Gensun Precision Machiningは、アジアでCNC加工と3Dプリントサービスを提供するリーディングプロバイダーです。高度な経験を持つエンジニアと機械技師、最新鋭の製造技術を備え、あなたの製品を正しく完成させます。

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注: この記事は2021年6月に最初に公開され、2022年5月に更新されました