CNC 加工 と 3D プリントのこの問題は、製造業界で議論のテーマとなっています。どちらのテクノロジーも進化するにつれて、部品の作成に独自の利点がもたらされます。 どちらが優れていますか?
この記事では、CNC 加工と 3D プリントを比較し、それぞれの長所と短所に焦点を当てます。プロジェクトのニーズに基づいて適切な方法を選択する方法を学びます。
CNC 加工 (コンピューター数値制御) は、サブトラクティブ製造プロセスです。つまり、固体ブロック、つまり「ブランク」から材料を除去して部品を作成します。この材料の除去は、旋盤、ミル、ドリルなどのさまざまなツールを使用して行われ、これらはすべてコンピューター プログラムによって制御されます。これらのツールを正確に制御することで、非常に正確で再現性のある結果が得られ、CNC 加工は金属やプラスチックから複合材料に至るまで、さまざまな材料に適しています。
このプロセスは、材料ブロックを CNC 機械に配置することから始まり、そこで正確なプログラムされた手順で材料を除去する切削工具を使用して、特定の部品に成形されます。 CNC 加工は剛性の高いツールと制御システムを使用するため、高精度と厳しい公差で知られており、高度な精度が必要な部品の製造に最適です。
主な利点: CNC 加工は、高精度で厳しい公差を持つ部品の製造に優れています。このため、寸法精度と滑らかな表面仕上げが重要な用途に最適です。
主な制限: CNC 加工の最大の欠点は、材料の無駄であることです。大きなブロックから材料を除去するため、特に高価な材料や加工が難しい材料を扱う場合には、材料の無駄が大幅に発生することがよくあります。さらに、特に複雑な形状の場合、複数の手順とツールの変更が必要になる場合があるため、このプロセスには時間がかかることがあります。
3D プリンティング、つまり積層造形は、デジタル モデルからパーツを層ごとに構築する、別のタイプの製造技術です。大きな部品から材料を取り除く CNC 加工とは異なり、3D プリントでは必要な場所に材料を追加します。このプロセスは、複雑なデザイン、複雑な形状、プロトタイプを最小限のセットアップで迅速に作成するのに最適です。
このプロセスは、目的のパーツの 3D モデルから始まり、プリンターが読み取れるファイル形式に変換されます。プリンタはこのファイルを使用して、パーツが完全に形成されるまで、材料を層ごとに堆積します。印刷方式（FDM、SLS、SLAなど）に応じて、プラスチック、金属、樹脂などのさまざまな素材を使用できます。
主な利点: 3D プリントにより、設計の自由度が大幅に高まります。 CNC 加工などの従来のサブトラクティブ手法では不可能ではないにしても困難だった複雑な部品の作成が可能になります。このテクノロジーは、高価な工具や金型を必要とせずに機能部品を迅速に製造できるため、ラピッド プロトタイピングに特に有益です。
主な制限: 3D プリントの主な欠点の 1 つは、材料の強度です。技術は長年にわたって向上してきましたが、3D プリントで作られた部品は一般に、CNC 機械加工で作られた部品と比較して材料強度が低くなり、特に部品が耐荷重能力を必要とする場合や過酷な環境条件にさらされる場合には顕著です。さらに、3D プリント部品の表面仕上げには、滑らかで見た目に美しい表面を実現するために、サンディングや研磨などの後処理が必要になることがよくあります。
特徴 | CNC加工 | 3D プリント |
製造種類 | サブトラクティブ（材料除去） | 添加剤（材料添加） |
精度 | 高精度と厳しい公差 | さまざまです。後処理が必要になる場合があります |
材料廃棄物 | 材料の無駄が多い | 材料の無駄を最小限に抑える |
パーツの複雑さ | ツールのアクセスと形状によって制限される | 制限はありません。非常に複雑な形状も可能 |
CNC 加工は材料に関しては多用途です。アルミニウム、スチール、チタンなどの幅広い金属や、ABS、ナイロン、PEEKなどのプラスチックに使用できます。 CNC 加工は材料の特性を最大限に維持するため、最終部品は元の強度と耐久性を維持します。
● 主な利点: CNC 加工により、等方性特性 (すべての方向で同じ機械的特性) を備えた強力で耐久性のある部品が得られます。
● 主な制限事項: 一部の材料は機械加工が難しく、非常に硬い材料や靭性の高い材料では工具の摩耗が増加する可能性があります。
