CNC加工とSLS 3Dプリント

今日の製造業は、CNC加工とSLS 3Dプリントを高く評価しており、部品製造の鍵となっています。CNC加工は、その精度と汎用性で知られています。複雑なデザインを実現しながら、超高精度の材料を彫刻します。この切削加工法は、幅広い業界における高品質の金属部品やプラスチック部品の製造に欠かせないものとなっています。

SLS（選択的レーザー焼結法）3Dプリントは、 積層造形物体を層ごとに積み重ねることで、複雑な形状の部品の製造が可能になります。従来の方法では困難、あるいは不可能だった部品の製造を可能にします。CNC加工は大量生産に最適です。耐久性と精度に優れています。一方、SLS 3Dプリントは、試作や部品のカスタマイズにおいて比類のない性能を発揮します。優れた柔軟性と効率性を備えています。これら2つの技術を組み合わせることで、部品加工のための幅広い加工オプションが提供されます。Yonglihao Machineryでは、これら2つのプロセスの違いをご紹介します。

CNC加工とは?

CNC加工（コンピュータ数値制御加工とも呼ばれる）は、切削加工の一種です。コンピュータによって精密に制御された切削工具を用いて、ブランクから材料を削り出すことで、精密部品を製造します。CNC加工は、その信頼性と精度で高い評価を得ています。厳しい公差で微細な部品を製造できるため、試作品の製作だけでなく、大量生産にも適しています。

CNC加工の仕組み

CNC加工には、設計から最終部品に至るまで、いくつかの重要なステップがあります。まず、エンジニアはCAD（コンピュータ支援設計）ツールを使用して、目的の部品の2Dまたは3Dモデルを作成します。次に、CAM（コンピュータ支援製造）ソフトウェアを使用して、CADファイルをGコードと呼ばれる機械命令に変換します。

準備が完了すると、GコードがCNC工作機械に送信されます。CNC工作機械は様々な切削工具を用いて、原材料から材料を切削します。CNC工作機械は複数の軸（通常は3軸、4軸、または5軸）で動作します。これにより、複雑な形状を正確に加工することができます。ステッピングモーターまたはサーボモーターが各軸を制御することで、精密な動きと正確な切削が可能になります。

一般的なCNCマシンとその機能

CNC加工には様々な種類の工具が使用されます。それぞれの工具は特定の作業と目的に合わせて設計されています。以下は、最も一般的に使用される工具の種類です。

• CNCフライス盤回転工具を用いて材料を切削する機械です。CNCフライス盤は複雑な形状の微細部品の製造に最適で、高精度が求められる業界でよく使用されます。
• CNC旋盤旋盤は、材料を回転させ、切削工具を用いて部品を加工します。CNC旋盤は円筒形の部品の加工に最適です。そのため、自動車産業や航空宇宙産業で非常に人気があります。
• CNCドリルCNCドリルは、正確な直径の穴あけ加工に特化しています。他のCNC工具と組み合わせて、正確な穴あけが必要な部品の製造に使用されることがよくあります。
• CNCグラインダーCNCグラインダーは、研削ホイールを用いて金属部品を滑らかにします。医療器具や自動車部品など、表面の洗浄が必要な製造工程において重要な役割を果たします。
• プラズマおよびレーザー切断機プラズマ切断機はイオン化ガスを用いて金属を切断します。一方、レーザーカッターは、指向性のある光線を用いて高精度な切断を行います。これらのツールは主に板金加工に使用され、微細なデザインを描きながら材料使用量を削減します。

これらのタイプに加えて、CNC工作機械には様々な軸機能があり、これは製造可能な部品の複雑さに大きく影響します。標準的な構成は次のとおりです。

• 3軸マシンこれらの機械はX、Y、Z方向に移動できます。単純な部品の製造に適しています。
• 4軸マシンこれらのマシンには、通常は X 軸に沿って追加の回転部分があり、より複雑な形状を作成できます。
• 5軸マシンこれらの機械は 5 つの軸すべてで動作できるため、複雑な部品を高精度かつ柔軟に加工できます。

3D プリンティングとは何ですか?

3Dプリンティングは、積層造形プロセスとも呼ばれます。デジタルデザインを層ごとに積み重ねることで、製品を製造する手法です。この技術は、標準的な製造方法では製造が難しい複雑な形状を再現できます。

3Dプリンティングは1980年代後半にMITで始まりました。今日では多くの分野に展開し、試作品の製作方法を変えています。さらに、3Dプリンティングはヘルスケア、自動車、エレクトロニクスなどの分野で、カスタマイズされた設計を急速に発展させています。

部品を形成するために材料を削り取るCNC加工とは異なり、3Dプリントは必要な材料のみを使用することで廃棄物を削減します。この能力と複雑な形状を作成できる技術により、3Dプリントは追加作業なしで少量のユニークな部品の試作や製造を行うための重要なツールとなっています。

