私に従ってください：
プロジェクトに CNC 機械加工または 3D プリント?
約 3 年前、3D プリントされた銃器のニュースが製造プレスの見出しを独占しましたが、3D プリントは今日でもホットな話題です。 科学技術の発展に伴い、XNUMXD印刷の技術はますます成熟し、製造されたプラスチックまたは金属部品はさまざまな分野で使用されていますが、CNC機械加工、真空などの従来の製造プロセスを完全に置き換えていません。鋳造、射出成形など。このため、設計者は混乱します。 プロトタイプまたは小規模なバッチ プロジェクトがある場合、最適な処理テクノロジを選択するにはどうすればよいですか? この投稿では、いくつかの技術的なガイドラインを共有します。 CNC加工 および 3D 印刷により、プロジェクトを決定するための精度、材料、コスト、品質、効率、速度など、複数の側面でこの XNUMX つがどのように異なるかを理解するのに役立ちます。CNC 加工または 3D印刷.
1，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
この 3 つの主な違いは、CNC 機械加工が減法製造であるのに対し、XNUMXD 印刷は付加製造であることです。
CNC加工。 ご存知のように、CNC 加工はサブトラクティブです。 製造業 ソリッド マテリアル (ブランクと呼ばれることが多い) から開始し、ツールを使用して余分なマテリアルを切断および除去してパーツを作成するプロセス。 これは、試作品や少量生産から大量生産部品に最も人気のある製造方法の XNUMX つであり、再現性、高い寸法精度、高い表面仕上げ、および木材、金属、プラスチックなどの多くの材料との互換性を備えています。
3D印刷。3D プリンティングは逆方向に機能し、積層造形プロセスです。 CAD や CAM ソフトウェアを使用してカスタム パーツを描画および作成することもできますが、材料を切断するのではなく、プラスチック フィラメント (FDM)、樹脂 (SLA/DLP)、プラスチックまたは金属粉末 (SLS/DMLS/SLM) を使用して、最終製品が作成されるまで、材料が追加され、層ごとに硬化されます。 3D プリントには、複雑な形状、高精度、短納期、場合によっては部品コストの削減を実現する機能があります。
オフトピック. CNC マシンと 3D プリンターを組み合わせて、両方の利点を備えたデバイスに組み立てれば、それは簡単ですか? ZMorph 2.0 SX は、3 軸 CNC フライス盤として販売されており、3D プリンターとしても使用できます。 さらに、いくつかの企業は最近、Mooz の 3-in-1 3D プリンターなど、これらの組み合わせたマシンを使用して成功した Kickstarter キャンペーンを完了しました。 現在、そのような互換機はまだ探索段階にあります。
2.使用材料の比較。
CNC 機械加工と 3D プリントはどちらも、プラスチックや金属を含む幅広い材料と互換性があります。 3D プリンティングは、プラスチック部品の製造により適しています。 これは現在変化しつつあり、3D Systems、Arcam、Desktop Metal、Markforged などのメーカーは、金属を 3D プリントするためのより優れた安価な方法を開発しています。
CNC加工。CNC 加工で最も一般的に使用されるプラスチックには、ABS、ナイロン (PA66)、ポリカーボネート (PC)、アクリル (PMMA)、ポリプロピレン (PP)、POM、PEEK などがあります。 アルミニウムは、CNC 加工で最も広く使用されています。 中国の先進的なプロトタイプ メーカーである DDPROTOTYPE のエンジニアである Martin 氏によると、「当社の材料の 70% はアルミニウムであり、当社が製造するさまざまな部品はさまざまな業界で使用されています。」 アルミニウムは、優れた特性と簡単な処理を備えたリサイクル可能な材料です。他の一般的に使用される金属には、ステンレス鋼、マグネシウム合金、亜鉛合金、チタン合金、銅などが含まれます。
3D印刷。3D プリントに一般的に使用される熱可塑性樹脂には、ABS、PLA、ナイロン、ULTEM、およびその他のフォトポリマーが含まれます。 3D プリンターは、セラミックや人間のインプラントの部品を印刷することもできます。 3D プリントで最も一般的に使用される金属には、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、インコネルなどがあります。 高価な 3D プリント産業用機械 (おそらく 100,000 ドル以上) が必要であることに注意することが重要です。 超合金や TPU (柔軟な材料) などの一部の材料は CNC 加工できないため、3D プリントやラピッド ツーリングなどの製造プロセスを使用する必要があります。 本物の木材をシミュレートできる素材がないため、3D プリントで木材を加工することはできません。
よく使われる素材の比較。
製造プロセス | プラスチック | 金属 |
CNC機械加工 | ABS、ナイロン、ポリカーボネート、PEEK、PC、PMMA、PP、POM PEEKなど | アルミ、ステンレス、マグネシウム合金、亜鉛合金、チタン合金、銅など |
3Dプリント | ABS、PLA、ナイロン、ULTEM、ASA、TPU（柔軟素材）など | アルミ、ステンレス、チタン、インコネルなど |
データ ソース DDPROTOTYPE。
