3DプリンティングとCNC加工は、最も人気のある2つの製造プロセスです。どちらの方法も、プロトタイプの迅速な生産を可能にするためにデジタル制御システムに依存しており、正確でカスタマイズされた最終用途パーツの作成に適しています。
ただし、ほとんどすべての点で異なります。固体部品の生産に関しては、直接的な競合他社でさえあります。最大の違いは、1つの方法がレイヤーごとに部品層を構築するのに対し、もう1つの方法は材料を削除することで機能することです。 CNCの機械加工と3Dプリントを製品用に選択する岐路に立っていることに気づいた場合は、詳細を確認してください。
添加剤の製造とも呼ばれる3D印刷は、層ごとに材料を追加することにより、デジタルモデルから3次元オブジェクトを作成するプロセスです。このプロセスは、3Dスキャナーから取得したCAD(コンピューター支援設計)ソフトウェアを使用して、またはオンラインリポジトリからダウンロードしたデジタルモデルから始まります。次に、モデルはスライシングソフトウェアにインポートされ、プリンターの青写真として機能する多数の2次元断面層に分割されます。スライスソフトウェアは、これらのレイヤーを3Dプリンターが理解できる一連の指示(多くの場合Gコードで)に変換します。さらに、モデルに張り出した部品が含まれている場合、ソフトウェアは適切な印刷を確保するためにサポート構造を生成する場合があります。最後に、プリンターはこれらの命令に従い、材料層を層ごとに堆積させ、それぞれの新しい層をその下の層に結合し、完全なオブジェクトを徐々に構築します。
3D印刷システムは、1980年代後半にChuck Hullが最初の3D印刷技術であるステレオリソグラフィ(SLA)を発明したときに市場に参入し始めました。新しい材料と技術の進歩に関する継続的な研究により、より多くの3D印刷技術が登場しています。今日の一般的なタイプは次のとおりです。
3Dプリンティングは最先端の添加剤製造プロセスですが、CNC加工(コンピューター数値制御マシニング)は、より伝統的で減算的な製造技術を表しています。 1950年代にNCの初期(数値制御)システムから出現したCNC加工により、デジタル自動化により進化し、業界全体で高精度の製造が可能になりました。
CNCパーツを取得するには、CADソフトウェアを使用してデジタルモデルを作成することから始めます。このモデルは、CAMプログラミングを介してマシン読み取り可能なGコードに変換され、正確な動き、速度、および操作を指定します。その後、ワークピースはCNCマシンに安全に取り付けられ、適切な切削工具が選択され、インストールされます。 CNCマシンはGコードに従います。粗い機械加工から始めて、余分な材料を除去し、最終的な寸法と表面仕上げを達成するために細かい機械加工に進みます。
製造業で広く使用されているCNC加工には、いくつかの一般的なタイプがあります。
どちらのテクノロジーも独自の利点を提供します。CNC加工は高精度と材料の汎用性をもたらしますが、複雑なジオメトリと迅速なプロトタイピングを作成するには3Dプリントが好まれます。それらの選択は、材料要件、設計の複雑さ、生産速度、予算の考慮など、さまざまな要因に依存します。
以下のクイックチェック表は、どのプロセスがニーズに最適なプロセスに最適なプロセスを判断するか、両方の組み合わせが最適な結果を生み出す可能性があるかどうかを判断するのに役立つ簡単な比較を示します。
要因 | 3D印刷 | CNC加工 |
材料の選択 | ▪ Limited but expending options ▪ Flexible materials and superalloy | ▪ Wide range , including metals, plastics, wood, and composites |
デザインの複雑さ | ▪ Can achieve highly complex geometries, including lattice structures and organic shapes | ▪ Can produce parts with relatively complex features, such as threaded holes, sharp edges, and curves ▪ Limited by tool accessibility, tool path and type, axis-defined minimum radii, and the need for repositioning during the process |
精度 | ▪ Moderate precision, typically ±0.1 mm, though high-end printers can achieve tighter tolerances | ▪ High precision, often ±0.005 mm or better, depending on material and machine ▪ Excellent repeatability |