3Dプリントの仕組み

3Dプリントのプロセスは、通常CAD（コンピュータ支援設計）ソフトウェアを用いて3Dモデルを作成することから始まります。あるいは、3Dスキャナーを使用して、実物をデジタルモデルに変換することもできます。モデルが作成されると、隙間や表面の重なりなどのエラーがないかチェックされます。これは、最終的なプリント結果に影響を与える可能性があるためです。

次に、モデルはスライスプログラムによって処理されます。スライスプログラムはモデルを薄い2次元の層に分割し、Gコードファイルとして生成します。このファイルは3Dプリンターのガイドとして機能し、材料を1層ずつ追加していくのに役立ちます。さらに、3Dプリントにおける材料の追加方法は、FDM（熱溶解積層法）、SLA（光造形法）、SLS（選択的レーザー焼結法）など、使用される技術の種類によって異なります。

3D プリント技術にはどのような種類がありますか?

3Dプリント技術には様々な種類があり、それぞれに独自の手法、材料、用途があります。

• 材料の押し出しこの方法では、加熱したプラスチック材料をノズルから押し出して層を形成します。民生用電子機器や自動車分野などにおいて、試作品や動作部品を迅速に製造するためによく使用されます。
• バット重合このプロセスでは、光の下で固体層に硬化する液体樹脂を使用します。バット重合法は優れたディテールを実現し、歯科・医療用模型や宝飾品によく使用されます。
• 粉末床溶融この方法では、レーザーまたは電子ビームを用いて粉末材料を層ごとに積層します。この3Dプリント技術は、金属や高強度材料の加工に最適です。そのため、航空機、自動車、医療分野での使用に最適です。
• バインダージェッティングこの方法では、まず液体バインダーを粉末層に塗布します。粉末層は硬化して最終部品を形成します。バインダージェッティングは、金属、セラミック、粘土に使用できます。金属部品の製造によく使用され、その後、強度を高めるための加工が行われます。
• マテリアルジェッティングこの技術は、インクジェット印刷のように材料の微小な液滴を噴霧します。これらの液滴は、堆積すると硬化します。滑らかで高品質な表面を作り出すことで知られており、実験や医療のモデリングに広く使用されています。
• 直接エネルギー沈着（DED）このプロセスでは、レーザーや電子ビームなどの指向性エネルギーを用いて、材料を堆積させると同時に溶融します。DEDは、防衛・航空宇宙などの分野で、物体を固定したり、大型金属部品を製造したりするために使用されています。
• シート積層: この方法では、複数の層の材料を組み合わせて立体的な形状に切断します。特に精密さが重要でない場合に、安価な金属や紙の部品を作るのによく使用されます。

CNC加工とSLS 3Dプリントの主な違い

CNC加工とSLS 3Dプリントは互いに補完し合う関係にあります。それぞれ、求められる精度、材料、複雑さに応じて独自の利点があります。

CNC加工とSLS 3Dプリントの根本的な違いは、部品を作成する基本的な方法にあります。CNC加工は、材料の塊を慎重に切断して最終製品を形成する減算プロセスです。この方法は高い精度で知られており、金属、プラスチック、複合材など、様々な材料から部品を製造できます。厳しい公差で耐久性と高品質を兼ね備えた部品の製造に優れています。一方、SLS 3Dプリントは、粉末材料を用いて層ごとに部品を積層していく積層プロセスです。この技術には大きな利点があります。減算では困難または不可能な複雑な形状も作成できます。また、支持構造を必要としないため、設計の自由度が高まります。

材料に関しては、 CNC加工とSLS 3Dプリントは幅広い物質に対応しますCNC加工は主にアルミニウム、真鍮、ステンレス鋼などの金属、およびABSやポリカーボネートなどのプラスチックを扱います。SLS 3Dプリントは、幅広いプラスチックを加工できるだけでなく、ナイロン、熱可塑性ポリウレタン、金属超合金などの特殊材料も加工できます。

CNC加工はより正確で、より滑らかな部品を作ることができます。 許容範囲精度は±0.005mm以内です。CNC加工の減算的性質により、非常に高品質な表面仕上げが可能になり、表面の滑らかさが重要となる用途に最適です。SLS 3Dプリント部品の表面は、わずかに粒状になる場合があります。これは、層ごとに構築するプロセスによるものです。SLSの標準的な精度は±0.1mm程度です。しかし、後処理技術によって3Dプリント部品の表面品質を大幅に向上させることができ、仕上げ面における2つの技術の差は縮まります。

CNC加工の利点

さらに、CNC加工は優れた精度と滑らかな表面で知られています。製造業には欠かせない技術です。公差は±0.005 mm以内に抑えられ、部品の高精度製造が保証されます。高精度は、精密なフィットが求められる用途には不可欠です。また、切削加工は制御性に優れ、予測可能です。CNC加工は非常に滑らかな仕上がりを実現し、特定のニーズに合わせて仕上げを調整できます。この精度と品質は、航空宇宙、自動車、医療機器などの産業において非常に役立ちます。これらの産業では、各部品の信頼性と機能が極めて重要です。

