CNC 加工と 3D プリントの違いは何ですか?

2023 年 4 月 3 日

CNC 加工と 3D プリンティングは、どちらもプロトタイプや最終用途の部品を作成するための、迅速かつ多用途でコスト効率の高いテクノロジーです。 ただし、この 2 つを詳しく調べると、小さいながらも重要な違いがたくさんあることがわかります。 特定の部分にどれを使用するかという質問になると、答えは通常「それは状況によります…」で始まります。

CNC 機械加工で部品を作成する場合、プロセスは固体材料 (「ブランク」) から始まり、機械加工プロセスではさまざまな切削工具を使用して、プログラムされたツールパスに従って少しずつ材料を除去し、必要な形状を残します。 CNC 加工は、材料を除去して部品を作成するため、サブトラクティブ プロセスと呼ばれます。

対照的に、3D プリントではパーツをレイヤーごとに構築します。 SLS は微粉末を溶融する高出力レーザーを使用してこれを行いますが、SLA、PµSL、DLP、および PolyJet は光硬化液体樹脂 (フォトポリマー) から部品を構築します。 したがって、3D プリンティングは付加プロセスとして知られています。

サブトラクティブ プロセスは、アディティブ プロセスに比べて材料利用の点で無駄が多いと言われることがあります。 部品の形状によっては、これが当てはまる場合があります。 それにもかかわらず、私たちが関与しているほとんどのプロジェクトでは、材料コストは製造技術を選択する際に考慮すべき多くの要素の 1 つにすぎず、それが決定要因になる可能性は低いです。

部品がプロトタイプであっても、最終用途であっても、設計者は部品の機能要件と動作環境を念頭に置き、どのような材料特性が必要であるかを知ることができます。 多くの場合、機械加工性や印刷性を向上させるために部品の形状をわずかに変更する必要がある場合でも、CNC 加工を使用するか 3D プリンティングを使用するかを決定する際には、材料特性が非常に重要になります。

弊社では、CNC 加工に最も一般的に指定されている材料、つまりアルミニウム合金グレード 6082、ステンレス鋼グレード 304 (A2)、ステンレス鋼グレード 316 (A4)、アセタール (POM、デルリン)、およびアクリル (PMMA) の在庫を豊富に保有しています。 CNC 機械でよく使用される他の金属には、銅、真鍮、リン青銅、軟鋼、工具鋼などがあります。 また、ABS、HDPE、ポリプロピレンから PEEK、PTFE まで、幅広いエンジニアリング プラスチックの機械加工も行っています。

さらに、CNC 加工の多用途性により、モデリングフォーム、MDF、ツーリングボードなど、ほぼすべての固体材料を調達して加工することができます。

3D プリンティングの場合、市場には数百種類の異なる材料がありますが、各 3D プリンティング テクノロジはこれらのサブセットのみとのみ互換性があります。 さらに、機械と材料の組み合わせごとに最適な動作パラメータが常に存在します。 高品質と迅速な納期を維持できるように、当社は経験上、顧客の要件の大部分を満たす材料のポートフォリオを選択しました。 これらの材料を使用して何千もの部品を製造してきた私たちは、その材料を最大限に活用する方法を知っています。

当社ではお客様に対し、部品にどのような特性が必要かを判断し、さまざまな 3D プリンティング技術の長所と短所を念頭に置きながら、どの 3D プリンティング技術が適切な材料から部品を構築するかを検討することをお勧めします。

社内に 5 つのテクノロジーがあり、1 つを除くすべての材料の選択 (SLS マシンでは PA2200 ナイロンのみを使用) により、当社は 3D プリント部品の非常に幅広い材料特性を提供します。 スペクトルの一方の端には強くて硬い材料があり、もう一方の端には柔らかいゴムのような特性を持つ部品があります。

ほぼすべての硬い材料は CNC 加工可能ですが、柔らかいエラストマー材料は加工できないことに注意してください。 これは、3D プリントが CNC 加工よりも優れている分野の 1 つです。 ただし、エラストマー部品には別のオプションがあることを忘れないでください。CNC マシンまたは 3D プリントでマスター パターンを作成し、これを使用して 1 つまたは複数の部品をポリウレタン樹脂の軟質配合物で真空鋳造します。

材料に関する最後の注意点は、等方性が重要かどうかです。 材料特性が 3 つの軸すべてで均一であるか、非常に類似している必要がある場合は、固体からの CNC 加工が SLS や FDM などの 3D プリント技術よりも優れています。 当社が使用する他の 3D プリンティング技術、つまり SLA、DLP、PµSL、PolyJet は、SLS のレーザーで溶融するときに粉末が達成するよりも液体樹脂が強力な層間結合 (Z 軸で) を形成するため、かなり良好な等方性を持っています。

3D プリントの大きな利点の 1 つは、固体からは単純に機械加工できない部品を製造できることです。 たとえば、3D プリンティングでは、3 次元の格子構造、中空の形状、および複雑な内部通路を備えたマニホールドなどの部品を構築できます。

設計者は、滑らかな曲面を持つプロトタイプ部品は 3D プリントする必要があるとよく考えていますが、そうではありません。 CAD、CAM、CNC 加工技術のおかげで、固体から複雑な表面を機械加工できます。 ただし、内面と外面の両方に 3 次元の曲率がある場合は、3D プリントの方が良い選択肢になる可能性があります。 これは、両方の表面を加工する場合、2 番目の表面を加工するために部品を位置決めしてしっかりと保持できるように、固定具を作成する必要がある場合があるためです。 治具の製作により、プロジェクトに時間とコストが追加されます。

