CNC 彫刻をマスターする:種類、利点、実際の用途

彫刻は、人類の歴史において豊かな歴史を誇る古くからある製造技術です。歴史を通じて驚くべき発展を遂げ、特に芸術の分野でさまざまな多面的な応用がなされています。現在、これらの開発により、非常に重要なプロセスである CNC 彫刻が行われるようになりました。

この記事では、CNC 彫刻加工、そのワークフロー、およびその種類について詳しく説明します。さらに、その利点、材料の機能、用途についても説明します。

CNC 彫刻とは何ですか?

彫刻は、定義されたパスに沿って表面から少量の材料を徐々に除去するプロセスです。このプロセスでは、基板 (ワークピース) の表面に目に見えるマークが残ります。 CNC 彫刻は、自動 CNC テクノロジーが高精度かつ精密な制御で彫刻ツールをガイドする現代版の彫刻です。

彫刻加工は装飾やサイン製作など幅広い用途に利用できます。さらに、非常に多様な材料と互換性があり、コスト効率の高いプロセスです。

CNC 彫刻はどのように行われるのですか?

彫刻の世界をもう少し深く掘り下げて、それが産業環境でどのように機能するかを見てみましょう。 CNC 彫刻のワークフローは次のとおりです。

CAD :最初に、デザイナーは CAD ソフトウェア上で彫刻パターンの視覚化を作成します。機械工は、複雑なパターンを迅速かつ正確な方法で作成できるように、CAD をしっかりと理解する必要があります。

カム :コンピュータ支援製造 (CAM) ソフトウェアは、CAD 設計に従って CNC 彫刻機用のプログラムを生成するために使用される特別なソフトウェアです。 CAD/CAM エンジニアは、このソフトウェアを使用して、彫刻プロセスに関連するツールを選択し、パラメータを処理し、ツール パスを設定します。最後に、CAM ソフトウェアは、CNC マシンが理解できる構文で記述された G コード ファイルを生成します。

セットアップ :彫刻加工を開始する前に、機械オペレーターがワークを機械にセットアップします。このプロセスでは、製造エラーを避けるために、ワークピースの配置と水平化が重要です。

CNC 彫刻 ：いよいよ彫刻作業が始まります。 CNC テクノロジーは自動化されているため、いくつかの初期手順の後は技術者があまり介入する必要はありません。プロセスが終了すると、ワークピースが取り外され、機械は次のプロジェクトの準備が整います。

ここで、さまざまな種類の CNC 彫刻プロセスについて詳しく学んでいきます。どれもほぼ同様の結果が得られますが、多くの点で異なります。

CNC ロータリー彫刻

回転彫刻では、回転する切削工具を使用して基板から材料を除去します。切削工具は通常の工作機械と非常によく似ており、溝の形状の刃先を持っています。ドリルビットがどのように回転し、その鋭い刃によって材料を切り裂くかを想像してみてください。

カッターの形状とサイズは、形状とまったく同じ溝を作成するために重要です。一般的な形状は、V 字型とボールエンドミル (丸型) です。

CNC 彫刻機には、これらの回転彫刻ツールを保持して回転させるための特別なスピンドルがあります。一般に、CNC 彫刻は 20,000 RPM もの高速プロセスです。さらに、材料特性と設計要件に応じて、切込み深さは 0.5 ～ 3 mm の範囲になります。

これらの機能により、CNC 回転彫刻は非常に多用途になります。さらに、安価で、ほとんどの素材に使用できます。

CNC レーザー彫刻

CNC レーザー彫刻は、回転彫刻とは根本的に異なります。このプロセスでは、高強度のレーザー ビームが昇華が起こる温度まで基板表面を加熱します (固相から気相への直接的な相変化)。その結果、表面にくぼみが残ります。

レーザー CNC 彫刻機には、レーザー ビームを生成するレーザー ヘッドが搭載されています。このヘッドの動きは CNC 制御されているため、このプロセスは非常に正確かつ迅速です。さらに、レーザー彫刻は非常に信頼性が高く、耐久性にも優れています。

最後に、レーザー彫刻、レーザーマーキング、レーザーエッチングの間で人々が抱いている一般的な誤解を解明するために、少し回り道をしたいと思います。レーザーマーキングはレーザー彫刻と非常に似ていますが、押し込みの深さがはるかに浅くなっています。したがって、「マーキング」という言葉が生まれます。レーザー エッチングは、化学反応を使用して表面から材料を除去するまったく異なるプロセスです。レーザー彫刻に比べて低エネルギーのプロセスです。