3D プリンティング、特に FDM (溶融堆積モデリング) や SLS (選択的レーザー焼結) などのテクノロジーを使用した場合、プラスチック、樹脂、さらには金属を含む幅広い材料がサポートされます。ただし、TPU (熱可塑性ポリウレタン)、TPE (熱可塑性エラストマー)、フォトポリマー樹脂などの材料は 3D プリントに特有のものであり、CNC 加工では達成できない柔軟性と特殊性を備えています。
● 主な利点: 3D プリンティングは柔軟な複合材料を処理できるため、特定の特性を必要とする設計に多用途性を提供します。
● 主な制限事項: 多くの 3D プリント部品には異方性の特性があり、特定の軸線に沿って周囲の材料に比べて弱いことを意味します。
材料の選択は、最終部品の性能に大きな影響を与えます。 CNC 加工の場合、材料の強度、熱安定性、機械的ストレスに耐える能力が完全に維持されるため、過酷な環境に耐える必要がある部品に最適です。対照的に、3D プリンティングは設計の柔軟性が高くなりますが、耐荷重アプリケーションや正確な機械的特性が必要な部品には苦労する可能性があります。
材料 | CNC加工 | 3D プリント |
金属 | 強く、耐久性があり、高い機械的特性（アルミニウム、チタンなど） | 金属の材料の選択肢が限られており、場合によっては機械的強度が低い |
プラスチック | 幅広いエンジニアリングプラスチック (ABS、PEEK など) に対応 | さまざまなプラスチックに適していますが、異方性がある場合があります |
柔軟性 | 柔軟性が低い。堅固な設計 | TPU などの柔軟な素材は印刷が容易です |
強さ | 等方性の特性を備えた強力な部品 | 層の接着により部品が弱くなるため、ハイブリッド生産が必要になる場合があります |
3D プリントは、少量生産やカスタマイズに非常に効果的です。 3D プリンティングでは工具が不要でセットアップ時間が最小限であるため、企業は少ない初期費用で少量のバッチや独自のカスタム部品を製造できます。たとえば、プロトタイプや特殊なツールを印刷して、1 日以内に使用できるようになります。
● 例: 3D プリントを使用すると、自動車や医療機器の複雑な部品のプロトタイピングをより迅速かつ安価に行うことができます。
対照的に、CNC 機械加工は大量生産に優れています。セットアップのコストが多数のユニットで償却されるため、これらのシナリオでは CNC 加工の費用対効果が高まります。 CNC はまた、大量生産に重要な再現性と一貫性を向上させます。
● 例: 航空宇宙産業向けの精密部品の製造では、品質を損なうことなく大量生産を処理できる CNC 機械加工の能力の恩恵を受けています。
複雑な自由形状の部品の場合は、3D プリントが有利です。工具のアクセスや形状によって制限される CNC 加工とは異なり、3D プリンティングでは、従来の方法では機械加工が不可能だった複雑な内部構造、有機的な形状、形状を作成できます。
特徴 | CNC加工 | 3D プリント |
ツールのアクセシビリティ | 切削工具の形状と部品の設計によって制限される | ツールへのアクセス制限はありません。複雑な形状も可能 |
内部機能 | 内部形状の作成が難しく、追加の機械加工が必要 | 中空構造、格子、内部チャネルを簡単に作成 |
形状の複雑さ | 加工上の制約による制限 | 非常に複雑で有機的なジオメトリに最適 |
CNC 加工は高精度でよく知られており、±0.005mm という厳しい公差を達成できます。さらに、CNC は機械から直接滑らかな表面仕上げを生成できるため、後処理はほとんど必要ありません。そのため、厳格な寸法要件を満たし、他のコンポーネントと正確に適合する必要がある部品にとって理想的な選択肢となります。
● 例: 厳しい公差と滑らかな表面を必要とする航空宇宙部品は、CNC 加工のメリットを享受できます。
3D プリントは設計の自由度に優れていますが、多くの場合、精度や表面仕上げのための後処理が必要です。 3D プリントの精度は使用されるテクノロジーによって異なりますが、特に FDM プリンターを使用する場合、パーツには通常、目に見える層のラインが表示されます。これは、サンディング、研磨、またはその他の仕上げ方法で軽減できます。
特徴 | CNC加工 | 3D プリント |
精度 | 高精度、通常 ±0.005mm | プロセスによって異なり、後処理が必要になる場合があります |
