CNC マシンと 3D プリンター - どちらを選択するべきですか?

製造に関して言えば、CNC マシンや 3D プリンターは非常に有名で認知度の高いマシンです。これらは製造業者に利便性を提供し、複雑な設計を可能にし、大幅な追加コストを発生させることなく全体的な利点を最大化します。

しかし、どのオプションがより良い選択なのかという疑問は残ります。この質問に対する明確な答えはありません。

どちらのテクノロジーにも長所と短所がありますが、さまざまな要素を考慮して最適な決定を下すことができます。この記事では、CNC マシンと 3D プリンターを比較し、ニーズに最適なオプションを決定する際に考慮できる最も重要な考慮事項について説明します。

CNC マシン vs. 3D プリンター: サブトラクティブ マニュファクチャリングとアディティブ マニュファクチャリング

CNC と 3D プリンタの議論をさらに深める前に、両方のマシンの動作と製造プロセスでの使用方法を理解する必要があります。

CNC (コンピューター数値制御) マシンと 3D プリンターは、製造業で広く採用されているテクノロジーです。 CNC 加工では、材料の固体ブロックから開始し、コンピューター制御の機械を利用して、目的の形状が得られるまで材料を選択的に除去します。この技術はサブトラクティブ製造と呼ばれます。

一方、積層造形としても知られる 3D プリンティングの動作は異なります。コンピューター制御のプリンターを使用して材料の層を連続的に追加して部品を構築します。この方法では、材料を除去するのではなく追加するため、材料の無駄が最小限に抑えられます。

各機械には長所と短所があり、特定の用途に適切なテクノロジーを選択することは、部品の複雑さ、必要な精度のレベル、関連する材料の特性などの要因に依存します。アディティブ マニュファクチャリングとサブトラクティブ マニュファクチャリングの違いをさらに理解するために、次のセクションで基本を見てみましょう。

a) 3D プリントとは何ですか?

積層造形としても知られる 3D プリンティングは、広く認識されている汎用性の高い製造方法であり、さまざまな利点があり、業界全体で応用されています。これには、レイヤーごとにオブジェクトを構築してオブジェクトを作成することが含まれ、これによりデザインの柔軟性と適応性が高まります。さらに、3D プリントは、納期の短縮とコスト削減を実現するため、ラピッド プロトタイピング、特に小規模生産の場合に、より迅速で推奨されるアプローチです。

3D プリントには複数のタイプがあり、さまざまな素材、技術、速度、仕上げ、印刷コストを自由に選択できることに注意することが重要です。この汎用性により、さまざまな技術的要素を考慮しながら、目的のプロジェクト結果を達成するための正確なカスタマイズが可能になります。

現代の産業では、3D プリンティング技術を使用して望ましい結果を達成するために、いくつかの方法が採用されています。これらの手法の中で、次の手法が広く使用されています。

バインダージェッティング

材料注入

材料の押し出し

バット重合

粉末床融合

直接エネルギー付与

シート圧延

3D プリンティングに関しては、主に熱可塑性プラスチックや類似の材料に限定されるという誤解が広まっています。しかし、今日の現実は全く異なります。この技術は進歩し、金属、バイオ複合材料、セラミックス、その他さまざまな材料の 3D プリントが可能になりました。この拡張された機能により、3D プリントの全体的な多用途性が向上します。

熱可塑性プラスチックの独占的使用に関する誤解は、熱可塑性プラスチックが引き続き 3D プリンティング用途で最も一般的に利用される材料であるために生じます。重要なアプリケーションの 1 つは、設計の実現可能性をテストするラピッド プロトタイピングです。熱可塑性樹脂は硬化時間が速く、コストが比較的低いため、この目的に特に適しています。

3D プリンティング技術は進歩していますが、大規模な生産には依然として一定の制限があります。これらの制限は、コストや必要な時間などの要因から生じます。それにもかかわらず、3D プリンティングの分野は急速に進歩しており、産業での使用に大きな期待が寄せられています。

b) CNC加工とは何ですか?