ダイヤモンド ドラッグの彫刻

「ダイヤモンド ドラッグ エングレービング」という名前は一目瞭然です。このプロセスでは、鋭いダイヤモンドの先端が表面を引きずって彫刻操作を実行します。ダイヤモンドは既知の材料の中で最も硬いため、効率的な彫刻ツールです。さらに、ダイヤモンドドラッグ彫刻には工具の回転は必要ありません。したがって、主な材料除去プロセスはスクラッチです。

CNC ダイヤモンドドラッグ彫刻は、ツールの動きを精密に制御するため、非常に正確で迅速です。さらに、ダイヤモンドは硬度が優れているため、最も硬い金属にも適しています。

彫刻加工に使用される一般的な材料

彫刻加工は、材料の適合性の観点から多様なプロセスです。その機構は極端ではなく、基本的な切断/焼成操作に依存しているため、非常に多様な素材を CNC 彫刻できます。

次のセクションでは、CNC 彫刻機が便利に処理できる主な材料カテゴリについて説明します。

金属

通常、金属は CNC 彫刻店で見つかる最も一般的なタイプの材料です。金属の彫刻は、CNC フライス加工の強度を抑えたバージョンのようなもので、同じタイプの CNC カッターと切断パラメータを利用します。実際、ほとんどの CNC マシンは、サービス開始中に彫刻機として機能したことがあります。

レーザー彫刻の場合も同様で、主な目的は金属を切断することではなく、その表面を彫刻することです。

ただし、金属の機械加工は必ずしも容易ではなく、コーティングされたカッターなどの特別な工具が必要になる場合があります。さらに、金属はプラスチックなどの他の彫刻可能な材料よりも高価です。

CNC 彫刻できる金属のリスト:

• アルミニウム
• スチールとステンレススチール
• ゴールド
• 真鍮
• 銅
• シルバー

これらの一般的な金属とは別に、チタン合金などのより硬い金属を CNC 彫刻することもできます。一般に、表面の変形の難しさを定義する硬度は、CNC 彫刻の際に注目すべき最も重要な特性です。したがって、より硬い材料の場合は、高性能彫刻カッターまたはバネ式ダイヤモンド カッターが専門家によって推奨されます。

プラスチック

プラスチックは、CNC 彫刻加工におけるもう 1 つの材料グループです。 「プラスチック」という名前はポリマーの大きなグループを表しており、そのほとんどは CNC 彫刻と互換性があります。一般に、熱可塑性プラスチックは他のプラスチックの中でも優れた熱安定性を備えているため、彫刻に適しています。

プラスチックは、CNC レーザー彫刻と回転彫刻加工の両方に対応しています。ただし、プラスチックに関しては、レーザー彫刻の方が一般的な選択肢です。高速で、メンテナンスの手間が少なく、非常に正確です。ただし、一部のプラスチックはヒュームを発生して燃焼するため、場合によっては環境に危険をもたらすため、施設から適切に排気する必要があります。

回転式 CNC 彫刻の場合、プラスチックもまったく未知のわけではありません。プラスチックは、非常に高い切削速度と送りをサポートする、切削しやすい材料です。マイナス面としては、バリが発生したり、切断時に柔らかくなったりすることがあり、生産性が低下する可能性があります。これらの欠点を管理すると、優れた結果が得られます。 

CNC 彫刻に使用される一般的なプラスチック:

• ポリエチレン
• ポリスチレン
• ポリアミド
• ABS
• ナイロン
• ポリウレタン

木材

木彫りは、室内装飾、ギフト、高級品など、芸術的な用途に幅広く使用できます。これは自然で柔らかく、これまで説明した素材の中で一般的に最も安価なオプションです。さらに、レーザーと回転 CNC 彫刻機の両方と互換性があります。

時間とお金の損失を避けるために、木彫りを行う際に留意すべきいくつかのヒントがあります。木材は異方性材料です。これは、その特性が全方向で一貫していないことを意味します。その代わり、木目の方向、節、年輪によってわずかに異なります。したがって、彫刻プロジェクト用に木材を選択するときは、これらの点に留意してください。