表面仕上げ | ▪ Requires post-processing (e.g. sanding, painting) for a smooth finish ▪ Some 3D printing processes produce surfaces that are grained, rough, and stepped, or features that may appear blurred | ▪ Smooth finish with little to no post-processing (typical 125 Ra finish as machined) |
大部分のパーツサイズ | ▪ Up to 914 x 610 x 914 mm (e.g. FDM) ▪ Ideal for smaller prototypes or assemblies | ▪ Up to 2000 x 800 x1000 mm ▪ Suitable for industrial housings and large-scale prototypes |
強さ | ▪ In FDM, layer adhesion and print orientation reduce the strength of parts ▪ Metal 3D printed parts in SLM and DMLS offer strength comparable to or even better than traditionally machined parts, especially when heat-treated or made with specific alloys | ▪ The internal structure of parts is continuous, and their strength usually remains at 100% of the native material ▪ Some high-strength alloys may be impossible or difficult to process with extreme precision |
設定 | ▪ Minimal setup, require only a digital file and slicer software | ▪ Need workpiece fixation, tool selection, and machine calibration ▪ G-code programming,toolpath generation, and potential part repositioning |
ビルドの速度 | ▪ Low setup time, but build time can take hours ▪ Quicker for small batches and complex designs ▪ Ideal for design validation, rapid prototyping, and test fits | ▪ Can take ages to set up and program, but cutting can be very fast ▪ Fast for bulk production |
料金 | ▪ Cost-effective for small series or custom one-offs ▪ Slight variations in your product’s size can significantly increase your 3D printing manufacturing costs | ▪ More economical for high-volume production ▪ More material waste |
次に、次の一連の質問をすることにより、プロジェクトのCNC加工、3D印刷、またはその両方を選択する必要があるかどうかを判断できます。
3D印刷とCNCの機械加工は、両方とも金属とプラスチックで動作します。 CNC加工には、より広い材料の適応性があります。プラスチックはますます人気が高まっていますが、主に金属から部品を生産するために使用されます。また、CNCプロセスを使用して、森、複合材料、泡、ワックスから部品を製造することもできます。
最も一般的なCNC材料:
3Dプリンティングは、主に熱可塑性物質、樹脂、およびいくつかの金属粉末で動作します。ただし、3Dプリントされた金属部品は安価にラインから外れていませんが、これは変化しています。
一般的な3D印刷材料:
TPUやシリコンなどの非常に柔らかく柔軟な材料が切断力の下で変形し、正確な機械加工が困難になることは注目に値します。同様に、一部の超合金は、高強度、作業硬化、耐熱性のために機械に挑戦しています。これらの材料の場合、3D印刷がより良い選択かもしれません。
5軸以上の高度なマシンは非常に複雑な幾何学を処理できますが、ツールは部品のすべての表面にアクセスできないため、隠された機能やアンダーカットを作成することは依然として困難です(または不可能です)。切削工具自体のジオメトリは、完全に四角い角を機械加工する能力も制限します。さらに、カスタムフィクスチャーまたはジグが要求されることがよくありますが、これは大きな制限になる可能性があります。
