CNC機械加工と3D印刷：あなたの仕事に最適なオプションは何ですか？

ステレオリソグラフィーの発明者であり、3DSystemsの創設者であるCharlesHullは、1986年に3Dプリンターの販売を開始しました。数年後、StratasysのScottCrumpは彼の融合堆積モデリング技術を商品化しました。他の企業もすぐに続き、世界中の起業家がこれらの「ラピッドプロトタイピング」マシンを購入し、3D印刷のみに焦点を当てた企業である「サービスビューロー」を開設するのはそう長くはありませんでした。

今日、これらのかつての最先端の用語のそれぞれは、ほとんど時代遅れです。アディティブマニュファクチャリングは、プロトタイピング、ラピッド、その他に限定されなくなりました。また、サービスビューローは、3D印刷がCNC機械加工やその他の従来の製造プロセスを補完し、ツールボックスの単なる別のツールになっていると所有者と管理者が主張している電子製造業者に取って代わられました（非常に強力なツールですが）。

長所と短所を補う

ロサンゼルスを拠点とするStratasysDirectManufacturingの場合は確かにそうです。そこでは、オペレーションの副社長であるGreg Reynoldsが、特定のプロジェクトに使用する製造技術の決定は、部品の複雑さから始まる多くの要因に依存すると説明しています。

「アディティブマニュファクチャリングは、特に金属が関係する場合、従来のプロセスに比べていくつかの重要な利点をもたらします」と彼は言います。金属3D印刷を使用すると、多数の部品を機械加工してからボルトで固定したり溶接したりする代わりに、アセンブリを単一の、多くの場合ははるかに軽量なワークピースとして作成できます。これには、内部通路、複雑なスイープサーフェスやその他の有機的な形状、薄壁の格子構造などの機能があります。これらのそれぞれは、非常にコストがかかるか、機械加工がまったく不可能です。ただし、添加剤の場合は非常に簡単です。」

反対に、ブラケット、シャフト、ハウジング、およびその他の「ブロック状」コンポーネントなどのより単純でよりモノリシックな部品は、ショップがプロトタイプ部品を製造している場合でも、数千の生産を行っている場合でも、機械加工の領域にしっかりと残ります。

また、3D印刷は精度の点で機械加工と競合できないため、公差が厳しく、表面仕上げが非常に滑らかな部品は、CNC旋盤やマシニングセンターにも適しています。

そのため、多くのプラスチック部品と事実上すべての金属部品は、重要な部品の機能を完成させ、ほとんどの3D印刷プロセスの悩みの種であるサポートを削除するために、機械工場へのビルド後の出張を必要とします。

3D印刷：複雑な形状、複雑な機能に適しています

ハイデンハイン社の工作機械事業開発ディレクターであるギスバート・レドボンは、次のように述べています。非常に複雑な形状であり、3D印刷では、他の方法では製造が困難な機能を生成できます。二次加工が必要な場合でも、これらの種類の部品は金属積層造形によってますます製造されています。」

プラスチック射出成形金型はその一例です、とLedvonは言います。従来の金型製作のように、金型ベースまたはそのインサート全体にスイスチーズのような一連の冷却穴を開ける代わりに、レーザー金属粉末床（LPBF）マシンで金型全体を印刷し、戦略的に配置された冷却チャネルで充填できます。金型キャビティに接続し、それを囲みます。その結果、他の方法よりもはるかに速いサイクルタイムと高い部品品質を備えた金型になると彼は言います。

ここでも、金型キャビティやその他の重要な表面を仕上げ加工するための二次加工が必要です。 LedvonとReynoldsの両方が指摘しているように、金属積層造形は、鋳造や鍛造に匹敵する表面仕上げを残します。

どちらの専門家も、これらの部品やその他の部品を3DプリンターからCNCマシンに転送するには、堅牢な固定戦略が必要であると述べています。 「3Dプリンターにマシニングセンターと統合されたある種のパレットシステムがあれば理想的です。これにより、多くの時間と頭痛の種を節約できます」とLedvon氏は言います。

