金型製造における金属 3D プリントと従来の CNC 機械加工の違いは何ですか?

一、技術原理: アディティブおよびサブトラクティブ マニュファクチャリングにおけるパラダイム シフト
金属 3D プリンティングでは、積層造形の「レイヤーバイレイヤースタッキング」方法が使用されます。レーザーや電子ビームを使用してチタン合金や鋳鋼などの金属粉末を溶かし、3 次元デジタル モデルから直接複雑な幾何学的形状を構築します。-。その主な利点は、工具にアクセスしてクランプを使用するのが難しいという従来の機械加工の問題を克服できることです。内部をくりぬいたり、格子を埋めたり、それに適合する冷却水路を作成したりするなど、トポロジー最適化設計も行うことができます。たとえば、Zhonrui Technology は自動車業界向けにカスタム射出成形インサートを製造しました。これらのインサートは、3D プリンティングによって冷却水回路と製品表面の密着性を 95% に高め、射出成形サイクルを 42% 短縮し、製品の反り率を 67% 削減しました。
サブトラクティブ マニュファクチャリングでは、従来の CNC 機械加工は「材料を除去する」ことによって機能します。多くの軸にリンクされた切削ツールを使用して、金属ビレットの切断、フライス加工、穴あけなどを行います。その技術の成熟度は、マイクロメートルレベルの精度（±0.005mm）と表面の平滑性（Ra0.8μm）を管理する能力によって示されます。これにより、規則的な形状の高強度製品の加工に最適になります。-たとえば、Xintenghui CNC のセラミック彫刻およびフライス盤は、特別な保護システムと精密研削技術を使用することで、セラミック金型のエッジ破損率を 0.3% 未満に抑えることができます。これは、モールド耐摩耗性に関する半導体パッケージングの厳しい要件を満たしています。
2、応用シナリオ：複雑な構造と量産の境界線
複雑な構造物の作成における画期的な使用法
金属 3D プリンティングは、次の 3 つの主要な領域で金型の製造に大きな影響を与えます。
形状追従冷却システム: 従来の金型冷却水路は穴あけ手順によって制限されており、製品の輪郭に完璧にフィットさせることが困難でした。流体力学を模倣することにより、3D プリンティング技術は金型温度領域の均一性を 50% 以上改善します。ある家電メーカーではこの技術を採用し、射出成形によるエアコンシェルの歩留まり率が89％から98％に向上しました。 1 セットの金型で年間 120,000 元以上の電力を節約できました。
軽量構造: トポロジを最適化することで、構造の強度を維持しながら、耐荷重性のない材料の 30% ～ 60% が除去され、3D プリントされた金型の重量は従来の設計と比較して 45% 削減されています。-- 3D プリントされたアルミニウム合金フレームワークで作られた新エネルギー車のバッテリー パック ブラケットは、150% の過負荷テストに耐え、重量が 38% 減少し、航続距離が 8% 増加しました。{9}}
複雑な部品の一体成形: ゴムタイヤ型のパターン ブロックや靴底のパターン型などの従来の方法では、部品を個別に加工して組み立てる必要がありました。. 3D プリンティングにより型全体を作成し、組み立てミスをなくすことができます。この技術はタイヤ会社で使用され、金型の製作にかかる時間は 45 日から 12 日になり、パターン精度は 0.02 mm でした。
3、大量生産の主な利点
金型製作において CNC 機械加工に代わることができないという事実は、次のことからわかります。
材料適応性: 焼入れ鋼や硬質合金 (HRC55 以上) など、非常に硬い材料にも対応できます。これはダイカスト金型に必要な機能です。-特定のダイカスト施設-では、CNC-加工されたマグネシウム合金ダイカスト金型-が使用されており、その耐久性は 200,000 回であり、これは 3D プリントされた金型の 3 倍の長さです-。
表面の品質: 精密フライス加工や研磨などの後処理技術を使用すると、鏡面レベルの表面 (Ra0.2 μ m) を実現できます。-光学金型や食品包装金型の衛生基準を満たしています。ある化粧品包装会社は CNC- 加工された PET ボトルのプリフォーム金型を使用し、製品の透明性を高め (92%)、廃棄物を削減 (0.5%) しました。
バッチ経済: 年間 5000 個以上の金型を製造する場合、CNC 加工の方が 3D プリントよりも 1 個あたりのコストが 60% ～ 70% 低くなります。ある自動車部品サプライヤーは、バンパー金型をCNC量産で製造しています。 3Dプリントのコストが120万元であるのに対し、金型1個のコストは80万元に抑えられている。
4、コストの構造：スピードと精度のバランスゲーム
1. 設備および消耗品の費用
金属による 3D プリント: 工業用ツールの価格は通常 200 ～ 800 万元、チタン合金粉末の価格は 1 キログラムあたり 800 ～ 1200 元です。-一方、材料利用率は 90% と高く、CNC 加工よりも 40 ポイント高くなります。特定の航空会社は 3D プリンティングを使用してエンジンブレードを製造し、従来の鋳造と比較して材料価格を 35% 削減しました。
CNC 加工: 5 軸リンケージ マシニング センターのコストは 150 万から 500 万元の間であり、そのコストのおよそ 15% から 20% が工具代です。ある金型工場では、切断経路の最適化とリバーシブルブレードの採用により、金型一式のコストを 12 万元から 7 万元に削減しました。
2. 3D プリントの時間コスト: 複雑な構造の金型の作成にかかる時間が、従来の方法と比較して半分から 70% に短縮されます。医療会社は、カスタム整形外科用インプラントの金型をわずか 72 時間で作成できます。これは、CNC 機械加工の 15 日サイクルより 80% 高速です。
CNC 加工: 高速切断 (HSC) テクノロジーを採用することで、金型の加工時間を 30% ～ 40% 削減できます。{2}} 8000rpm スピンドル マシニング センターのおかげで、ある 3C 製品金型ビジネスでは、電話フレーム金型の作成にかかる時間を 18 時間から 11 時間に短縮できました。