CNCプロトタイピングとは？
CNCプロトタイピング（Computer Numerical Control）は、プロトタイプの製作に用いられる減法製造の標準的な方法であります。この方法では、ブランクと呼ばれる固体の金属の大きな塊を使用し、材料から削り取り、プロトタイプの望ましい形状を得ます。そして、回転するドリルで材料を切断のです。1950年代にMITがこの技術を導入して以来、製造業で広く使われています。
CNCは、CADソフトウェアによって規制された、プログラム済みの数値データに基づいて作業します。このため、人が介在する必要がない。精密さ、耐久性、耐熱性を必要とする中・大量生産に適するものです。また、プロトタイプでは、優れた繰り返し精度、滑らかな表面仕上げ、より厳しい公差が得られます。
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3Dプリントとは？
3Dプリントは、CNC加工とは全く逆のものです。熱可塑性フィラメントを使用する減法製造プロセスの代表的な方法です。しかし、3DプリントもCNCのようにCADソフトを使って原型を作ります。また、写真測量ソフトを使い、写真を探し出して3D物体を構築することもあります。PLAやナイロン、樹脂などの材料を使い、1層ずつ重ねていくことで造形していきます。
他の手法に比べ、より早く、安価に行うことができるこのプロトタイピングは、交差する面と穴がこのプロセスの標準エラーであるため、モデルを完成させた後、よくポストプロセシングを必要とします。このプロセスでは、仕事を完了するために特別なツールや機能は必要ありません。レーザーまたは加熱された押出機を使用して、層を固め、最終製品を作成します。
CNC加工と3Dプリント:その違いとは？
CNC加工と3Dプリントは、プロトタイプを構築するために使用される2つの認知度が最も高い製造方法です。どちらの方法も、結果を得るために逆のプロセスを使用します。どちらの方法も、分野によっては互いに有利な点があります。しかし、この2つのプロセスは、他の重要な要素によって差別化されています。ここでは、その違いを見てみましょう。
素材選択
CNC加工と3Dプリントは、どちらも素材の選択に柔軟性があります。これらのプロセスでは、メーカーが選択できる幅広い素材が用意しています。3Dプリントは主にプロトタイプを構築するためのプラスチックに焦点を当て、CNCはプラスチックと固体金属塊を提供しています。しかし、技術が日々進化しているため、3D Systems、Arcam、Desktop Metal、Markforgedなど、メーカーが3Dプリント用金属を開発しています。
CNC加工で最もよく使われる金属は、リサイクル可能な特徴と保護的な性質を持つアルミニウムです。機械加工のための高品質なプロトタイプを作成することができます。マグネシウム合金、亜鉛合金、ステンレス鋼は、このプロセスで使用される他の金属です。CNCでは、ナイロン、ポリカーボネート、PEEK、PP、アクリルなどのプラスチックもプロトタイプを作成するために使用されます。
一方、3Dプリントでは、PLA、ABS、ULTEMなどの熱可塑性プラスチックが一般的に使用されています。さらに、ステンレス、アルミニウム、インコネル、チタンがよく使われる金属です。ニッチな3Dプリンターでは、セラミックや砂、さらには生体素材を使って試作品を作ることも可能です。しかし、金属製プロトタイプを3Dプリントで作るとなると、ハイエンドな機械が必要になり、非常に高価になります。また、超合金やTPUのような柔軟な素材はCNC加工では作れないので、3Dプリントが唯一の選択肢になります。
寸法精度
公差に関しては、CNC加工は他の3Dプリントに比べて優れています（公差mm +/-0.025 – +/-0.125 ）。CNC機械加工は、厳しい公差と優れた反復性を提供します。3Dプリントでは、公差率は機械、素材、部品の形状に依存します。産業用機械では、±0.005の優れた寸法公差と圧入用のコンプライアントな表面を持つパーツを構築することができます。3Dプリントされた製品では、厳しい公差を後加工で実現することができます。
CNC加工は、どんな大きさの部品でも、滑らかな表面仕上げで正確に作ることができます。しかし、SLSやDMLS（Powder bed fusion 3D Printing process）は、大量生産には不適合です。
しかし、3Dプリントは、CNC加工に比べて幾何学的な制約が少ないため、複雑な形状の部品を作るのに理想的です。CNC加工では、5軸のCNC装置を使っても、部品表面のすべての部分に工具を入れることができないため、製造不可能な形状があります。SLSやジェットフュージョンは、より複雑な形状のプロトタイプを、支持構造なしで作成することができます。
コスト・時間
コストは、構成したい製品数量によって異なります。少量生産の場合は、3Dプリントが適しています。大量生産にはCNC機械加工が適しています。ただし、短納期を希望する場合は、3Dプリントの工程を踏むことをお勧めします。CNC機械加工は、機械を操作する専門家が必要で、メンテナンス費用もかかるため、割高になります。しかし、素材や消耗品は3Dプリントに比べCNCの方が安価です。10～20台以上製作する場合はCNC加工の方が有利ですが、それ以下の場合は3Dプリントの方が効率的です。
廃棄物
先にも述べたように、CNC加工では、元のブロックから素材を削り取るため、多くの廃棄物が発生します。一方、3Dプリントでは、ほとんどの場合、素材をきっかりの量だけ使って製造するため、CNC加工に比べて廃棄物の発生が少なくなります。
3Dプリントはプロトタイプを製造するための支持構造体を必要としないので、それらを作るための余分な素材が不要になることを忘れてはならないよう。
後処理方法
ラピッドプロトタイピングでは、美観を向上させ、最終製品をより良く見せるために、さまざまな後処理を行うことができます。
CNC加工では、ビーズブラスト、陽極（酸化）処理、粉体塗装などが後工程の手法としてよく知られています。一方、3Dプリントでは、メディアブラスト、サンディングと研磨、マイクロポリッシング、金属メッキなどの技法が使われています。
経験則
製品開発には、努力やお金、時間を含めて、適切な手法を選択することが不可欠です。どの手法が最適なのか、経験則にしたがって選択するお手伝いをさせてください。
まとめ
この2つの方法の間に明確な勝者はありません。どちらの方法も、それなりに比較的コスト効率が高く、効果的です。どちらが優れているかと問われれば、それは生産規模や素材、幾何学的な複雑さ、予算などによります。それは、生産規模、材料、幾何学的な複雑さ、そして予算によって異なります。CNC機械加工は大量生産のために産業界全体で広く使われていますが、3Dプリントはここ数年で大幅に増加しています。
上記の記事で、二つの方式の違いをしっかりと理解していただき、自分にぴったりの方式を選ぶ参考にしていただければ幸いです。
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