3Dプリント vs CNC加工 ― 設計エンジニアとして、プロジェクトに最適な製造技術はどれかという選択に直面するでしょう。間違った方法を選ぶと、時間の無駄、コスト超過、さらには製品の不良につながる可能性があります。
CNC 加工のような減算的な方法が必要か、3D 印刷のような加算的な方法が必要かを判断するには、それぞれの仕組み、サポートされる材料と許容範囲、それぞれの真価が発揮される分野を明確に理解する必要があります。
このブログは、その決断を簡素化することを目的としています。両プロセスの根底にある基本原則を解説し、主要な要素を比較し、実際のユースケースを取り上げることで、どちらの手法がご自身のユースケースに最適かを判断するお手伝いをします。
CNCマシニングとは何ですか？
CNC加工 手工具を用いて物を作る昔ながらの方法を現代化したものです。CNC工作機械、特にフライス盤の原型は、1952年にMITの研究者グループによって作られました。
本質的に、 CNC加工は減算的な製造方法であり、材料の塊を最終設計に合わせて成形することを意味します。n. 切断は、3D モデルから生成された G コードと M コードに基づいて実行されるプログラムされた CNC システムによって自動的に行われます。
CNC 加工は、フライス加工、旋削加工、穴あけ加工、研削加工など、より広範囲のプロセスをカバーしており、それぞれに特定のタスクに適した独自のツール セットと加工戦略があります。
メリット：
- 高い寸法精度と厳しい公差。
- 優れた表面仕上げ。
- 大規模な生産にも対応できる拡張性を備えています。
- 金属、プラスチックとの相性が抜群です。
デメリット:
- ツールとセットアップのコストが高くなります。
- 減算的な性質のため、材料の無駄が多くなる
3D プリンティング (3PD) とは何ですか?
3Dプリントまたは 3Dプロトタイピング 1980年代に登場した比較的新しい技術です。これは積層造形技術であり、固体のブロックから削り出すのではなく、層ごとに製品を積み重ねて製造します。
最もシンプルで扱いやすい形態といえば、熱溶解積層法（FDM）です。FDMでは、熱可塑性フィラメントを加熱し、ノズルから押し出します。ノズルはプログラムされた経路に沿って移動し、層を1つずつ積層していきます。各層が固まるにつれて、次の層が上に積層され、徐々に完成品が形成されていきます。
CNC加工と同様に、3DPにも複数の技術があり、それぞれ材料の堆積または融合方法に基づいています。注目すべきものとしては、FDM、SLS（選択的レーザー焼結）、SLA（光造形）、DMLS（直接金属レーザー焼結）などがあります。
メリット：
- 設計の柔軟性が向上し、複雑な形状を構築できるようになります。
- プロトタイプのセットアップコストを削減します。
- 材料の無駄を最小限に抑えます。
- プロトタイプのターンアラウンドが速くなります。
デメリット:
- 低次元精度。
- ほとんどの場合、機械的強度は低くなります。
3DプリントとCNC加工：8つの違いを解説
前のセクションでは概要を簡単に説明しましたが、どの方法を選択すればよいかというすべての疑問に答えられていない可能性があります。3D プリントと CNC 加工は、ワークフロー、精度、材料、生産能力、仕上げ品質、コストが異なります。
それでは、もう少し深く掘り下げて、両方のテクニックを並べて、さまざまな側面でそれぞれが何をもたらすかを見てみましょう。
| CNC加工 | 3D印刷 | |
| ワークフロー | ツールのセットアップと熟練したオペレーターが必要ですが、加工は自動化されています。 | セットアップは最小限で、印刷が開始されるとほとんどが自動化されます。 |
| 材料の互換性 | 鋼鉄、真鍮、チタン、アルミニウム、エンジニアリング合金、プラスチックなどの金属。 | PLA、ABS、ナイロン、ULTEM、および一部の金属 |
| 公差 | ±0.015～0.025mm | FDM: ±0.2～0.5 mm、SLS: ±0.3 mm、バインダージェッティング: ±0.2 mm。 |
| ジオメトリ | ツールアクセスによる制限 | デザインの自由度が向上 |
| パーツサイズ | 4000×1500×600 mm（RapidDirectの場合） | 最大1000×1000×1000mm（FDM） |
| 表面仕上げ | とてもなめらか | レイヤーラインが見える |