CNC加工 は、手作業による機械加工作業に代わる高度な技術です。コンピューターを使用して機械の刃物の動きを正確に計算し、高精度の結果をもたらします。このプロセスは CAD モデルから始まり、コンピューターがそれを解釈して、G コードまたは M コードとして知られる特殊な言語に変換します。これらのコードにより、CNC 機械は指定された指示に従って目的の形状を製造できます。

CNC 加工は、その卓越した精度に加えて再現性という利点もあり、業界で非常に好評です。オペレーターの一般的なスキルに依存する従来の機械加工方法とは対照的に、CNC 機械加工では、1 日を通して人間のパフォーマンスの変動によって引き起こされる結果の変動が排除されます。 CNC マシンでは、コンピュータが完全に制御します。人間の介入を最小限に抑えるシステム。

CNC マシンの利用は、効率の向上、生産速度の加速、リスクを最小限に抑えたコストの削減など、多くのメリットをもたらします。これらの利点により、ビジネスにおけるこのテクノロジーの実用性が大幅に向上し、世界中でこのテクノロジーが広く受け入れられることに大きく貢献しています。

CNC 加工と 3D プリントの主な類似点。

3D プリンティングと CNC 加工は、用途や方法が異なる異なるテクノロジーですが、重要な類似点を共有しています。どちらのプロセスも、コンピューター支援設計 (CAD) モデルから始まります。 CNC 加工では、モデルは G/M コードを生成するためのガイドとして機能しますが、3D プリンターはそれを直接利用して連続層の製造を開始し、最終製品またはコンポーネントを形成します。

CNC 加工と 3D プリント: どちらが最適ですか?

製造の分野では、業界全体の生産上のすべての課題に対処できる普遍的なソリューションは存在しないことが広く理解されています。

CNC 加工と 3D プリントはどちらも、さまざまな製造上の問題に取り組むための効果的なオプションです。ただし、一方が他方よりも優れていると明確に宣言することは困難です。各テクノロジーには独自の長所と短所があり、最終的には特定のニーズや状況に最適な代替手段が決まります。

3D プリンターの例を見てみましょう。驚くべき柔軟性を提供し、非常に複雑なオブジェクトの作成を可能にします。ただし、生産枚数に関係なく、1枚あたりのコストは一定です。対照的に、CNC テクノロジーは規模の経済の恩恵を受ける機会を提供し、全体的なコストの大幅な削減につながります。

3D プリンティングと CNC 加工の両方で当面のタスクを達成できる例は他にも数多くあります。ただし、どちらを選択するかは困難であり、時間、予算、技術的な考慮事項などの要因によって異なります。

CNC マシン vs. 3D プリンター: 選択する前に何を考慮する必要がありますか?

製品設計者とエンジニアは、生産を開始する前に、製品の製造方法を選択するという重要な決定を迫られます。最適なパフォーマンスと最大のメリットを確保するには、コスト、速度、精度のバランスをとることが重要です。ある側面を他の側面を犠牲にして優先すると、結果が要件を満たさない可能性があります。そのため、設計段階ではリソースが大量に消費され、技術的要素と関連コストを慎重に検討する必要があります。

CNC マシンと 3D プリンターを比較する場合は、速度、時間、コストの制限以外の要素を考慮することが重要です。企業が 2 つのテクノロジーのどちらを使用するかを決定する際の重要な考慮事項の一部を以下に示します。

1. CNC 加工または 3D プリント プロジェクトに適切な材料を選択することが重要です

非常に重要な最初の考慮事項は、材料の選択を中心に展開されます。これは、材料の選択が 3D プリンタにとって依然として主要な技術的制約であるためです。現在では3Dプリンターにより金属やセラミックスなどさまざまな素材を利用できるようになりました。ただし、印刷部品の全体的な機械的特性に関しては依然として制限が存在します。

たとえば、3D プリントされた金属部品は耐疲労性が低い場合があり、多くの場合、使用する前に大規模な熱処理が必要になります。これにより、総コストが大幅に増加し、ビジネスにとってプロセスが非現実的になる可能性があります。このような場合、熱処理を必要とせずに高速金属加工を可能にする CNC マシンがより適した選択肢となります。

一方で、3D プリンターを選択した方がよい材料も数多くあります。最終的には、選択は特定のプロジェクトの詳細に依存するため、関連するすべての要素を慎重に検討する必要があります。