表面仕上げ | 滑らかな仕上がり、最小限の後処理 | レイヤーラインが見える、滑らかにするために仕上げが必要 |
後処理 | 通常は最小限ですが、研磨が含まれる場合があります | サンディング、研磨、またはその他の方法が必要です |
CNC 加工は、セットアップ、プログラミング、工具の使用により初期費用が高くなりますが、中量から大量の生産では費用対効果が高くなります。生産量が増えると部品あたりのコストが下がるため、数百または数千の部品を製造するのに最適です。
● 例: 家庭用電化製品や自動車用途の部品を大量に生産すると、CNC 加工の初期コストを正当化できます。
3D プリンティングの場合、部品あたりのコストは数量に関係なく一定であるため、少量生産または 1 回限りの部品のコスト効率が高くなります。ただし、大規模な生産では、CNC 加工に比べて費用対効果が劣る可能性があります。
特徴 | CNC加工 | 3D プリント |
セットアップ費用 | 高、ツールとプログラミングが必要 | 最小限で工具は不要 |
ユニットあたりのコスト | 音量とともに減少します | ボリュームに関係なく一貫性を維持 |
容積効率 | 大量生産でよりコスト効率が高くなります | 少量生産、プロトタイピングに最適 |
CNC加工は高精度、大量生産に最適です。ただし、3D プリントでは、特にラピッド プロトタイピングや小規模バッチの場合、リード タイムとセットアップが短縮されます。どちらのテクノロジーも、生産規模に応じて速度と効率の点で利点があります。
特徴 | CNC加工 | 3D プリント |
リードタイム | セットアップ時間が長くなり、大規模なランの場合はより高速な切断が可能 | 迅速なセットアップ、大きな部品の構築時間の短縮 |
ボリュームのスケーラビリティ | 中量から大量に最適 | 少量のバッチやプロトタイプに最適 |
セットアップ時間 | 重要、プログラミングとツールが必要 | 最小限で工具は不要 |
CNC 加工では固体ブロックから余分な材料が切り取られるため、より多くの材料廃棄物が発生します。この廃棄物は多くの場合リサイクル可能ですが、材料コストと環境フットプリントの増加につながります。
3D プリントの主な利点の 1 つは、材料の無駄が少ないことです。材料が層ごとに追加されるため、発生する廃棄物が最小限に抑えられ、CNC 加工などの従来のサブトラクティブ手法と比較して環境に優しいものになります。
特徴 | CNC加工 | 3D プリント |
材料廃棄物 | 減算プロセスにより高い | 少量の追加プロセスにより廃棄物の発生が少なくなります |
エネルギー消費量 | 加工時間の延長により高くなる | セットアップと処理時間が短縮されるため、通常は低くなります |
環境への影響 | 材料の使用量と廃棄物の増加 | 材料廃棄物が少なくなり、より環境に優しい |
CNC 加工と 3D プリントのどちらを選択するかは、部品の複雑さ、生産量、予算などの要因によって決まります。高精度、大量生産にはCNC加工が最適です。ラピッドプロトタイピングや少量生産には、3D プリントが最適です。両方のテクノロジーが進化するにつれて、将来的には相互に補完し合う可能性があります。
Suzhou Welden Intelligent Tech Co., Ltd.の高度なソリューションは両方の長所を組み合わせ、多様な生産ニーズを満たす高品質の製造を提供します。
A: CNC マシニングはブロックから材料を除去してパーツを作成するサブトラクティブ製造プロセスですが、3D プリントはデジタル モデルからレイヤーごとにパーツを構築するアディティブ プロセスです。
A: CNC 加工は高精度部品や大量生産に最適ですが、3D プリントはラピッド プロトタイピングや複雑な形状の作成に適しています。
A: はい、CNC 加工は少量生産に使用できますが、生産量が増加すると、セットアップ コストがより多くのユニットに分散されるため、コスト効率が高くなります。
A: 3D プリントは、CNC 加工と比較して、複雑なデザインのカスタムの複雑な部品を小ロットで迅速かつ低コストで製造することに優れています。
A: CNC 加工は大量生産の場合はコスト効率が高く、少量の生産やラピッド プロトタイピングの場合は 3D プリントの方が手頃な価格です。
A: CNC 機械加工は高精度を提供し、優れた表面仕上げを備えた強力で耐久性のある金属部品を製造できるため、金属部品に最適です。