さらに、水分や油分もレーザー CNC 彫刻機の効率に悪影響を与える可能性があります。また、回転式彫刻機を使用している場合は、木粉に注意してください。

彫刻可能な木材の一般的な種類は次のとおりです。

• 針葉樹
• 広葉樹
• バルサ
• 白樺
• コルク

CNC 彫刻の利点

CNC 彫刻が広く使用されているということは、CNC 彫刻がいくつかの利点を備えた実行可能なプロセスであるという事実の証拠です。このセクションでは、これらの利点を強調します。

精度と精度

高い精度と寸法精度が CNC テクノロジーの特徴です。同じことが CNC 彫刻機にも当てはまります。自動 CNC モーション コントロールは、最大 +/- 0.0025 mm という非常に正確な彫刻を生成できます。

このレベルの精度は、ほとんどの彫刻加工アプリケーションには十分です。

時間の節約

昔の手動彫刻では、職人が 1 つの彫刻プロジェクトを完了するのに数時間、場合によっては数日かかりました。彼らは手工具を使用し、人間のスキルに頼って彫刻していましたが、当然のことながら時間がかかりました。

しかし、現代の CNC 彫刻機は自動で高速です。素早い送りと驚くべき精度で彫刻を行い、数分以内に結果が得られます。

カスタマイズ

CNC 彫刻で CAD/CAM ソフトウェアを使用すると、彫刻デザインを迅速かつ簡単にカスタマイズできます。ユーザーは CAD 設計に変更を加え、その変更をプロセス内ですぐに実装する機会があります。

この機能は、ラピッド プロトタイピングや複数のプロジェクトを同時に行うことに特化したショップで非常に便利です。間違いをすぐに排除したり、別の設計に移行したりして、生産性を向上させることができます。

CNC 彫刻の応用

CNC 彫刻は、さまざまな業界で数え切れないほどの用途があります。すべてを説明することはできませんが、最も重要なものについては以下で簡単に説明します。

看板作成 :道路標識や広告は、多くの場合 CNC 彫刻の製品です。それは永続的であり、さまざまな気象条件に耐えることができます。したがって、このアプリケーションに非常に適しています。

ジュエリー :宝石商はペンダントやブレスレットなどのアイテムに CNC 彫刻を施し、目を引くデザインやパーソナライズされたテキストを作成します。

工業用マーキング :ほぼすべての業界に、機器、安全性、指示などのマーキングがあります。彫刻加工は、耐久性のあるカスタムの工業用マーキングを作成する一般的な方法です。

賞とトロフィー :トロフィーには必ず自分の名前が入っています。 CNC 彫刻機のおかげでその名前が付けられた可能性が非常に高いです。

結論

CNC 彫刻は間違いなく現代の製造業にとって重要な部分であり、幅広い機能と用途を誇ります。また、私たちの周囲に遍在する芸術的なパターンや役に立つ標識やマークを鑑賞することも楽しめます。これが彫刻加工が世界にもたらすものです!

WayKen は CNC 彫刻の業界リーダーであり、部品のマーキングとパターンに専門的な機械加工サービスを提供しています。弊社の専門家とプロジェクトについて話し合う場合は、お気軽にお問い合わせください。

よくある質問

彫刻とエッチングの違いは何ですか?

彫刻とエッチングはどちらも、ワークピースの表面から材料を除去するという同じ結果を生み出します。ただし、それらは異なる物理現象に依存しています。彫刻は、鋭利な工具で材料を切断して除去する機械的なプロセスです。エッチングは、表面の材料を焼き落とす化学プロセスです。

CNC 彫刻機ではどのソフトウェアが使用されていますか?

CNC 彫刻機では、彫刻作業を実行するために CAD/CAM ソフトウェアが必要です。このプログラムを使用すると、ユーザーは彫刻形状を指定し、ツールと切削パラメータ、およびツールパスを選択できます。完了すると、マシンのコントローラーに渡すコマンドが生成されます。

CNC 彫刻にはどのようなカッターやビットが必要ですか?

CNC 彫刻では、通常の CNC マシンと同様のカッターまたはビットを使用します。最も一般的なタイプは、超硬チップを備えた V ビット カッターです。総超硬カッターも人気です。より硬い材料の場合は、ダイヤモンドチップのカッターも使用されます。設計で丸みを帯びた表面が必要な場合は、ボール エンド ミルが使用されます。