3Dプリンターは、CNC加工におけるこれらのジオメトリの課題を排除します。比較的簡単に非常に複雑なジオメトリを生成できます。 SLMなどのプロセスにはサポート構造が必要になる場合がありますが、追加の後処理では、3Dプリントが提供する膨大な設計の自由と複雑さが減少しません。
3D印刷は、一般に、材料の収縮や印刷プロセスの解像度の制限などの要因により、CNC加工よりも正確ではありません。たとえば、SLAのような正確な3D印刷技術は、通常、標準条件下で約±0.1mmの公差を達成します。対照的に、精密CNCマシンは、±0.025mm(0.001インチ)またはさらに優れた耐性を保持することができます。
再現性に関しては、3D印刷(SLAやDLPなどの高精度方法でさえ、CNC加工に遅れをとっています。 CNCマシンは、剛性のある機械セットアップ、正確な制御システム、および減算プロセスの均一性により、優れた一貫性を提供します。対照的に、3D印刷は、材料の収縮、層の接着、環境要因によって引き起こされる変動の影響を受けやすいです。
SLAのような3Dプリンターは、細かく、滑らかでテクスチャのあるレイヤーを備えた部品を生成できますが、適切なツールを備えたCNC加工は、さらに滑らかな表面を実現できます。
どちらの方法も、さまざまなサーフェス仕上げオプションでさらに強化することができ、部品の機能的および美容品質を改善します。たとえば、CNCの機械加工部品は、陽極酸化、パウダーコーティング、ビーズ爆発、およびパッシブ化することができます。同様に、3D印刷部品の表面仕上げオプションには、プレート、ビーズブラスト、研磨、および熱処理が製品を強化することが含まれます。
典型的なジオメトリ(CNCで比較的簡単に達成できる部品)の場合、選択は材料と部品の量の両方に依存します。
プラスチック部品の場合:
金属部品の場合、状況はまったく異なります:
カスタムパーツに適した製造技術を選択することは、克服できない課題のように思えるかもしれませんが、そうする必要はありません。チグゴのお客様にいつもお客様に伝えているように、完璧な、ワンサイズにぴったりの製造方法はありません。最良の選択は、さまざまな要因に依存します。あなたの決定を導くために、私たちはいくつかの基本的な経験則をまとめました:
自分の最適な製造方法についてまだ不確かな場合は、エンジニアに連絡し、デザインをアップロードしてください。 Chiggoは、 cnc machining および中国の3D印刷サービスの大手プロバイダーであり、経験豊富なチームがお手伝いします。
ステンレス鋼は、多くの種類の鋼のうちの 1 つにすぎません。強度と靱性を備えているだけでなく、耐食性、機械加工性、溶接性にも優れています。耐久性とコストパフォーマンスを兼ね備えた理想的なCNC加工材とされています。
金属の強度は、特定の用途に対する金属の適合性を判断する上で最も重要な機械的特性の 1 つです。これは、金属が変形したり破損したりすることなく、外部からの荷重や力にどれだけ耐えられるかを示します。高強度の金属は、構造物を支え、過酷な条件に耐えるため、建設、機械、航空宇宙において非常に貴重です。
パイプスレッドとは何ですか? パイプスレッドはネジですスレッドパイプとフィッティングを結合するために特別に設計されています。パイプをねじ込み、液体またはガスの緊密な耐圧シールを形成します。パイプスレッドには2つの基本的なタイプがあります。 テーパースレッド直径が徐々に減少し、コーンのような形状が作成されます。 パラレル(ストレート)スレッド長さに沿って一定の直径を維持します。 テーパーパイプスレッドは、漏れた接合部を達成するために特に重要です。オスとメスのテーパーの糸が締められると、それらは互いにくびれて、圧縮フィットを形成します。このテーパーウェッジは、シールと強力な機械的ホールドを作成します。ただし、適切にマシンされた金属スレッドでさえ小さなギャップがあるため、シーラント(配管工のPTFEテープやパイプドープなど)が糸に適用され、ボイドを埋め、完全に漏れない接続を確保します。 一方、パラレル(ストレート)パイプスレッドは、それ自体でシールを提供しません。彼らはくさびずにねじ込みます。通常、ストレートスレッドは、漏れを防ぐために、フランジのフラットワッシャー、Oリング、またはガスケットで密閉されています。どちらのタイプのスレッドも一般的ですが、選択はアプリケーションのシーリングニーズに依存します。たとえば、庭のホースは、ゴム製の洗濯機を備えたストレートスレッドを使用してシールしますが、スチールの配管パイプはテープでテーパー糸を使用します。 タップドリルチャートとは何ですか? タップドリルチャートは、スレッドをタップする前に使用するドリルビットを示すテーブルです。穴が大きすぎると穴を開けると、糸が浅く漏れやすくなります。ドリルが小さすぎると、タップが過度に深い糸を切るときにバインドしたり壊れたりすることさえあります。チャートに従うことで、通常は約75%である最適なスレッドエンゲージメントが得られます。これは、強度とタッピングのバランスをとります。言い換えれば、完全な糸の高さの約4分の3が形成され、タッピング中に過度のトルクなしで強力なホールドを生成します。次のセクションでは、北米の最も一般的なパイプスレッド標準NPTに焦点を当て、NPTパイプタップの包括的なタップドリルチャートを提供します。 