レイノルズ氏は、3D印刷されたパーツをつかむことは、鋳造物をつかむことに似ていると付け加えています。参照する基準点が固定されていないことがよくあります。 「鋳造と同様に、ニアネットシェイプから機械加工プロセスを開始するため、最初にゼロ点をフライス加工または回転させてから、そこから先に進む必要があります。仕事によって異なりますが、全体として、3Dプリントされた部品では、寸法管理が間違いなく難しいと思います。」

CNCはスピードのニーズを満たします

CNC機械加工のキャップのもう1つの特徴は、速度です。 CNC旋盤やマシニングセンターがバーやビレットから材料を高速で引き裂くことができる場合、レーザーベースの金属およびポリマー3Dプリンターは非常に低速であり、ほとんどの部品の製造に数時間、大型部品の場合は数日かかることで有名です。

しかし、レーザーは材料を結合する唯一の方法ではありません。アディティブマニュファクチャリングは、7つの異なる技術と多数の派生物を誇り、その一部は近年非常に高速になっています。たとえば、Markforgedなどの3Dプリンターメーカーは、大量の「グリーン」部品を印刷して焼結することができるバインダー噴射機を開発しました。数十年前の金属射出成形プロセスを模倣しています。また、MakerBotや親会社のStratasysのような溶融堆積モデリングプリンターは、スコットクランプの初期よりもはるかに高速になっただけでなく、特定の金属を印刷できるようになりました。

同様に、チャックハルのステレオリソグラフィープロセスは、デジタル光処理を含むように拡張されました。デジタル光処理は、UV光源を使用してラインごとに丹念にトレースするのではなく、フォトポリマー樹脂の層全体を1回のパスで硬化します。

これらおよびその他のポリマープリンターは、以前よりもはるかに正確であり（ただし、機械加工よりもはるかに正確ではありません）、いわゆる「蒸気研磨」装置と組み合わせて使用​​すると、優れた表面仕上げを実現できます。

次に、Stratasysからの選択的吸収融合があります。現在、環境に優しいPA11ナイロンに限定されていますが、接触するポリマー粉末の融点を下げる独自のインクを使用して部品を印刷します。赤外線熱源にさらされると、これらの領域が融合して完全に機能する部品が生成されます。 「それが一部であるか1,000であるかは関係ありません。ビルド速度は同じです」と、レイノルズ氏は言います。 「これにより、大量生産に最適です。また、選択的レーザー焼結（SLS）ほど部品に熱を加えないため、材料の完全性が一般的に高くなります。」

生産時間のトリミング

ツーリングは、3D印刷と従来の製造のもう1つの重要な違いです。前者は完全にデジタルプロセスであるため、従来の製造プロセスで必要とされる治具、固定具、およびその他の工具（二次処理で使用されるものを除く）は必要ありません。

これには多くの利点がありますが、最も明白なのは、一部またはすべての工具費を削減することです。ただし、ツールの製造に必要なリードタイムもあります。準備ができたら、ツールを工作機械にインストールし、プログラムゼロを取得して、CNCプログラムを証明します。一方、3Dプリンターは、CADモデルから完成品までわずか数時間で移動できます。

Reynoldsは、他の種類の製造でも自動化が大きな役割を果たしているものの、デッキングとサポートの削除に関して3D印刷が最近より自動化されていると述べています。

とにかく、特定の部品の製造方法の選択は複雑な決定であり、作業量、部品の形状、その精度と表面仕上げ、部品の材質、およびその他の多くの要因に依存します。

2つの手法のどちらかを決定しようとしている金属加工業者は、StratasysのWebサイトに部品をアップロードして即座に見積もりを行い、どちらの方法が最も速く最も効果的かを見つけることができます。

「ある時点で自分の3Dプリンターに投資することを検討し、それが高すぎるか十分な能力がないことに気付いた人のために、私は彼らにもう一度見てみるように勧めます」と彼は言います。 CNC旋盤とマシニングセンターを使用することは、部品を作成するもう1つの方法です。」

クイックポーリング：アディティブマニュファクチャリングエッジ

アディティブマニュファクチャリングは、機械加工や従来の製造プロセスを補完するためにますます使用されています。

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