3DプリントまたはCNC？適切な製造方法の選択

3D印刷とCNC機械加工 プロトタイピングと少量生産に関して最も一般的に使用される2つの方法です。ただし、どちらも製造に対して2つの非常に異なるアプローチを提供するため（1つは加法混色、もう1つは減法混色）、アプリケーションに適した製造方法を特定することは、製品開発を合理化し、効率を高め、最終的には高品質の部品を実現するために重要です。

このチュートリアルでは、3D印刷とCNC機械加工の違いを確認し、適切な方法を選択するためのヒントをいくつか紹介します。

3DプリントとCNC

機能的なプロトタイプや最終部品の製造を検討している場合、3D印刷とコンピューター数値制御（CNC）機械加工は、さまざまなメリットをもたらします。ただし、どちらもCADデータに依存し、さまざまな材料を使用していますが、類似点はここで終わります。

3D印刷（または積層造形） 3Dプリンターのビルドプラットフォームに材料をレイヤーごとに配置してパーツを作成することで機能するさまざまなテクノロジーをカバーしています。プロセス中に工具は必要なく、製造時間やコストに影響を与えることなく複雑な部品を作成できます。

CNC加工 対照的に、は減法混色のテクノロジーです。これは、材料の層を連続して追加する代わりに、プロセスが材料の固いブロックから始まることを意味します。次に、ツールを使用して、コンピューターで指定されたパスに沿ってブロックを削り取り、目的のオブジェクトに成形します。

違いを追跡する

労働要件
CNC機械加工にはさまざまな複雑な機械が含まれるため、このプロセスでは、熟練した機械工が工具を調整し、切削経路を定義し、部品を再配置して正しい形状を実現する必要があります。

対照的に、3D印刷は自動化されたプロセスであるため、労働集約的ではありません。もちろん、ファイルは印刷用に準備する必要があります（STLへの変換、最適な向きの定義を含む）が、全体のプロセスは30分以上かかることはありません。ファイルが準備され、プリンタがセットアップされると、パーツが完成するまで介入は必要ありません。

制作時間
どちらのプロセスでも、さまざまな要因が生産時間に影響を与える可能性があります。 CNC機械加工の製造時間は、設計特性（サイズ、材料の種類、壁の厚さなど）と機能の数（ポケットや穴のサイズや深さなど）によって異なります。たとえば、機能が小さいほど切断速度が遅くなり、時間がかかります。

3D印刷の場合、要素には、パーツの材料の体積とその高さが含まれます。当然のことながら、必要な材料が多ければ多いほど、印刷プロセスは長くなります。一部の機能にはサポート構造も必要であり、印刷プロセスに5％から15％多くの時間を追加できます。

コスト
3D印刷の追加の利点の1つは、複雑な部品を費用効果の高い方法で作成できることです。これが、この技術が金属軽量化アプリケーションにますます使用される理由の1つです。 CNCの場合、それはまったく逆です。部品が複雑になるほど、機械加工プロセスが遅くなり、作業にかかる労力が大きくなり、コストが高くなります。

生産コストに影響を与える可能性のある他の要因がありますが、材料価格（CNCおよび3D印刷）から機械の修理または交換のコスト（CNC）まで。

部品の特性、寸法精度
CNCは、材料の固いブロックから部品を切り出すことで機能するため、このプロセスにより、構造的に強く、寸法的に正確な部品が作成されます。

対照的に、積層造形の連続的なレイヤーバイレイヤーアプローチは、このテクノロジーが通常、CNCよりも弱い部品を生産することを意味します。金属3D印刷は、多孔性などの問題が部品の強度の不均一につながるなど、特に問題になる可能性があります。

材料廃棄物
CNCは、後でリサイクルできないことが多いブロックから材料を取り除くため、大量の余分な廃棄物を生成する可能性があります。

CNCと比較して、3D印刷は廃棄物を大幅に削減し（1〜3％）、バインダージェットやSLSなどの一部のテクノロジーにより、残った材料を再利用できます。

パーツサイズ
CNC機械加工は材料のブロックで機能するため、大規模な部品を比較的簡単に製造できます。対照的に、大規模なAMシステムがますます市場に参入しているにもかかわらず、3D印刷はより小さな部品やコンポーネントに適しています。

