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。
目次
CNC 加工とは何ですか?
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加工の原理と利点について詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。 CNC加工とは?
CNC加工の仕組み
CNC加工にはいくつかの重要なステップがある設計から最終部品に至るまで、一連のプロセスが存在します。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
様々な CNC加工で使用される工具の種類それぞれのツールは、特定のタスクと目的のために設計されています。最も一般的に使用されるツールの種類をいくつかご紹介します。
- 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+/- 0.005mm以内の精度で加工できます。CNC加工の減算的な性質により、非常に高品質の 表面仕上げ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、わずかにザラザラとした質感になる場合があります。これは、層ごとに造形していくプロセスによるものです。標準的な精度は±0.1 mm程度です。しかし、後処理技術を用いることで、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、仕上がりの面ではSLSと3Dプリント技術の差は縮まります。
CNC加工の利点
CNC加工は高精度で知られており、現代の製造業に欠かせない技術となっています。±0.005mmという極めて狭い公差により、設計仕様通りの正確な寸法と形状の部品を製造できます。このレベルの精度は、航空宇宙、自動車、医療など、あらゆる部品の信頼性と機能性が最優先される完璧な適合が求められる用途にとって極めて重要です。
さらに、CNC加工は卓越した表面仕上げを実現します。高度な加工プロセスにより、極めて滑らかな表面を実現し、特定の要件に合わせてカスタマイズすることも可能です。この卓越した表面品質は、部品の外観を向上させるだけでなく、摩擦の低減や耐腐食性の向上など、性能の向上にもつながります。
CNC加工は大規模生産にも非常に適しています。自動化されたプロセスにより、CNC工作機械は安定した品質と精度で大量の部品を効率的に生産できます。そのため、精度を犠牲にすることなく大量生産が求められる業界にとって理想的な選択肢となります。
材料の多様性という点において、CNC加工は幅広い材料に対応できることに優れています。アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、プラスチックなど、様々な金属および非金属材料を加工できます。この柔軟性により、軽量設計から高強度アプリケーションまで、多様な業界ニーズに対応できます。
最後に、CNC加工は強度と耐久性が求められる部品に特に適しています。高性能材料を用いることで、CNC加工は高応力や過酷な条件にも耐えられる、堅牢で長寿命の部品を製造できます。これらの特性は、安全性と性能が絶対的に求められる航空宇宙、自動車、医療などの業界では特に重要です。
CNC加工の利点と限界について詳しく知りたい場合は、次の記事をご覧ください。 CNC加工の利点と限界は何ですか？.
SLS 3Dプリントの利点
SLS（選択的レーザー焼結法）3Dプリンティングは、複雑な形状や精緻な内部構造を持つ部品の製造に優れています。他の積層造形法とは異なり、SLSはサポート構造を必要としないため、従来の製造技術では困難あるいは不可能だったデザインをシームレスに作成できます。そのため、イノベーションの限界に挑戦するエンジニアやデザイナーにとって理想的な選択肢となります。
SLS 3Dプリントの際立った利点の一つは、特にCNC加工などの切削加工法と比較して、材料の無駄が最小限に抑えられることです。従来の製造方法では、固体ブロックから材料を削り出すことが多く、結果として大きな無駄が発生します。一方、SLSは設計に必要な材料のみを使用して、層ごとにパーツを造形します。さらに、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るため、廃棄物がさらに削減され、SLSはより持続可能で環境に優しい選択肢となります。
SLSは、機能試作や少量生産にも適しています。優れた機械的特性を備えた耐久性と高品質部品を製造できるため、生産規模を拡大する前に設計をテストおよび検証するための頼りになるソリューションです。機能試作の効率性は、開発期間とコストの削減に役立ちます。
SLS 3Dプリントのもう一つの重要な利点は、独自の材料特性を持つ部品を作製できることです。ナイロンなどの先進材料を用いることで、SLSは軽量で強度が高く、熱や薬品への耐性も備えた部品を作製できます。この汎用性により、航空宇宙、自動車、ヘルスケアなど、特殊な材料特性が求められる業界で好まれています。
CNC加工の限界
CNC加工は非常に高精度で汎用性の高い製造方法ですが、特に複雑な形状や入り組んだ内部構造を扱う場合には、いくつかの限界があります。加工プロセスの性質上、複雑なディテールや内部空洞を持つデザインの作成には、追加のセットアップや特殊な工具が必要になることが多く、効率が低下します。
もう一つの考慮事項は、CNC加工に伴う多大な材料廃棄です。積層造形プロセスとは異なり、CNC加工は材料の塊から部品を削り出すため、大量のスクラップが発生します。そのため、特定の用途では環境への配慮が不十分になり、費用対効果も低くなる可能性があります。
さらに、複雑な部品を製造する場合、金型コストが高額になることがあります。複雑な設計の部品を製造するには、カスタム工具や複数の加工工程が必要になることが多く、初期セットアップコストと製造時間の両方が増加する可能性があります。そのため、CNC加工は、よりシンプルな設計や、初期投資をより多くの部品に分散できる大量生産に適しています。
SLS 3Dプリントの限界
SLS 3Dプリントには多くの利点がありますが、一定の制限もあります。特に顕著な欠点として、表面仕上げがCNC加工部品ほど滑らかにならない場合があることが挙げられます。SLS部品は粉末を原料とするプロセスのため、やや粗い、または粒状感のある質感になることが多く、研磨仕上げが不可欠な用途では後処理が必要になる場合があります。
もう一つの制約は、CNC加工に比べて材料の選択肢が限られていることです。SLS加工では主にナイロンや特定の複合材などの材料が使用されますが、CNC加工では金属、プラスチック、その他の材料をより幅広く扱うことができるため、特定の用途に幅広く対応できます。
SLS 3Dプリントは、大量生産では速度が遅くなる場合があります。層ごとに積層するこのプロセスは、試作や少量生産には効率的ですが、部品を大量に生産する場合、CNC加工やその他の従来型製造方法の速度と拡張性には及ばない可能性があります。
最後に、SLSでは一般的にほとんどの設計においてサポート構造を必要としませんが、特定の形状ではプリントプロセス中に追加のサポートが必要になる場合があります。これは、特にオーバーハングや複雑な形状を持つ部品の場合、設計と後処理の段階を複雑にする可能性があります。
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。
適切な処理技術を選択してください。
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加工サービス当社は、その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おいて、当社製品は最適な選択肢となっています。
一方、SLS 3Dプリンティングは、複雑な形状やラピッドプロトタイピングを必要とする用途で真価を発揮します。特に、従来の減算法では実現が困難であったり、非常に高価であったりする複雑な形状の作成に有利です。 ラピッドプロトタイピング企業 SLS 3D プリンティングは、本格的な生産に移行する前に詳細なプロトタイプを迅速に作成し、設計を検証できるため、信頼されています。
最終的に、企業は生産量、材料要件、部品の複雑さなど、複数の要素を慎重に検討して適切なプロセスを選択する必要があります。場合によっては、両方の技術を組み合わせることが戦略的な選択となることもあります。例えば、SLSを用いて迅速な試作と設計検証を行い、その後CNC加工によって精度と表面品質を向上させた最終製品を製造するといった具合です。
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。