2. 予想生産量はどれくらいですか？

予想される生産量も、お客様のニーズに適した製造機械を決定する重要な要素です。製造業は長い間、生産量の増加が収益性の向上につながるという規模の経済の原則に依存してきました。現在、CNC マシンと 3D プリンターは両方とも量産において重要な役割を果たしています。

CNC マシンは、人間の介入を最小限に抑え、24 時間 365 日継続的に稼働できる部品の自動生産を提供します。一方、3D プリンターは、鋳造プロセスなどの方法を利用して、プロトタイプや、大量生産のための複雑な金型の作成によく使用されます。ただし、大量生産が主な考慮事項である場合、間接コストが低く、追加のプロセスが必要ないため、ほとんどの企業は CNC マシンを選択します。

3. 個々の作品のサイズまたは寸法はどれくらいですか?

部品のサイズも、CNC マシンと 3D プリンタのどちらを選択するかを検討する際に考慮すべき重要な要素です。通常、CNC マシンは、そのサイズと容量により、より大きな部品を処理できます。一方で、3Dプリンターにはコストの面で限界があるより大きなサイズの実現可能性。情報に基づいた意思決定を行うには、プロジェクトの具体的な詳細を評価することが重要です。ただし、一般原則として、大型部品の場合は CNC マシンが優先されることがよくあります。

4. 完成品に求められる品質

CNC マシンは、特に適切な条件下では、3D プリンターと比較して優れた表面仕上げを実現します。

この違いに寄与する主な要因は、3D プリンターが主にプロトタイピング目的で設計されており、追加の後処理が必要になる場合があることです。対照的に、CNC マシンは、市場ですぐに使用できる最終製品を製造するために特別に構築されており、より高度な表面仕上げ機能を提供します。

5. 切断速度

CNC マシンは通常、3D プリンターと比較して切断速度が速くなります。ただし、総製造時間は切削速度だけで決まるわけではありません。マシンの起動時間、前処理要件、その他の考慮事項などの要因も、プロセス全体の速度を決定する際に影響します。さらに、製造される部品のサイズも考慮すべき要素です。

一般的なガイドラインとして、部品の製造をすぐに開始できるため、小さな部品の場合は 3D プリンタの方が高速であることがよくあります。一方、CNC 加工は、より大きなワークピースの処理効率が高いため、より大きな部品にはより適した選択肢です。

6. 後処理要件

CNC マシンは、完全に市場に投入できる部品を製造することで知られています。対照的に、3D プリンターにはさまざまな用途があり、プロトタイピングや金型作成の補助によく使用されます。これらの目的では、多くの場合、粗い表面仕上げが許容されます。ただし、パーツを他の用途に使用する場合は、希望の仕上がりを得るために追加の後処理が必要になる場合があります。

3D プリントされた金属コンポーネントに関しては、熱処理の追加要件があります。 3D プリントプロセスの性質上、これらの部品は疲労や衝撃特性に対する十分な耐性が欠けている可能性があります。熱処理は内部構造と全体的な性能の向上に役立ちますが、品質と性能の点ではまだ CNC 部品と同等ではありません。

7。 製造の予算

CNC 加工と 3D プリントにはどちらも関連コストがかかります。小型の 1 回限りの部品の場合、多くの場合、3D プリントがよりコスト効率の高いオプションとなります。ただし、大量生産と一貫した運用を考えると、CNC 機械加工が推奨されます。

これをよりよく理解するために、車の例を見てみましょう。このアプリケーションには最高の品質と技術基準が要求されます。同時に、市場競争と事業存続の基本原則を考慮して、費用対効果の高いソリューションを見つけることが重要です。さらに、競争環境を考慮すると、プロセスが十分に高速であることが重要です。あなたが 1 つを生産するのに同時に競合他社が 10 個のコンポーネントを生産できる場合、あなたのビジネスは機会損失と潜在的な収益損失の点で損害を受けることになります。

選択した方法に関係なく、CNC 加工と 3D プリンティングの両方に多額の設備投資と運用コストが必要です。小さな部品の場合、3D プリントの方がコスト効率が高い傾向があります。ただし、生産要件が増加したり、時間の制約が厳しくなったりすると、別の方法が現実になる可能性があり、CNC 加工がよりコスト効率の高いオプションになります。

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