製造業者は、迅速かつ手頃な価格で高品質な部品を提供しなければならないというプレッシャーに直面している。多くのチームは、3DプリントとCNC加工のどちらを選ぶか悩む。どちらの方法にも利点がありますが、適切な方法を選ぶかどうかはプロジェクト次第です。数個のプロトタイプが必要な場合でも、大量生産が必要な場合でも、重要な違いを理解することで、遅れを防ぎ、予算内に収めることができます。
3Dプリンティングは、複雑な設計や迅速なプロトタイプに理想的な、レイヤーごとにパーツを構築します。CNCマシニングは、材料を削り取り、耐久性のある高精度のパーツを作成します。素材、予算、プロジェクトの目標によってお選びください。
どちらの方法も役に立つ。しかし、どちらが正しいかは、製品のデザイン、機能、コスト目標によって異なります。両者の比較を詳しく見てみよう。
基本概念
3DプリントとCNCマシニングを比較する前に、それぞれの仕組みを知っておくと役立ちます。このセクションでは、両方の方法の背後にある基本をカバーしています。
3D プリントとは何ですか?
3Dプリント レイヤーごとにパーツを構築します。デジタルモデルから始まり、オブジェクトが完成するまで材料を追加していく。ほとんどの3Dプリンターは、プラスチック、樹脂、金属粉末を使用する。この方法は、設計の柔軟性で知られている。従来のツールでは難しい、あるいは不可能な複雑な形状を作ることができる。
3Dプリンティングは、試作品やカスタムパーツ、頻繁に変更されるデザインによく使われる。仕上がりや強度よりもスピードが重要な場合に効果的です。
CNC 加工とは何ですか?
CNC加工 は、ブランクまたはビレットと呼ばれるソリッドブロックから材料を切り離す。機械はデジタルの指示に従って部品を成形します。ドリル、ミル、旋盤などの工具が材料を削り取り、最終製品を作ります。
この方法は、高い強度と厳しい公差を持つ部品を製造する。CNCは金属や硬質プラスチックに最適です。航空宇宙、自動車、工業用途で一般的です。
加法的製造と減法的製造の比較
3Dプリンティングは加法的である。必要な部分にのみ材料を追加します。これにより、廃棄物を減らし、創造的な部品設計をサポートします。
CNC加工は減法的である。部品を成形するために材料を除去する。これにより、表面品質と精度が向上することが多いが、スクラップが多く発生する。
素材の互換性
適切な素材を選ぶことが重要です。各工程で異なる選択肢があり、プロジェクトのニーズによって最適な選択が導かれることが多い。
3Dプリンティングでよく使われる素材。
3Dプリントは、多くの種類のプラスチックと一部の金属に対応しています。ここでは最も一般的なものを紹介する：
- PLA:印刷が簡単で、基本的なプロトタイプに適している。
- アブソリュート:PLAよりも強靭で、機能部品に使用される。
- PETG:強靭、柔軟、耐薬品性
- ナイロン:耐久性があり、エンジニアリンググレードの部品に使用
- 樹脂:SLAまたはDLPプリンターで使用される高精細。
- 金属粉末:ステンレス、アルミニウム、チタン、工業用メタルプリンター用
CNC加工でよく使われる材料
CNCマシニングは、さまざまな硬質材料に対応する：
- アルミニウム:軽くて丈夫、加工が簡単
- スチール:堅牢で構造部品に最適
- 真鍮:金具や美観部品に適している
- 銅:導電性で電子機器に使用
- チタン:強靭で耐食性に優れ、航空宇宙分野や医療分野で使用されている。
- プラスチック:デルリン、POM、PTFE、アクリルなど
公差と精度
部品が組み合わされたり、ストレス下で性能を発揮したりする必要がある場合、精度は重要な役割を果たします。各方式の性能を見てみよう。
CNC加工における寸法精度
CNCマシニングは、±0.005インチ（±0.13mm）またはそれ以上の厳しい公差を保持することがよくあります。エンジン部品やメカニカルアセンブリのように、完璧に組み合わされなければならない部品に最適です。このプロセスでは、精密工具を使って材料を除去するため、一貫性が保たれます。
