付加製造と除去製造：生産ニーズに最適なプロセスの選択

産業革命以来、製造技術の発展は止まったことがありません。企業は常により速く、より安く、より良い生産方法を探しています。過去数十年間、カスタム部品製造で最も信頼できるプロセスのいくつかは、付加製造（アディティブマニュファクチャリング）と除去製造（サブトラクティブマニュファクチャリング）の2つの側面に属していました。材料にはプラスチック、熱可塑性プラスチック、鉄、鋼、炭素などが含まれます。付加製造と除去製造の両プロセスは材料からオブジェクトを作るために使用されますが、これらは同じではありません。では、付加製造と除去製造の違いは何でしょうか？

付加製造とは

付加製造は、材料を追加することでオブジェクトを構築するプロセスをカバーしています。企業が材料を追加してオブジェクトを構築する場合、それは付加製造と見なされます。材料は徐々にベッドまたは基板に追加され、原材料とは異なるサイズと形状の新しいオブジェクトが生成されます。

ほとんどの付加製造プロセスには3Dプリントが関与します。実際、「付加製造」という用語は3Dプリントの同義語となっています。3Dプリンターは印刷ベッドに材料を堆積させる機械です。したがって、材料を追加することでオブジェクトを構築します。典型的な3Dプリンターの作動原理は、ノズルから押し出された材料を放出することです。ベース層を構築し、次に次のより高い層を構築します。3Dプリンターはオブジェクトが完成するまで各個別層を構築し続けます。

メリット

付加製造の最大の利点は設計の汎用性です。付加製造は高度に複雑なモデルを生成でき、中空の内部構造を持つ設計さえも可能で、他の製造プロセスではできません。実際、CADで作成できる設計のほぼすべてを付加製造で複製できます。

少数のプロトタイプモデルの場合、付加製造は通常より実用的です。これはFDM 3Dプリンターなどの付加製造機が非常に少ないセットアップで済むためです。3D設計があれば、数分で3Dプリンターを開始できます。プロセスがほぼ完全に自動化されているため、工具交換に時間を費やす必要がありません。この柔軟性により、付加製造は「オンデマンド」生産の技術的選択肢となっています。

付加製造は既存材料から廃棄物を除去しないため、除去製造と比較してプロセス自体が本質的に非常に少ない廃棄物を生成します。企業にとってこれは廃棄物処理やリサイクルコストの削減につながります。

デメリット

付加製造は設計の汎用性に優れていますが、材料の面では厳しく制限されています。ほとんどの3Dプリント技術はプラスチックまたはプラスチック複合材料の使用に限定されます。さらに、層ごとの構築方法により、層同士が接着する部分に構造的弱点が生じます。これは付加製造で作成されたオブジェクトが、重量を支えたり極端な条件に耐えたりするのに十分な強度を持たない可能性があることを意味します。これは本質的に、非機能プロトタイプの作成への付加製造の用途を制限します。

既存の3Dプリンターでも金属プリントは可能ですが、業界ではまだ稀です。一般的に、カスタム金属部品を作成するために3Dプリントを使用するのは、CNC加工で作成するよりも高価です。

比較的高速な3Dプリントプロセス（SLS、SLAなど）でも、層ごとにオブジェクトを構築するプロセスは非常に遅いです。これにより付加製造は大量需要への対応に非現実的です。3Dプリンターには限られたサイズのビルドプラットフォームもあります。作業に大型部品やモデルが必要な場合、それらはより小さなコンポーネントとしてプリントして接着する必要があります。これは追加作業をもたらすだけでなく、より多くの故障ポイントを導入します。

除去製造とは

除去製造には、材料を除去することでオブジェクトを構築するプロセスが含まれます。本質的に付加製造の反対です。企業は材料を追加するのではなく、材料を除去することで除去製造を行います。通常、大きな原材料ブロックから始めます。企業はそこから余分な材料を除去し、より小さな寸法と異なる形状の新しいオブジェクトを作成します。

除去製造という用語は、CNCコンピュータ数値制御（CNC）機械を使用して元のブロックから材料を連続的に除去し、望ましい形状とサイズを達成するオブジェクト生成プロセスを指します。プロセスは設計エンジニアがCADモデルを機械工場に提出することから始まり、オンライン見積もりシステムの使用が望ましいです。高度なソフトウェアが分析・設計し、工具、工具パス、最適なワークを選択します。CNC工作機械は金属、木材、ガラス、セラミック、プラスチック、複合材料など多様な材料を使用できます。

メリット

除去製造にはいくつかの主要な利点があります：

• 表面仕上げ
• 高精度と幾何学的精度
• 優れた再現性
• 高応力用途
• 特定部品の加工コストが付加製造より低い
• 除去製造は材料の元の完全性を保持します。これにより除去製造で製造された製品はより耐久性があり、この技術が自動車と航空機製造業界で特に人気がある理由となっています。
• 複数材料との互換性
• 速度と高生産性

除去製造には直線と多軸回転能力を持つ機械が関与します。標準的な3軸と5軸CNCフライス盤と旋盤は、ワークを異なる方向から加工して複雑な設計を実現できます。

除去製造で作成されるモデルと部品の品質は、一般的に付加製造より優れています。このプロセスは目に見える層線を生成しないため、後処理プロセスでは最小限の作業しか必要ありません。

デメリット

CNC加工では過度に複雑な設計や中空オブジェクトを切削・彫刻することは不可能です。CNC機械のセットアップにも多くの時間がかかります。わずかな設計変更でも再組立が必要になる場合があり、これは手動で行わなければなりません。したがって、CNC加工はメーカーが大量生産のために確保しているものです。

最終的な考察

製造技術の観点から、3Dプリントによる付加製造はまだ新興技術です。その売りはほぼすべての3D設計を作成できる優れたセールスポイントですが、技術はより伝統的な製造方法を排除するには十分ではありません。除去製造は数十年存在していますが、依然としていくつかの業界で標準と広く見なされています。

企業が大量の部品を迅速かつ確実に生産する必要があるとき、除去製造は依然として使用される方法です。この技術は金属から高耐久部品を製造するのに特に適しています。ますます多くの企業がレーザー切断や放電加工（EDM）などの新技術を探求する中、除去製造が消滅する危険性はなさそうです。