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。
金属成分は、酸素、水分、高温、機械的摩耗への暴露により、時間とともに加齢と変色する傾向があります。研磨は、腐食開始部位を最小限に抑え、表面汚染を防ぐ鏡の滑らかな表面を作成します。結果として得られる仕上げは、装飾的な魅力を高め、光学反射器などの機能的使用に高い反射率を提供します。さらに、表面の不規則性を除去することにより、研磨はストレス濃縮器として作用するマイクロノッチを排除し、それによって疲労寿命を改善します。
CNC 加工は、コンピュータ制御のツールを使用してさまざまな材料から精密部品を作成する多用途の製造プロセスです。これらの材料はCNC加工の基礎を構成し、加工結果に直接影響を与えます。したがって、多様な CNC 加工材料を認識し、特定の用途に適切な材料を見極める能力を身に付けることが重要です。
設計は、CNC 加工において極めて重要な役割を果たし、製造プロセス全体の基礎を築きます。知られているように、CNC 加工ではコンピューター制御の機械を使用して、ワークピースから材料を正確に除去します。このプロセスは汎用性が高く、再現性があり、正確です。さらに、発泡体やプラスチックから木材や金属に至るまで、幅広い材料と互換性があります。 これらの機能を実現するには、CNC 加工の設計に大きく依存します。効果的な設計により、部品の品質が保証されるだけでなく、CNC 機械加工部品に関連する製造コストと時間が節約されます。 このガイドでは、設計上の制限について説明し、CNC 加工で発生する最も一般的な機能に対する実用的な設計ルールと推奨値を提供します。これらのガイドラインは、部品に対して最良の結果を達成するのに役立ちます。 CNC 加工の設計制限 CNC 加工用の部品を適切に設計するには、まずプロセスに固有のさまざまな設計上の制約を明確に理解する必要があります。これらの制限は、切断プロセスの仕組みから自然に発生し、主に次の側面に関係します。 工具形状 ほとんどの CNC 加工切削工具は円筒形であり、切削長には制限があります。ワークピースから材料を除去する際、これらの切削工具はその形状を部品に転写します。これは、切削工具がどれほど小さくても、CNC 部品の内側のコーナーには常に半径があることを意味します。さらに、工具の長さにより、加工できる最大深さが制限されます。一般に工具が長いと剛性が低下し、振動や変形が発生する可能性があります。 ツールアクセス 材料を除去するには、切削工具がワークピースに直接近づく必要があります。切削工具が届かない表面や形状は CNC 加工できません。たとえば、複雑な内部構造、特に部品内に別のフィーチャーによってブロックされている複数の角度やフィーチャーがある場合、または深さ対幅の比率が大きい場合、ツールが特定の領域に到達することが困難になる場合があります。 5 軸 CNC マシンは、ワークピースを回転させたり傾けたりすることで、これらの工具アクセス制限の一部を緩和できますが、すべての制限、特に工具の振動などの問題を完全に排除することはできません。 工具の剛性 ワークピースと同様に、切削工具も加工中に変形したり振動したりする可能性があります。その結果、製造プロセス中に公差が緩くなり、表面粗さが増大し、さらには工具が破損する可能性があります。この問題は、工具の直径に対する長さの比率が増加する場合、または高硬度の材料を切削する場合にさらに顕著になります。 ワークの剛性 機械加工プロセス中に大量の熱が発生し、強い切削力がかかるため、剛性の低い材料 (特定のプラスチックや軟質金属など) や薄肉構造は機械加工中に変形しやすくなります。 ワークホールディング 部品の形状によって、CNC マシン上での部品の保持方法と必要なセットアップの数が決まります。複雑なワークピースや不規則な形状のワークピースはクランプが難しく、特別な治具が必要になる場合があり、コストと加工時間が長くなる可能性があります。さらに、手動でワークホールドの位置を変更する場合、小さいながらも無視できない位置誤差が発生するリスクがあります。 CNC 機械加工設計ガイドライン 次に、これらの制限を実用的な設計ルールに変換します。 CNC 加工の世界には、広く受け入れられている標準はありません。これは主に、業界と使用される機械が常に進化しているためです。しかし、長期にわたる処理の実践により、十分な経験とデータが蓄積されています。次のガイドラインは、CNC 機械加工部品の最も一般的な機能の推奨値と実現可能な値をまとめたものです。 内部エッジ 推奨される垂直コーナー半径: キャビティ深さの 1/3 倍 (またはそれ以上) 一般に、鋭利な内側の角は避けることをお勧めします。ほとんどの CNC ツールは円筒形であるため、鋭い内角を実現することが困難です。推奨される内側コーナー半径を使用すると、工具が円形のパスをたどることができるため、応力集中点や加工痕が減少し、結果として表面仕上げが向上します。これにより、適切なサイズの工具が使用され、大きすぎたり小さすぎたりすることがなくなり、加工精度と効率が維持されます。鋭角な 90 度の角度の場合は、コーナー半径を小さくするのではなく、T スロット カッターまたはワイヤ切断を使用することをお勧めします。 推奨床半径: 0.5 […]
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