3Dプリンティングにおける解像度とレイヤーの高さ
3Dプリントの解像度はレイヤーの高さによって異なり、FDMプリンターでは通常0.1～0.3mm、樹脂では0.01～0.05mmです。微細なディテールが可能ですが、レイヤーラインは後処理が必要な場合があります。複雑な曲線や中空構造は、CNCよりも簡単に実現できる。
表面仕上げと美観
表面品質は、部品の外観と機能の両方に影響します。あるプロジェクトでは、滑らかで洗練された仕上げが必要です。また、テストのために基本的な外観を必要とするものもあります。
CNC加工における後処理
CNC加工された部品は、良好な表面品質で機械から出てきます。それをさらに滑らかにするには 研磨, 研磨、 または ビーズブラスト.金属の場合、アルマイト処理は色と保護を加えます。機械加工された部品は、当然鋭いエッジと均一な表面を持っており、多くの場合、最小限の仕上げを必要とします。
3Dプリントにおける後処理
3Dプリントされたパーツには通常、レイヤーラインが見られ、きれいに見せるためにはより多くの作業が必要です。一般的な修正には、サンディング、下塗り、塗装が含まれる。樹脂プリントの場合は、UV硬化と洗浄が必要です。サポートマークは取り除く必要があり、パーツによっては表面を滑らかにするためにフィラーが必要になることもあります。
視覚と触覚の違い
CNC部品は、一貫性のある表面で、堅固で正確な感触があります。3Dプリントの部品は、レイヤーの質感がより感じられることが多い。視覚的には、CNCはエッジがすっきりしているのに対し、3Dプリントはより有機的な形状が可能です。精度を優先するか、設計の柔軟性を優先するかによって、選択は異なります。
強度と耐久性
部品が圧力や熱に耐え、繰り返し使用される場合、強度が重要になります。ここでは、両方の方法を実際の性能で比較してみる。
CNC機械加工部品の機械的特性
CNC部品は、層間に弱点がなく、堅固で均一である。元の材料の強度に完全に一致します。この方法で加工された金属は、重い荷重にもよく耐えます。プラスチック製のCNC部品は、力が加わった場合、3Dプリントされたものよりも強くなります。
3Dプリント部品の機械的特性
3Dプリントされた部品にはレイヤーラインがあり、特にサイドフォースによって弱い部分ができる可能性があります。強度はプリント方向によって異なります。現在、一部の産業用プリンターでは、ほぼソリッドな金属パーツを作ることができますが、ほとんどのプリント・プラスチックは、CNCバージョンよりも20-50%弱いです。
複雑さと幾何学
部品の形状は、正しい方法を選択する上で重要な役割を果たす。加工しやすい形状もあれば、印刷に適した形状もある。印刷に適した形状もある。
3Dプリンティングによる幾何学的自由
3Dプリンティングは、あなたがデザインできるほぼすべての形状を作成します。曲線、有機的なフォルム、複雑なディテールも余分なコストをかけずに扱える。1回のプリントで可動部品を作ったり、複数の部品を組み合わせて1つの部品にすることもできます。
機械加工の限界と回避策
CNCマシンは、複雑な部品のすべての領域に到達することはできません。設計者は、深いポケットや鋭い内角を避けなければなりません。回避策としては、部品を分割して組み立てたり、特殊な工具を使用したりする方法があります。シンプルでブロック状の形状は、最も速く、最も安く機械生産される。
内部構造と中空構造
3Dプリンティングは、中空断面、ハニカム充填、内部溝を得意とし、軽量部品や流体流動部品に最適です。CNCでは、内部フィーチャーのために別途穴あけ加工が必要で、時間とコストがかかります。ソリッドデザインは、機械加工でよりうまく機能します。
コスト要因
コストは常に大きな関心事だ。特に生産規模を拡大する場合、それは方法の選択に影響する。コストの内訳は以下の通り。
材料費の比較
3Dプリント材料は1ポンドあたりのコストが高い。特殊な樹脂や金属粉末は高価だ。基本的なフィラメントでさえ、時間が経つにつれて高くなる。
金属やプラスチックのブロックのようなCNC素材は、重量が軽い分安価だ。しかし、切削加工により多くの材料が無駄になる。