3. 加工部品の精度と寸法
DDPROTOTYPE チームによると、かなりの経験に基づいて、「公差に関しては、CNC 機械加工はすべての 3D 印刷プロセス、さらには DMLS よりも優れています。」 パーツに厳しい公差が必要な場合、3D プリントは最適な選択ではない可能性があります。
CNC加工。 CNC 機械加工は、0.005 mm などの非常に厳しい公差とより優れた表面仕上げを達成でき、非常に大きな部品から非常に小さな部品まで正確に機械加工できます。 ツールの丸みを帯びた性質により、内側のコーナーには常に半径がありますが、外側のサーフェスには非常に鋭いエッジがある場合があります。
3D プリント。 3D プリンターが異なれば、寸法精度も異なります。 最小肉厚は、最終的な実行のサイズによって制限されます (たとえば、FDM のノズル直径または SLS のレーザー スポット サイズ)。 パーツはレイヤーごとに構築されるため、最終的なパーツには、特に湾曲したパーツにレイヤー ラインが含まれる場合があります。 産業グレードの機械は、非常に優れた公差で部品を製造できます。 厳しい公差が必要な場合は、後処理中に機械加工が必要です。 これにより、余分なステップが追加され、CNC 加工よりも効率が低下します。
以下の表は、さまざまな技術の公差、肉厚、および最大部品サイズを示しています。
製造プロセス | 公差 | 最小。 層厚 | 最大。 ビルドボリューム |
CNC | ±0.005～0.125mm | 切り込み深さ 0.01mm | 最大2000×800×1000mm |
SLS | ±0.3 mm | 0.1〜1.5 mm | 最大340×340×605mm |
FDM | ±0.3 mm | 0.2〜0.8 mm | 914 x 610 x 914 mmまで |
MJF | ±0.3 mm | 0.08 mm | 380 x 284 x 380 mmまで |
DMLS | ±0.1 mm | 0.4 mm | 最大230×150×150mm |
データ ソース DDPROTOTYPE。
アイコンからわかるように、CNC 加工は、FDM、SLS、MJF などの一般的な 3D 印刷技術よりも大きく、より精密な部品を製造できます。医療機器、航空宇宙、およびその他の高精度を必要とする分野の部品の場合、CNC 加工は、理想的な選択です。
4。 速度
3D印刷 MJF や FDM などの技術は、部品の形状やサイズによっては、少量の部品を製造する場合の迅速な製造に優れていることが知られています。 これは、3D ファイルの準備ができたら、向き、塗りつぶし、サポートを選択してボタンをクリックすれば、追加の設定は必要なく、通常、パーツが完成するまでに数時間しかかからないためです。 後処理は、機械加工プロセスと 2D ファイルの要件によって異なります。
CNC加工。 3D プリントと比較して、CNC 加工のプロセスは労働集約的であり、より多くのオペレーターと設定が必要です。 熟練した機械工は、材料、機械、プログラミング、ツールとその回転速度、切削パス、手動で治具を配置し、カスタム治具を事前に構築することさえ選択します。 これにより、処理時間が長くなります。 さらに、陽極酸化、電気泳動などの後処理技術をここで完了することができますが、これにはさらに時間がかかる場合があります。
Martin 氏は次のように述べています。 50 個以上の部品を製造する必要がある場合は、CNC 機械加工の再現性により、1D プリントよりもはるかに高速な、CNC 機械加工の製造効率が発揮されます。」 市場に出回っている一部のプリンターは印象的な印刷速度を備えていますが、3D 印刷は通常、生産ではなくプロトタイプに多くを使用します。 一部の単純な構造の部品は、CNC では数分で加工できますが、500D プリンターでは数時間かかる場合があります。
5，モデルの複雑さ
3D印刷。 3D プリントは、パーツの幾何学的制約がほとんどない、あらゆる形状のパーツを処理できます。 FDM や SLM/DMLS などのほとんどの 3D テクノロジでは、後処理中に削除できるサポート構造が必要です。 自由形状のプラスチック部品は、SLS やマルチ ジェット フュージョン (MJF) などの粉末溶融プロセスを使用して簡単に製造でき、サポートは必要ありません。 非常に複雑な形状を製造する 3D プリントの能力。
CNC加工。 もちろん、CNC はかなり複雑な部品を加工することもできます。 多くの場合、複雑な部品を作成するために、機械加工プロセス中に位置を再反転して固定する必要があります。これは、5 軸 CNC マシンを使用しても、部品のすべての表面に工具が届かない場合があるためです。
6。 コスト
価格を単純に議論すると、CNC フライス加工と 3D 印刷の違いは正確な結論にはつながらないようです。 これは、素材、数量、加工の難しさなど、さまざまな要因によって異なります。
1 パーツでも 100 パーツでも、3D プリントで作成した 100 つのパーツのコストは基本的に同じで、通常は CNC 機械加工よりも安くなります。 20 個以上などの大量の部品の場合、CNC 機械加工の方が経済的です。 Martin 氏によると、私たちの最も一般的な誤解の XNUMX つは、CNC 加工サービスは高価だということです。 実際、CNC プロトタイピングは部品あたり約 XNUMX ドルから始めることができ、製造量が増えるにつれて単価が劇的に下がります。
7。 環境を守ること
