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。
産業用途では、金属の選択は、強度、硬度、密度などの機械的特性だけでなく、熱特性にも影響されます。考慮すべき最も重要な熱特性の1つは、金属の融点です。 たとえば、炉のコンポーネント、ジェットエンジン燃料ノズル、排気システムは、金属が溶けた場合に壊滅的に失敗する可能性があります。結果として、オリフィスの詰まりやエンジンの故障が発生する可能性があります。融点は、製錬、溶接、鋳造などの製造プロセスでも重要です。ここでは、金属が液体の形である必要があります。これには、溶融金属の極端な熱に耐えるように設計されたツールが必要です。金属は、融点以下の温度でクリープ誘発性の骨折に苦しむ可能性がありますが、デザイナーはしばしば合金を選択するときにベンチマークとして融点を使用します。 金属の融点は何ですか? 融点は、固体が大気圧下で液体に移行し始める最も低い温度です。この温度では、固形相と液相の両方が平衡状態で共存します。融点に達すると、金属が完全に溶けるまで追加の熱は温度を上げません。これは、相変化中に供給される熱が融合の潜熱を克服するために使用されるためです。 異なる金属には、融点が異なり、原子構造と結合強度によって決定されます。しっかりと詰め込まれた原子配置を備えた金属は、一般に融点が高くなります。たとえば、タングステンは、3422°Cで最高の1つです。金属結合の強度は、原子間の引力を克服し、金属を溶かすために必要なエネルギーの量に影響します。たとえば、プラチナや金などの金属は、結合力が弱いため、鉄やタングステンなどの遷移金属と比較して融点が比較的低いです。 金属の融点を変更する方法は? 金属の融点は、通常の条件では一般に安定しています。ただし、特定の要因は特定の状況下でそれを変更できます。 1つの一般的な方法はです合金 - 純粋な金属に他の要素を加えて、異なる融解範囲の新しい材料を形成します。たとえば、スズを銅と混合して青銅を生成すると、純粋な銅と比較して全体的な融点が低下します。 不純物また、顕著な効果を持つこともできます。微量の外部要素でさえ、物質に応じてより高くまたは低い融解温度を崩壊させ、融解温度をシフトする可能性があります。 物理的な形問題も同様です。ナノ粒子、薄膜、または粉末の形の金属は、表面積が高く原子挙動の変化により、バルクの対応物よりも低い温度で溶けます。 ついに、極度の圧力原子がどのように相互作用するかを変えることができ、通常、原子構造を圧縮することで融点を上げます。これは日常のアプリケーションではめったに懸念事項ではありませんが、航空宇宙、深海掘削、高圧物理学研究などの高ストレス環境の材料選択と安全性評価における重要な考慮事項になります。 金属および合金の融点チャート 一般的な金属と合金の融点 金属/合金融点(°C)融点(°F)アルミニウム6601220真鍮(Cu-Zn合金)〜930(構成依存)〜1710ブロンズ(Cu-SN合金)〜913〜1675炭素鋼1425–15402600–2800鋳鉄〜1204〜2200銅10841983年金10641947年鉄15382800鉛328622ニッケル14532647銀9611762ステンレス鋼1375–1530(グレード依存)2500–2785錫232450チタン16703038タングステン〜3400〜6150亜鉛420787 金属融点の完全なリスト(高さから低い) 金属/合金融点(°C)融点(°F)タングステン(w)34006150Rhenium(re)31865767オスミウム(OS)30255477タンタル(TA)29805400モリブデン(MO)26204750ニオビウム(NB)24704473イリジウム(IR)24464435ルテニウム(ru)23344233クロム(CR)1860年3380バナジウム(V)1910年3470ロジウム(RH)1965年3569チタン(TI)16703040コバルト(co)14952723ニッケル(NI)14532647パラジウム(PD)15552831プラチナ(PT)17703220トリウム(TH)17503180ハステロイ(合金)1320–13502410–2460インコルエル(合金)1390–14252540–2600インコロイ(合金)1390–14252540–2600炭素鋼1371–15402500–2800錬鉄1482–15932700–2900ステンレス鋼〜1510〜2750モネル(合金)1300–13502370–2460ベリリウム(be)12852345マンガン(MN)12442271ウラン(u)11322070カプロニッケル1170–12402138–2264延性鉄〜1149〜2100鋳鉄1127–12042060–2200ゴールド(au)10641945年銅(cu)10841983年シルバー(AG)9611761赤い真鍮990–10251810–1880ブロンズ〜913〜1675黄色の真鍮905–9321660–1710海軍本部の真鍮900–9401650–1720コインシルバー8791614スターリングシルバー8931640マンガンブロンズ865–8901590–1630ベリリウム銅865–9551587–1750アルミブロンズ600–6551190–1215アルミニウム(純粋)6601220マグネシウム(mg)6501200プルトニウム(PU)〜640〜1184アンチモン(SB)6301166マグネシウム合金349–649660–1200亜鉛(ZN)420787カドミウム(CD)321610ビスマス(bi)272521バビット(合金)〜249〜480スズ(sn)232450はんだ(PB-SN合金)〜215〜419セレン(SE)*217423インジウム(in)157315ナトリウム(NA)98208カリウム(K)63145ガリウム(GA)〜30〜86セシウム(CS)〜28〜83水銀(HG)-39-38 重要なテイクアウト: タングステン、レニウム、タンタルなどの高融点金属は、極端な熱アプリケーションに不可欠です。これらの金属は、過酷な炉と航空宇宙環境に構造的完全性を保持しています。モリブデンも融解に抵抗し、高温炉の建設に非常に価値があります。 鉄、銅、鋼などの中溶融点金属は、管理可能な融解温度と良好な機械的または電気的特性を組み合わせて、建設、工具、電気システムに汎用性があります。 ガリウム、セシウム、水銀、ブリキ、鉛などの低融点金属は、はんだ、温度計、低融合合金などの特殊な用途にとって価値があります。
精密加工は、最先端のCNCマシンを使用して、非常に緊密な寸法許容範囲と優れた表面仕上げを備えたコンポーネントを生成する重要な製造プロセスです。これらの部品は、形状だけでなく、信頼できる機能、正確なフィット感、再現性のためにも設計されています。
プラスチック製造は、現代の世界を形作り、生のポリマーを使い捨てパッケージから精密航空宇宙コンポーネントに至るまであらゆるものに変換します。ただし、すべてのプラスチックが平等に作成されるわけではありません。コモディティとエンジニアリングプラスチックは、2つの一般的なタイプの熱可塑性科学物質であり、溶かし、再形成され、繰り返し固化することができます。コモディティプラスチックは、費用対効果の高い大量の日常品の生産用に設計されていますが、エンジニアリングプラスチックは、要求の厳しいアプリケーションに優れたパフォーマンスを提供します。この記事では、それぞれのユニークな特性、メインタイプ、およびアプリケーションについて説明します。
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