デザインに多くの材料を使用する場合は、CNCの方がコストを抑えられるかもしれません。小型で軽量なプリントの場合は、3Dプリントの方が効率的です。
設備とセットアップ費用
CNCマシンは、購入にもメンテナンスにもコストがかかる。工具の交換、治具の取り付け、定期的なサービスが必要だ。セットアップには時間がかかる。
3Dプリンターはより安価で、セットアップも簡単です。工具の交換や固定は必要ない。ファイルをスライスしてプリントを開始するだけだ。
3Dプリンティングは、1回限りの生産、または短期間の生産であれば、セットアップの時間とコストを節約することができる。
部品あたりのコスト少量生産と大量生産のシナリオ
少量生産であれば、3Dプリンティングの方が通常安い。セットアップもほとんど必要なく、余分なコストをかけずにパーツを1つずつ作ることができる。
大量生産ではCNCが勝つ。一度セットアップすれば、より速く稼動し、より安定した部品を作ることができる。部品単価は、製造するごとに下がっていく。
| カテゴリー | 3Dプリンティング | CNC加工 |
|---|---|---|
| プロセスタイプ | 添加剤（材料を積み上げる） | 減算法（材料を取り除く） |
| セットアップ時間 | 低い | 高い |
| 廃棄物 | 低い | 高い |
| デザインの複雑さ | 非常に高い（複雑な形状、内部チャンネル） | 制限付き（工具でアクセス可能な機能） |
| 代表的な素材 | プラスチック、樹脂、一部の金属 | 金属、硬質プラスチック |
| 材料費 | 重量あたり高い | 重量あたり |
| 設備費 | より低い | より高い |
| 表面仕上げ | 目に見える層線、粗い仕上げ | より滑らかで精密な仕上がり |
| 許容範囲 | ±0.3mm（FDM）、±0.1mm（樹脂） | 標準±0.1mm、精密±0.01mm |
| 強さ | 層構造のため低い | 堅調な株価により上昇 |
| 最適 | プロトタイピング、複雑形状、少量部品 | 高精度、高強度部品、大量生産 |
| 後処理 | サンディング、養生、サポート除去 | バリ取り、研磨、コーティング |
| 生産速度 | 部品当たりの速度が遅い | 一度セットアップすればより速く |
| 内部機能 | 作成が容易（中空、格子、チャンネル） | マルチ・パート設計でなければ難しいか不可能 |
| 容積効率 | 少量生産に適している | 大量生産に向いている |
| デザインの変更 | 迅速で低コストな調整 | 変更に時間がかかり、コストがかかる |
| 一緒に使う | 初期のテストに最適 | 最終生産に適している |
3Dプリンティング vs CNCマシニング：どう選ぶ？
プロジェクトにはそれぞれニーズがある。正しい方法を選ぶには、コストやスピードだけではありません。ここでは、賢い選択の方法を紹介する。
決める前にすべき質問
自分自身に問いかけてみてほしい：
- 部品はいくつ必要ですか？
- どのような素材を使うべきでしょうか？
- 厳しい公差が必要ですか？
- 部品は応力や摩耗に直面しますか？
- ジオメトリーの複雑さは？
- リードタイムと予算は？
メソッドをプロジェクトの目標に合わせる
もし、あなたの目的が迅速なデザインテストや複雑な形状であれば、3Dプリントをお勧めします。理想的です：
- プロトタイピング
- ワンオフ部品
- 軽量または中空構造
生産レベルの強度、高い仕上がり、正確なフィット感をお求めの場合は、CNC加工をお選びください。次のような場合に最適です：
- 最終用途部品
- 機能部品
- 大量生産
結論
3DプリントとCNCマシニングには、それぞれ強みがある。3Dプリンティングは高速で柔軟性があり、複雑で少量の部品に最適です。CNCマシニングは、精密さ、強度、そして生産用のより良い仕上げを提供します。正しい方法の選択は、材料、数量、デザイン、性能の目標によって異なります。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