後処理
CNCで製造された部品は、表面仕上げが優れており、通常、必須の後処理は必要ありません。

ただし、3D印刷された部品は、選択した手法（支持構造の除去、粉末除去、洗浄、研磨など）に応じて、ほとんどの場合、何らかの後処理が必要になります。また、パーツによっては、パーツのバッチの場合、サポートの取り外しに5分から数時間かかる場合があります。

適切な方法を選択するためのヒント

アプリケーションに適したプロセスを決定するときは、テクノロジー間の違いを考慮することが重要です。さらに、次のヒントを検討してください。

1。生産量はどのくらいですか？
3D印刷または機械加工のいずれかを選択する経済性は、多くの場合、その特定のユースケースでの生産量と、生産する必要のある部品の数に帰着する可能性があります。少量の部品が必要な場合（100部品未満）は3D印刷を選択し、中規模の生産（1000部品未満）を対象とする場合はCNC機械加工を検討するのが賢明です。

少量の場合非常に複雑な特注部品であるため、機械加工を使用するよりも安価で高速に3Dプリントできます。設備自体に伴う費用から熟練したオペレーターへの支払いまで、CNC機械加工の費用は高くなります。

2。複数の迅速な設計反復が必要ですか？
3D印刷は、高速な設計反復が必要なプロトタイピングアプリケーションに最適なテクノロジーです。アディティブテクノロジーを使用すると、別のプロトタイプを作成するために設計を微調整するだけで済みます。機械加工では、設計変更がはるかに複雑になり、多くの場合、労働集約的な複数のセットアップとツールの変更が必要になります。

3。幾何学的な複雑さはどれほど重要ですか？
幾何学的な複雑さに関しては、3Dプリントが最高です。この技術により、他の製造方法では再現できない複雑な形状を作成できます。また、ステレオリソグラフィー（SLA）などの特定のテクノロジーにはサポート構造が必要な場合もありますが、SLSなどのテクノロジーではサポート構造はまったく必要ありません。

軽量構造に加えて、3D印刷はアセンブリを射出成形用のコンフォーマル冷却チャネルなど、複雑な内部機能を必要とする単一のコンポーネントおよび部品。

4。どの材料が必要ですか？
CNC機械加工はより確立された技術であるため、金属（アルミニウム、ステンレス鋼、合金を含む）、プラスチック（ABS、ナイロン、ポリカーボネート、アクリル、PEEKを含む）、木材など、互換性のある材料の範囲が広がります。

ただし、簡単に加工できない材料（金属超合金、チタン、フレキシブルTPUなど）が必要な場合は、3D印刷の方が賢明です。 3D印刷では、熱可塑性プラスチック（ABS、PLA、ULTEM、PEEK、ナイロンなど）、樹脂、セラミック、金属から部品を作成することもできます。

ハイブリッドソリューション？

一見すると、CNC機械加工と3D印刷は相互に排他的な技術のように見えるかもしれません。実際、一方は材料を差し引き、もう一方はそれを追加します。

ただし、多くの場合、両方の手法が非常にうまく連携できます。そのため、市場で入手可能なハイブリッドマシンの数が増えています。

CNCは高い寸法精度を達成するという点で優れていますが、3D印​​刷は少量生産の生産コストを削減し、設計の自由度を高め、納期を短縮します。両方の方法の利点を組み合わせることにより、複雑な形状の部品を3D印刷してから、より厳しい公差とより滑らかな表面のために機械加工することができます。

最終的に、ニーズに合った適切なテクノロジーの選択は、必要な材料、部品の複雑さ、生産量、予算、スケジュールなど、さまざまな要因によって異なります。ただし、1つだけを選択することではない場合もあります。ハイブリッドアプローチを採用すると、製造時間とコストを削減しながら、より合理化された製造プロセスを実現できます。