CNC 加工 vs. 3D プリント:製品設計者が知っておくべきこと

プロトタイプの作成や大量生産を検討しているプロダクトデザイナーですか。もしそうなら、製品を作るために CNC 機械加工と 3D プリントのどちらを選ぶかという岐路に立つことになるでしょう。

CNC 機械加工と 3D プリントㅡ今日最も人気のある 2 つの製造方法ㅡは、思いついたほぼすべての製品デザインを製造できます。ただし、各方法には独自の操作モード、利点、および機能があり、さまざまな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 機械加工または 3D プリントを選択する前に、評価する必要があるいくつかの重要な領域について説明します。さらに、各プロセス、製造可能な機能、材料の適合性、および後処理オプションに関する役立つ情報を提供します。

プロセスの比較:CNC 機械加工と 3D プリント

CNC 機械加工と 3D プリントは操作が非常に似ています。3D CAD (コンピュータ支援設計) モデルを一連のコンピュータ命令に変換して、パーツを自律的に製造します。ただし、これらの製造プロセスは部品の製造方法が異なります。

CNC 加工

CNC 機械加工は減法です方法。これには、切削工具を使用して目的の部品を作成するために、ブロック (またはワークピース) から材料の一部を除去することが含まれます。コンピュータ数値制御 (CNC) 技術は、切削工具 (およびワークピース) の一連の動作を制御して、目的の部品を作成します。

図 1:CNC 加工プロセス

3D プリント

3D プリントはアディティブマニュファクチャリングです方法。材料を層ごとに追加して、目的の製品を形成します。このプロセスには、特別なツールや治具は必要ありません。

図 2:3D プリントプロセス

ジオメトリ、最小フィーチャサイズ、およびコストの違い

CNC 機械加工のサブトラクティブな性質により、1 mm の最小フィーチャサイズで広範囲の複雑なジオメトリを作成できます。たとえば、CNC フライス盤は穴、角度の付いたカット、キャビティの作成に最適ですが、CNC 旋盤は複雑な円筒形状に適しています。

図 3:CNC 切削部品のレンダリング

ただし、CNC マシンを使用して隠れた機能やアンダーカットを作成するのは難しい場合があります。

3D プリンターは、CNC 機械加工におけるジオメトリの課題と制限を排除し、複雑なジオメトリを製造できるようにします。ただし、ほとんどの 3D プリンターの最小フィーチャサイズは 0.25 mm から 0.8 mm の範囲であり、特に大量のパーツの場合、かなりの製造コストとリードタイムが発生します。

さらに、製品のサイズがわずかに異なるだけで、3D プリントの製造コストが大幅に増加する可能性があります。

たとえば、図 4 に示す 100x100x100 mm の立方体の 3D CAD モデルについて考えてみましょう。この立方体の体積が 80x80x80 mm の立方体の 2 倍であることを知って驚くでしょう。その結果、この大量のパーツを 3D プリントすることに決めた場合、より多くの原材料を使用し、小さい立方体の場合の 2 倍の費用がかかることが予想されます。

図 4:製品サイズのばらつきにより、3D プリントの製造コストが大幅に増加する可能性があります。

利用可能な材料オプション

CNC マシンは、金属、プラスチック、木材、複合材料など、ブロックで入手できる限り、幅広い材料と互換性があります。たとえば、CNC 加工に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、真鍮、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 などがあります。

図 5:CNC 加工された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、より一般的にはプラスチック (ABS、ナイロン、PLA、ULTEM、PEEK など)、セラミック、フォトポリマーに使用されます。アルミニウム、チタン、超合金などの金属を 3D プリントすることもできますが、3D プリントされた金属は安価ではないことに注意してください。

図 6:3D プリントされたプラスチックのレンダリング

表面仕上げの違い

CNC マシンと 3D プリンターは、表面が非常に滑らかな部品を製造できます。ただし、パーツを他のパーツと組み合わせるために並外れた滑らかさが必要な場合は、CNC マシンを使用してそれらを製造することを検討する必要があります。 CNC マシンには幅広い制御機能が備わっているため、厳しい公差と高度な表面品質を実現できます。

それにもかかわらず、CNC 機械加工と 3D 印刷は、幅広い表面仕上げオプションを提供します。たとえば、CNC 機械加工部品では、陽極酸化、粉体塗装、ビードブラスト、不動態化を行うことができます。同様に、3D プリントパーツの表面仕上げオプションには、製品を強化するためのメッキ、ビードブラスト、および熱処理が含まれます。