| セットアップ費用 | 100万ドル以上。 | 産業用デスクトップ プリンターは 500 ドルから 100 万ドルまであります。 |
| 部品あたりのコスト | 低ボリュームの場合は高くなる | 少量の場合は安価 |
1. 制作ワークフロー
どちらの方法も、CADソフトウェアで3D設計を作成するという同じ点から始まります。この設計は、ソフトウェアによって、機械加工や3Dプリントに適した形式に変換されます。
違いはそこから始まり、CNCマシンは特定の切削工具を必要とし、加工自体は自動化されているものの、通常は熟練したオペレーターが作業の準備、適切な工具の選択、材料の取り扱いを行います。
一方、ほとんどの3Dプリンターは最小限の介入で動作します。印刷が開始されると、プロセスは完全に自動化され、通常、オペレーターが介入する必要はありません。
2. 材料の互換性
どちらの方法も、材料の選択肢の点で多様性に富んでいます。一般的に、3Dプリントシステムはプラスチック用、CNC製造システムは金属用と認識されていますが、どちらも金属や高性能プラスチックなど、幅広い材料を扱うことができます。
とはいえ、CNC プロセスは一般的に使用される金属に最適です。 CNC素材 鋼、真鍮、チタン、アルミニウム、エンジニアリング合金などが含まれます。最も重要なのは、CNC加工が高強度、耐久性、耐熱性が求められる材料用途に使用されていることです。
一方、3Dプリント材料にはPLA、TPU、ABS、ASA、ナイロン、ULTEMなどがあり、これらの材料では機械的強度はそれほど重要ではなく、設計によって補われます。アルミニウム、スチール、チタン、生体適合性合金などの金属も、SLS、バインダージェッティング、SLMといった高度な金属3Dプリント技術でプリントできます。
3. 寸法公差
ご存知の通り、重要な部品の製造においては、許容誤差が非常に重要です。CNC加工部品は、現在の3Dプリント方式で製造された部品よりも一貫して優れた性能を発揮します。
具体的には、CNC加工では通常、±0.025mmから±0.015mmの公差範囲となります。この範囲は、CNC加工機の種類と加工プロセスによって異なります。例えば、RapidDirectのCNCフライス加工では、約±0.05mmの公差範囲をご提供しています。
3Dプリンティングでは、許容誤差も方法によって異なります。FDM 3Dプリンティングでは通常±0.2mm～±0.5mm、SLSでは±0.3mm程度、バインダージェッティングでは±0.2mm程度です。
4. 形状とサイズ
設計の自由度について言えば、3DプリントプロジェクトはCNC加工に比べてより柔軟性があります。CNCの場合、従うべきCNC設計ガイドラインがいくつかあります。壁厚や内角に制限があり、最も重要なのは、全体の形状が使用する切削工具や治具の制約に適合する必要があることです。
一方、3Dプリントは物理的な切削工具に依存しないため、従来の設計上の制約に縛られることはありません。オーバーハングやブリッジなどのサポート構造が必要になる場合もありますが、機械加工では不可能、あるいは非現実的な、非常に複雑で有機的な形状を実現できます。
部品のサイズに関しては、CNCシステムが優位です。大型のブロックは産業用工作機械に搭載できるため、大型部品の製造に適しています。例えば、RapidDirectでは、最大5×4000×1500 mmの部品を加工できる600軸CNC工作機械を保有しています。
3Dプリントモデルは、プリンターの造形サイズによってサイズが制限されることが多く、より限定的です。FDMプリンターのパーツサイズは、すべての技術の中でやや大きく、約1000 x 1000 x 1000mmです。
5.表面仕上げ
寸法公差のセクションで述べたように、CNC加工は、一般的な3Dプリントソリューションよりもはるかに優れた最終表面仕上げを実現します。その理由は、このXNUMXつのプロセスの仕組みにあります。
CNC加工では、鋭利な切削工具を用いて材料を正確に削り取り、滑らかな表面を機械からそのまま残します。適切な工具と送り速度を使用すれば、後処理をほとんど、あるいは全く必要としない仕上がりを実現できます。
3Dプリントでは、パーツの表面品質は層構造によって左右されます。各層は目に見える線を残しますが、3Dプリンターの解像度によってその線の細かさが決まります。高い設定であっても、ほとんどの3Dプリントパーツは表面にわずかなテクスチャや凹凸が見られます。
6. セットアップコスト
セットアップコストの点では、両方の手法はまったく異なる範囲に位置します。