CNC 加工はブランクから始まり、さまざまなツールを使用して余分な材料を取り除きます。 その結果、大量の微細な粉塵や材料の小さな破片が取り残され、それらを回収することはできず、清掃と廃棄が必要になります。 一方、3D プリント プロセスでは、原材料がプリンターに供給され、パーツをレイヤーごとに構築します。 このプロセスは原材料のみを使用する必要があり、混乱や廃棄物がないため、より環境に優しい製造プロセスです。
8 ケーススタディ
CNC 機械加工と 3D プリントの違いを、より直感的で理解しやすいように思われる 2 つの例を通して調べます。 DDPROTOTYPEが2021年に取り組んだXNUMXつのプロジェクトです。例として、プラスチックシェル加工と金属ブラケット加工を取り上げます。
プラスチック筐体の試作品。 電子機器用のプラスチック シェルの製造は、大量生産の前の重要なステップです。 迅速な製造、低コスト、および開発期間の短縮は、お客様の要件です。 電子機器のハウジングなどには、スナップ、リビング ヒンジ、連結ジョイント、その他の留め具があります。これらの機能はすべて、CNC 機械加工または 3D プリント (FDM または SLS) によって実現できます。 高精度で美的に美しいプラスチック プロトタイプは、CNC または SLS のいずれかで作成できますが、デスクトップ グレードの FDM は処理時間が短く、コストが低くなります。 DDPROTOTYPE は、表に示すように、各プロセスの比較をまとめたものです。
CNC加工 | デスクトップ FDM | SLS | |
費用 | $$ | $ | $$ |
よく使われる素材 | ABS、ナイロン | PLA、ABS、ナイロン | ナイロン |
発送先 | 5日 | 1.5日間 | 2Days |
正確さ | ±0.121mm | ±0.485 mm | ±0.287 mm |
FDM 3Dプリンティングで作られた低コストの住宅プロトタイプ
インペラの金属原型。金属製のインペラーは、高負荷と高温下で動作する可能性があり、精密シャフトに適合する必要があります。 顧客は、インペラーの寸法をより正確にし、材料の品質を向上させることを要求しています。
CNC機械加工 | SLM/DMLS | バインダー噴射 | |
費用 | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
一般的な資料 | アルミニウム、ステンレス鋼、黄銅 | ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、インコネル コバルト クロム | ステンレス鋼、インコネル コバルト クロム、タングステン、カーバイド |
正確さ | ±0.022mm | ±0.108mm | ±0.214mm |
機械的挙動 | とても良いです | とても良いです | グッド |
9.クイックサマリー
明確な答えはなく、すべての利点を備えたテクノロジーはありません。CNC 機械加工と 3D プリントの両方に独自の長所と短所があり、材料、リード タイム、幾何学的な複雑さ、精度、数量、予算などの要因によって異なります。 . DDPROTOTYPE は、参照用に比較表を慎重にまとめました。
CNC加工 | 3Dプリント | |
機械的性質 | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
プロトタイピング | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
費用 | 中規模シリーズの場合は安価 | 小シリーズなら安い |
ターンアラウンドタイム | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
ポリマーの選択 | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
設計の複雑さ | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
寸法精度 | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
詳細と解決策 | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
大きな部品サイズ | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
良い-⭐ 良い-⭐⭐ 良い-⭐⭐⭐ | ||
10. 適切な製造方法を選択するためのヒント
適切な製造プロセスを選択する前に、最終決定を下す前にヒントを参照してください。
数量は製造方法の選択にどのように影響しますか?少量のパーツ (3 個未満) が必要な場合は、50D プリントの選択を検討する価値があります。 数量が 100 ～ 1000 個に達すると、CNC 加工の方が適しています。
部品製造は複雑ですか？ 少量だが非常に複雑なカスタム パーツの場合、多くの場合、3D プリントの方が安価で高速です。 CNC 機械加工には、より多くのオペレーターとセットアップが必要であり、一般的に 3D プリントよりもコストがかかります。
必要な材料は何ですか？ CNC 機械加工はより成熟した技術であるため、互換性のある材料の幅が広がります。 しかし、チタンや柔軟な TPU など、加工が非常に難しい金属超合金材料の場合は、3D プリントを選択する方が賢明です。