CNC加工は堅牢で汎用性が高く、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンなど、多くの金属から耐久性の高い部品を製造できます。これらの金属は、高応力環境でよく使用されます。CNC加工は、複雑な形状、内部通路、厳しい公差を持つ部品の製造に優れています。これらの特徴は、他の加工方法では実現が困難です。これらの特性は、高荷重に耐え、過酷な条件下で動作する必要がある部品の製造において重要です。これは、安全性と性能が最も重視される航空宇宙産業や自動車産業などにおいて特に重要です。

SLS 3Dプリントの利点

SLS 3Dプリント技術は、複雑な形状の部品を製造でき、通常は他の積層造形プロセスでサポート構造が必要となるようなデザインもシームレスに作成できます。SLS 3Dプリントの環境面での利点も、持続可能な製造業にとって理想的です。従来の削り出し製造では、固体ブロックから材料を削り出すため、多くの廃棄物が発生します。一方、SLSは積層造形プロセスを採用しています。オブジェクトを層ごとに構築し、必要な場合にのみ材料を使用します。この手法では廃棄物がほとんど発生しません。造形チャンバー内で未使用の粉末は、多くの場合、将来の造形に再利用できます。SLS 3Dプリントは環境に優しい選択肢です。本質的に効率的で、材料の使用量も最小限です。

様々な産業におけるCNC加工とSLS 3Dプリントの応用

CNC 加工技術と SLS 3D 印刷技術は幅広い業界で使用されており、それぞれ独自の利点を活用して複雑な製造上の課題を解決しています。

航空宇宙: CNC加工は精度と信頼性が高く、エンジンや着陸装置などの重要部品の製造に最適です。これらの部品には高い強度と厳しい公差が求められます。この技術は、高性能合金を含む多くの材料を加工できます。この能力は、自動車の厳しい要件を満たすために不可欠です。 航空宇宙 アプリケーション。同時に、SLS 3Dプリントは複雑な形状の軽量部品を製造します。これにより、航空機の重量を大幅に削減し、燃費と性能を向上させることができます。この技術のラピッドプロトタイピング能力は、コンセプトから飛行までの開発プロセスを加速させます。

医学： CNC加工の精度は非常に重要です。そのため、カスタマイズされた手術器具、整形外科用インプラント、そして 医学 デバイスの部品。さらに、これらの部品は患者の安全と有効性を確保するために正確な仕様が必要です。SLS 3Dプリントには利点があります。患者に合わせてカスタマイズされた義肢や歯科インプラントを製造できます。このカスタマイズの可能性は、患者の快適性とリハビリの成果にとって非常に貴重です。専門的なリハビリソリューションを提供します。

自動車： CNC加工は堅牢で精密です。 車にとって重要な耐久性部品 性能と安全性を左右する部品です。これらの部品には、エンジンブロックやシャーシ部品が含まれます。SLS 3Dプリントは試作に不可欠です。新しい設計を迅速にテストできます。さらに、複雑で軽量な部品を製造できるため、車両設計の最適化にも役立ちます。

コスト、量、時間の比較

CNC加工とSLS 3Dプリントの初期費用、材料費、生産時間を比較する場合、プロジェクトの具体的な要件に合わせて調整する必要があります。どちらのプロセスにも独自の利点と考慮すべき要素があります。CNC加工は初期セットアップ費用が高くなります。これは、精密な工具とプログラミングが必要となるためです。そのため、少量生産では費用対効果が低くなります。ただし、金属部品を必要とするプロジェクトなど、一部のプロジェクトでは材料費が低くなる場合があります。バルク材料のコストは、SLS 3Dプリント用の特殊粉末よりも低い場合があります。CNC加工は材料除去速度が速いため、単一部品の製造には高速ですが、複雑な部品の製造には時間がかかります。

結論

したがって、現代の製造業においてCNC加工とSLS 3Dプリントのどちらを選択するかの鍵は、それぞれの技術の利点を理解することです。Yonglihao Machineryは CNC加工サービス高精度と優れた表面仕上げで知られています。そのため、金属部品や高精度部品の大量生産に最適です。しかし、SLS 3Dプリントは試作や複雑な形状の造形に最適です。減算法ではこれらの形状の造形は困難であったり、コストが高すぎたりする可能性があります。企業は、これらの選択肢の中から選択する際に、スループット、必要な材料、部品の複雑さなど、多くの要素を考慮する必要があります。

よくある質問

少量生産の場合、どの方法がよりコスト効率が良いでしょうか?

SLS 3Dプリントは、少量生産の場合、多くの場合、より安価になります。これは、セットアップコストが低く、特殊な工具や治具を使わずに複雑な形状を造形できるためです。

CNC 加工と SLS 3D プリントを併用できますか?

はい、CNC加工とSLS 3Dプリントは相互に補完的に活用でき、両方のプロセスの利点を最大限に活用できます。例えば、SLS 3Dプリントは、部品の試作を迅速に行い、適合性と機能をテストするのに使用できます。設計が最終決定したら、CNC加工で最終部品を製造します。さらに、用途に適した材料を使用したり、3Dプリント部品を改良したりします。