NPT(National Pipe Taper)スレッドの理解 NPTは、ナショナルパイプテーパースレッドの略です。これは、配管、エアホース、燃料ライン、その他多くのアプリケーションのために米国およびカナダで使用される標準的なテーパーパイプスレッドです。パイプの周りにPTFE(Teflon)テープを巻き付けたり、フィッティングをラップしたことがある場合は、NPTスレッドを使用した可能性があります。これらのスレッドは1:16の比率でテーパーします。つまり、長さ16インチ(1フィートあたり約0.75インチ)ごとに直径が1インチ増加します。これは、パイプの中心線に比べて1.79°の半角に対応します。それはわずかに見えるかもしれませんが、男性のnptフィッティングが女性のポートにねじ込まれているため、スレッドがくすくると、さらに密集して干渉のフィット感が生じることを保証するのに十分です。 NPTは、標準の米国のネジと同じ60°スレッドプロファイルを使用しますが、強度を高めるために平らな紋章と根を備えています。インチあたりのスレッド(TPI)、ピッチの直径の制限、スレッドエンゲージメントの長さを含むすべての重要な寸法と公差は、ANSI/ASME B1.20.1で定義されています。パイプのサイズは、公称内径(例:½インチまたは¾インチ)で命名されていますが、その数は実際の外径を反映していません。たとえば、¾インチNPTパイプは約1.050インチのODです。さらに、BSPTやNPSなどの標準は名目サイズを共有しているが、異なるピッチまたはスレッドフォームを使用するため、名目サイズ(ODと一致するように)とTPI(スレッドピッチと一致するように)の両方を指定して、正しいタップまたはフィッティングを選択する必要があります。 NPTジオメトリの公式感覚を示すには、½インチNPTスレッドを例として使用します。14TPIと16テーパーに1つあります。スレッドフォームは、中心線から正確に1°47 '24' '(1.7899°)のコーンハーフアングルが付いた平らな60°「V」です。これは、男性と女性の両方のスレッドに等しく適用されます。フィッティングを手渡すと、約3〜4個のスレッド(「L1ゲージの長さ」)が小さなサイズで関与します。レンチを使用すると、「レンチメイク」の別の1.5〜3個のスレッドが追加され、シールが完成されます。 多くの場合、「MIP/FIP」や「MNPT/FNPT」(男性/女性の鉄パイプまたはNPT)などのショップの速記を見ると、外部スレッドと内部スレッドを区別します。関係なく、ANSIは単に外部または内部NPTを呼び出しますが、ニックネームはどちらが現場であるかを迅速に識別します。 NPTスレッドのしくみ 男性と女性の両方の糸が先細になっているため、それらを締めるとくさび効果が生じます。糸の側面は互いに絞り、機械的に強くて非常にタイトなジョイントを形成します。わずか数回転した後、適切に締められたNPTジョイントがぴったりと感じることに気付くでしょう。それがテーパーが仕事をしていることです。ただし、NPTスレッドは、それ自体で完全に漏れているわけではありません。シーラントを使用しないと、糸の間に小さなスパイラルギャップが残り、漏れがあります。そのため、インストーラーはオスの糸をPTFEテープに包むか、アセンブリ前に液体/ペーストシーラントにブラシをかけます。糸を潤滑してマイクロギャップを埋め、ガスまたは水密シールを確保します。燃料ガスまたは油圧システムでは、細断されたテープがバルブを詰まらせることができますが、技術者はしばしばペーストシーラントを好みます。 NPTスレッドのアプリケーション NPTスレッドは、日常的および産業用設定のいたるところにあります。住宅水とガス配管は、信頼できる漏れ抵抗のためにNPT継手に依存しています。空気圧ツールとエアコンプレッサーは、ホース、バルブ、クイックコネクトカプラーにNPTコネクタを使用します。自動車および重機では、NPT継手はセンサー(油圧送信者など)や流動的なライン(ブレーキまたはクーラントシステム)を提供し、そのシンプルさとさまざまな既製の部品を誇示しています。 ANSIに準拠したタップ、ダイ、フィッティングはすべて同じ仕様に従うため、心配することなくブランドを混ぜることができます。この普遍的な互換性により、NPTは北米の頼りになるパイプスレッドになりました。 NPTタップドリルチャート 穴に内部NPTスレッドを作成する場合(たとえば、NPTプラグ用のタンクのパイプフィッティングまたは穴をタップする場合)、最初に適切なサイズの穴をドリルする必要があります。 NPTスレッドはテーパーになっているため、掘削された穴は通常、タップの最大の直径よりも少し小さく、タップがテーパーを進むにつれてテーパーをカットできるようにします。以下は、一般的なパイプサイズの包括的なNPTタップドリルチャートです: 公称パイプサイズ(in。)インチあたりのスレッド(TPI)ドリルをタップする(in。)