3D印刷とCNC加工：あなたの役割を作るための最良の方法は何ですか？

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。

3D印刷とは何ですか？

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。

• FDM（融合堆積モデリング）：Works by heating a thermoplastic filament, extruding it through a nozzle, and depositing it layer by layer. FDM is affordable, easy to use, and accessible for users of all skill levels. It supports large prints with the right machine setup and is suitable for architectural models, industrial design, and large-scale prototypes. However, it does not handle overhangs and fine details well and often requires support structures. FDM parts may have visible layer lines and weaker adhesion along the Z-axis, making them prone to delamination under stress.
• SLA（ステレオリソグラフィー）： Uses ultraviolet light to cure successive layers of liquid photopolymer resin. SLA prints have fewer visible layer lines compared to FDM and can produce ultra-smooth surfaces with fine details, making them popular for jewelry, dental models, and intricate prototypes.
• DLP（デジタル光処理）：Another resin-based 3D printing method, but instead of a laser, it uses a digital projector to cure an entire layer of resin at once. This makes DLP faster than SLA. DLP parts have sharp edges and crisp details and can be used in similar applications as SLA. However, they may sometimes show visible pixelation and typically have a smaller build area.
• SLS（選択的レーザー焼結）：Uses a high-powered laser to sinter powdered materials, such as nylon and TPU, layer by layer. The unsintered powder acts as support, enabling interlocking, overhanging and other complex designs that are difficult to produce with other methods. SLS parts have good mechanical strength but tend to have a slightly grainy texture.
• DMLS（直接金属レーザー焼結）： An extension of SLS, specifically designed for processing metal powders. It partially melts powder particles to fuse them together at a molecular level, resulting in slightly porous parts that may require post-processing, such as hot isostatic pressing, to achieve full density. Unlike SLS, DMLS needs support structures—which must be manually removed after printing—to counteract thermal stress and warping during the process.
• SLM（選択レーザー融解）：Also uses a high-power laser to produce metal parts, but unlike SLS, SLM fully melts the metal powder, creating 100% dense parts with superior mechanical strength, hardness, and durability, even comparable to cast or forged metal components. It works best with pure metals and select alloys. SLM generates higher thermal stress which can lead to warping and cracking. Stronger support structures are required to reduce these stresses.

CNC加工とは何ですか？

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。

• CNCミリング: A versatile machining process that uses rotating multi-point cutting tools to remove material from a workpiece. It can create flat surfaces, holes, angled cuts, and cavities with high precision. This process is widely used to manufacture engine components, molds, and structural parts in industries such as aerospace, automotive, and electronics.
• CNCターニング: Uses a single-point cutting tool to remove material from a rotational workpiece for creating cylindrical or conical shapes. It is highly effective in producing symmetrical parts like shafts, bolts, and bushings. This method is commonly applied in the production of automotive components, hydraulic fittings, and precision mechanical parts.
• WEDM（ワイヤー電気放電加工）: A non-contact process that uses a thin, electrically charged wire to cut through conductive materials with extreme precision. It can shape hard materials, intricate geometries and fine details with minimal mechanical stress. WEDM is widely used in tool making, aerospace components, and medical device manufacturing.

3D印刷とCNC加工をいつ選択するか

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。

クイックリファレンステーブル

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。

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加工：どの素材を使用する予定ですか？

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：

• 金属： アルミニウム, ステンレス鋼, Titanium, Brass
• プラスチック： 腹筋, Nylon, Polycarbonate, PEEK

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：

• プラスチック： Nylon, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU
• 金属： Aluminum, Stainless steel, Titanium, Inconel

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。

3D印刷とCNC加工：複雑な部品に適した方はどれですか？

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印刷またはCNC加工は、より良い次元の精度を提供しますか？

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。

表面仕上げは、3D印刷とCNC加工の間でどのように比較されますか？

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。

あなたはいくつの部品を製造しており、コストは主な関心事ですか？

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：

• 少量の部品（1〜10ユニット）を生産している場合、セットアップ要件が最小限に抑えられているため、3D印刷が最良の選択肢です。
• 中容量（10〜100ユニット）を扱う場合、3Dプリントは依然として良い選択ですが、CNC加工を検討することもできます。
• ボリュームが増加すると（100〜1000ユニット）、償却されたセットアップコストのためにCNCの機械加工がより効率的になり、射出成形も特定のデザインのオプションになる可能性があります。
• 非常に大きなボリューム（1000ユニット以上）の場合、射出成形は通常、3DプリントやCNCを使用するのではなく、プラスチック部品に最適な選択肢になります。

金属部品の場合、状況はまったく異なります：

• 低から中容量（1〜100ユニット）を生産する場合、金属3Dプリントは非常に高価な場合があるため、CNC加工が好まれることがよくあります。
• より多くのボリューム（100〜1000ユニット）の場合、CNCの機械加工は最も一般的な方法ですが、投資キャスティングもオプションになる可能性があります
• 大量（1000ユニット以上）の場合、投資またはダイキャスティングが通常最良の選択です。

3DプリントとCNCの機械加工を選択するためのシカゴの最も重要なヒント

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：

• CNC加工を選択します if you're producing parts in medium to high quantities with relatively simple geometries.
• CNC加工を選択します if precision and durability are key, especially for applications requiring long-term reliability, such as aerospace and medical components.
• 3D印刷を選択してください for lower quantities of parts or rapid prototypes, particularly if your designs have complex geometries.
• When dealing with metal parts, CNC加工can be price-competitive even for low quantities, but geometry limitations still apply.

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。