留意すべきもう 1 つの点は、単一の部品が 2 つ以上の要素として CNC 加工され、接着または機械的固定によって結合される場合があることです。 このアプローチは、特定の公差を 3D プリントで保持できるよりも厳しくする必要がある場合に役立ちます。

同様に、特定のフィーチャに厳しい公差が必要な場合は、小さな要素として CNC 加工して、3D プリントまたは真空鋳造された部品の本体に固定できます。 あるいは、高精度の PµSL 3D プリント技術を使用して小さなフィーチャを作成し、その後、別の技術を使用して 3D プリントされたより大きな部品に設定することもできます。

部品の形状が CNC 加工と 3D プリンティングのどちらに適しているかお客様が不明な場合でも、当社は両方のタイプの製造技術を社内に保有しているため、公平なアドバイスを提供できます。 さらに、両方の経験があるため、お客様の部品設計について話し合い、形状を少し変更することで CNC 加工または 3D プリントにより適した (そしてより安く/より早く) できる方法を提案できます。 こうした譲歩は、多くの場合、部品の機能や外観を変更することなく行われます。

通常、CNC 加工は 3D プリントよりも正確です。 CNC 機械加工部品の一般公差は ±0.1 mm ですが、3D プリント部品の一般公差は ±0.5 mm です。 ただし、CNC マシンは通常、±0.1 mm よりもはるかに厳しい公差を保持しており、重要な機能について特定の公差が必要な場合は、お客様にご相談ください。

CNC 加工は 3D プリントよりも正確であるだけでなく、部品間の一貫性もはるかに優れており、これは少量のバッチが必要な場合に重要になる可能性があります。

CNC 加工と 3D プリントの両方において、精度は部品の形状と材料にかなりの程度依存します。

3D プリント部品の一般公差は ±0.5 mm ですが、PµSL テクノロジーを使用して作成された部品はこれに対する大きな例外です。 解像度 (最小 10 μm) と薄い層厚 (5 ～ 40 μm) のおかげで、部品の一般公差は ±25 μm と見積もられています。 したがって、PµSL は、非常に細かいディテール、薄肉、鋭いエッジ、非常に滑らかな表面を備えた部品を構築します。

精度について最後に注意すべき点は、形状に応じて部品を 3D プリントし、3D プリントした部品に CNC 機械固有の詳細を機械加工できることです。 これは、顧客が 3D プリントの利点を享受できると同時に、重要な機能について厳しい公差を享受できることを意味します。

CNC 加工と 3D プリントの両方に特急配送サービスを提供しています。 当社のエクスプレス サービスでは、3D プリント部品は翌営業日に発送されますが、CNC 機械加工部品は 3 営業日で発送されます。 これは、3D プリントの方が速いことを示唆していますが、常にそうとは限りません。 納期は部品の形状、必要な数量、仕上げオプションによって異なります。

CNC 機械加工部品の表面は滑らかで、独特の目に見える加工跡があります。ただし、「爪」テストを適用すると、表面が非常に滑らかであることがわかります。 プログラムされたツールパスに応じて、3 次元の曲線または傾斜には、より顕著な加工マークが付くことがあります。 必要に応じて、軽いビードブラストや手仕上げによって外観を改善できます。

PµSL テクノロジーを使用して 3D プリントされた部品は、高解像度と薄い層厚のおかげで、非常に滑らかな表面を備えています。 ただし、SLS、SLA、DLP、および PolyJet パーツは、レイヤー内に組み込まれているため、傾斜面で「階段」効果を示す可能性があります。 必要に応じて、部品に軽くビードブラストをかけたり、手作業で仕上げたりして、表面をより滑らかにすることができます。

場合によっては、特に機能的なプロトタイプの場合、部品を洗浄するだけで十分な場合があります。 大まかに言えば、仕上げオプションの利用可能性は、部品が CNC 加工または 3D プリントで製造されたかどうかよりも、材料に関係します。 一部の仕上げは、両方のタイプの技術 (ウェット ペイントなど) を使用して製造された部品に適用できますが、その他の仕上げはより制限されます。 たとえば、SLS 染色は、SLS を使用して製造された PA2200 ナイロン部品でのみ利用できますが、カラー陽極酸化処理は、CNC 機械加工が必要なアルミニウム合金部品でのみ利用できます。

CNC 加工と 3D プリントはどちらも多用途のテクノロジーです。 そのため、最終用途の部品だけでなく、コンセプト モデル、ビジュアル モデル、機能プロトタイプなど、さまざまなアプリケーションに使用できます。 すべてのプロジェクトは、材料の特性、仕上げ、精度、スピード、コストの観点から考慮する必要があります。 場合によっては、CNC 加工と 3D プリントを組み合わせて、機能的および美的要件をすべて満たす部品を作成することが最善のアプローチとなる場合があります。

CNC 加工が必要な場合でも 3D プリントが必要な場合でも、あるいは部品にどちらが最適かについて話し合いたい場合は、01763 249760 までお電話の上、当社の専門家にご相談ください。