3Dプリンティングは現在最も手軽な技術であり、デスクトッププリンターは約500ドルから購入できます。産業用3Dプリンターは当然ながら高価で、数千ドルから100,000万ドルを超えるものまで様々ですが、それでも材料費やツール費は比較的抑えられています。ほとんどのプリンターは、印刷材料、フィラメント、樹脂、粉末、そして定期的なメンテナンスのみで済みます。
一方、CNC加工は主に工業プロセスであり、セットアップコストは数十万ドルに上ることもあります。機械自体も高価であり、さらに特殊な切削工具、ツールホルダー、ワーク固定治具、クーラントシステム、そしてそれらを稼働させるために必要な専用フロアスペースのコストも考慮に入れなければなりません。
さらに、CNCマシンには熟練したオペレーターが必要であり、継続的な人件費がかかります。これらすべてが、CNCへの投資を、ほとんどの3Dプリント設備と比較してはるかに大きなものにしています。
7. 製品原価
大まかに全体を見てみると、3Dプリント製品はCNC機械加工部品に比べて製造コストが安くなることが少なくありません。これは主に、CNCシステムのセットアップコストがはるかに高いためです。単発部品や少量生産の部品の場合、3Dプリントはより経済的な選択肢となる可能性があります。
しかし、長期的に見て、あるいは大量生産においては、3Dプリントは現実的ではありません。部品XNUMX個あたりの工程にかなり時間がかかり、生産規模を拡大すると、総コストがCNC加工を上回る可能性があります。CNC加工機は、一度セットアップすれば、部品を大量生産する際に、はるかに迅速かつ効率的に製造できます。
CNC 加工と 3D 印刷: どちらをいつ選択するべきか?
最後に、プロジェクトにどの技術を使用するかを決定します。CNCと3Dプリントのどちらを使用するかは、設計ニーズ、材料の適合性、精度要件、予算に基づいて評価する必要があります。
次の場合は CNC 加工を選択します。
- 製品を一括して製造する必要があります。
- 標準寸法の金属部品を製造しています。
- 設計には非常に厳しい許容誤差が必要です。
- 部品は、熱応力、機械的負荷、または摩耗に耐える必要がある機能的な用途で使用されます。
- 機械から取り出した直後から、より優れた表面仕上げを実現したい。
- 材料は、スチール、アルミニウム、真鍮、チタンなど、在庫の形で幅広く入手可能です。
次の場合は 3D プリントを選択してください:
- 特にプラスチックの試作品に取り組んでいます。
- デザインに非正統的または非常に複雑な形状が含まれています。
- 特定の複合材料や高性能ポリマーなど、機械加工が困難または高価な材料を使用しています。
- ツールや治具に投資せずに、すぐに一回限りの部品が必要な場合。
- 部品の強度は、材料特性ではなく設計によって実現できます。
両方の手法が実行可能な場合は、決定を下す前に、総コスト、リードタイム、必要な品質を比較検討してください。特にCNCプロトタイピングと3Dプリントを比較すると、金属プロトタイプの方が3Dプリントよりも費用対効果が高い場合があります。
RapidDirect はどのように役立ちますか?
これまで見てきたように、CNC 加工と 3D プリントにはそれぞれ長所があり、プロジェクトの要件に応じてどちらも製造において重要な役割を果たすことができます。
RapidDirectでは、エンドツーエンドの CNC機械加工サービスCNCフライス加工、CNC旋削加工、5軸加工、そして航空宇宙産業などの重要産業向けの精密加工など、幅広い加工に対応しています。0.001インチ単位の公差、100種類以上の材質、20種類以上の表面仕上げをご用意しています。
多分野にわたる専門家チームは、クライアントと密に連携し、現場の声を力強いメッセージへと変換します。子どもの保護やGBV、気候変動からビジネスと人権まで、多様な分野で政策を動かし、具体的なアクションを呼び起こす資料を構築します。 3Dプリントサービス SLA、SLS、HP MJF、SLMなど、多様な技術に対応し、300社を超えるプロフェッショナル3Dプリントショップのネットワークでサポートされています。また、プリントした部品を生産可能な状態に保つための包括的な後処理も提供しています。
プロジェクトはあるけれど、3DプリントとCNC加工のどちらの手法が最適かまだわからない？ 今すぐRapidDirectの専門チームにご連絡いただければ、専門家によるアドバイスと即時見積もりをご提供いたします。