タップドリル(mm)スレッドエンゲージメント(%)1/16270.2426.15〜75%1/8270.3328.43〜75%1/4180.4375(7/16インチ)11.11〜75%3/8180.5625(9/16インチ)14.29〜75%1/2140.7031(45/64インチ)17.86〜75%3/4140.9063(29/32インチ)23.02〜75%111½1.1406(1-9/64インチ)28.97〜75%1¼11½1.4844(1-31/64インチ)37.70〜75%1½11½1.7188(1-23/32インチ)43.66〜75%211½2.2188(2-7/32インチ)56.36〜75%2½82.6250(2-5/8インチ)66.67〜75%383.2500(3-1/4インチ)82.55〜75%3½83.7500(3-3/4インチ)95.25〜75%484.2500(4-1/4インチ)107.95〜75% 注記: 上記のタップドリルサイズは、リーミングせずに直接タッピングを想定しています。スレッドエンゲージメント(%)は、達成された完全なスレッドの深さの割合を示します。たとえば、パイプスレッドでは75%が典型的であり、ジョイント強度のバランス、タッピングトルクです。括弧内のドリルサイズは、標準的な文字またはフラクションのビットまたはリーマーサイズです(たとえば、1/8-27 NPTは、文字Qドリル、0.332インチを使用します)。 パイプタップはテーパーになっているため、正しいスレッドテーパーを形成するのに十分な深さをタップする必要があります。メーカーは、多くの場合、必要な数のエンゲージスレッドを指定するか、NPTプラグゲージで確認することができます。定期的に戻ってチップをクリアし、金属をタップするときに切断液を使用します。パイプタップは、大きな直径とテーパーのためにかなりの量の材料を除去します。 テーパーリーマーが利用可能な場合は、タップする前に1:16テーパーリーマーで掘削された穴を最初に繰り返すことができます。これにより、タッピングトルクが減少し、穴の端でスレッドエンゲージメントがわずかに増加する可能性があります。ただし、ほとんどのフィールドアプリケーションとDIYアプリケーションは、上記のストレートドリルアンドタップ方法を使用しており、十分にタイトなジョイントを提供します。 NPTを他のスレッドタイプと比較します NPTF(ナショナルパイプテーパー燃料) これは、ドライシールテーパーパイプスレッドで、しばしばDryseal NPTまたはパイプスレッド燃料と呼ばれます。標準NPTと同じテーパー(1:16)とスレッドピッチ、および60°のスレッド角もあります。重要な違いは、スレッドの頂上とルートの設計です。NPTFスレッドは、頂上と根でクリアランスがゼロであるため、シーラントなしで金属間をシールする干渉適合が生成されます。これにより、NPTFは超漏れに敏感なアプリケーションに理想的になります。ここでは、小さな漏れやシーラントの汚染でさえも受け入れられません。 NPTFとNPTは次元を共有し、物理的に合わせますが、NPTFの男性と女性のみが乾燥シールを生成します。 NPTFはANSI/ASME B1.20.3で定義され、標準NPTはB1.20.1を使用します。 典型的な用途:高圧油圧システム;燃料システム;その他の流体電力アプリケーション(たとえば、ブレーキシステムコンポーネントや燃料網装備)。 NPS(全国パイプストレート) このスレッド標準は、対応するNPTサイズと同じスレッド角、形状、ピッチを持っていますが、先細ではなくまっすぐ(平行)です。 NPSスレッドは同じサイズとTPIのNPTフィッティングにねじ込まれますが、テーパーの欠如はくさびシールを防ぎ、漏れる可能性があります。 NPSスレッドは、機械的接続に使用されます。または、SEALINGがOリングやガスケットなどの別の要素によって提供されます。 典型的な用途:電気導管糸(しばしばNPSMと呼ばれる)、火災ホースのカップリングまたは大口径の水パイプユニオン、ガスランタンまたは古いスタイルの配管組合がシール洗濯機またはガスケットがシールを作成します。 BSPスレッド(BSPT&BSPP - 英国の標準パイプ) このパイプスレッドシステムは、英国、ヨーロッパ、アジア、および北米以外の多くの地域で一般的に使用されています。 BSPT(英国の標準パイプテーパー)とBSPP(英国標準パイプパラレル)の2つの基準があります。 BSPTは、NPTと同様の概念で囲まれたくさびで圧力標識ジョイントを形成することを目的としたテーパースレッドですが、NPTの60°の平らなプロファイルの代わりに、丸い紋章と根を備えた55°の糸角(ホイットワース形式)を使用します。公称サイズあたりのスレッドピッチもNPTとは異なるため、BSPTとNPTフィッティングは互換性がなく、適切にシールしたり、1ターンもターンしたりすることはありません。 BSPPスレッドはストレート(パラレル)であり、独自にシールしません。彼らは、ポートフェイスで結合洗濯機またはOリングに依存しています(たとえば、バルブやシリンダーの「G」スレッドは、肩の下にOリングを使用します)。 BSP標準は、ISO 7-1(テーパーパイプスレッド)とISO 228-1(平行パイプスレッド)で定義されます。実際には、「BSP」または「Gスレッド」というラベルの付いたフィッティングには、NPTと結合するためにBSPスレッドパーツまたはアダプターを一致させる必要があります。 […]
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