金属3Dプリント後にCNC精密加工を行う必要はありますか?

1. テクノロジーの核心: 加算材料と減算材料が連携して機能する能力
CNC 精密機械加工と金属 3D プリントの主な違いは、製造プロセスでこれらが連携して機能する理由です。
さまざまな形成方法
金属3Dプリントでは、金属粉末を1層ずつ溶かして物を作ります。表面には典型的な層パターンと溶融プールの痕跡が見られます。粉末の未融着や微細孔など、微細構造に問題がある可能性があります。 CNC精密加工は工具切削による材料除去によりRa0.8μm以下の鏡面効果が得られ、寸法公差も±0.01mm以内で管理できます。
プロセス能力の限界
3D プリントにはいくつかの利点があります。たとえば、コンフォーマルな冷却チャネル、格子状の軽量化構造、多くの角度を持つキャビティなど、古い方法では作成が困難な複雑な構造を作成できます。たとえば、ある航空エンジンのブレードは 3D プリントを使用して内部を中空にし、構造の強度を保ちながら重量を 40% 削減しています。
CNC 加工の利点: 平面や円筒などの一般的な形状の加工がより効率的になり、余った支持構造に対処する必要がなくなりました。たとえば、ある自動車のトランスミッション シャフトの表面粗さは CNC フライス加工により Ra0.4 μm となり、高速回転での耐摩耗性のニーズを満たしていました。-
ハイブリッド製造のトレンド
「3Dプリンティング＋CNC精密加工」のハイブリッド方式は業界の標準になりつつあります。たとえば、精密金型を製造する会社は 3D プリンティングを利用して、内部に 3 層の冷却チャネルを備えた金型コアを作成しています。次に、CNC 機械加工を採用して冷却プロセスの効率を 30% 向上させ、納期を 14 日から 5 日に短縮しました。
2. 業界の要求: 表面粗さのさまざまな基準
さまざまな業界には表面品質に対するさまざまなニーズがあり、これは CNC 精密機械加工のニーズに直接影響します。
航空宇宙分野
部品は過酷な条件 (高温、高圧、高応力) に耐えられる必要があり、表面の傷は疲労亀裂につながる可能性があります。
一般的な例としては、特定のタイプのロケット エンジン ノズルを 3D プリントする際に、CNC 加工によりシール面の粗さが Ra12 μ m から Ra0.8 μ m に低減されることが挙げられます。これにより、高温でのシール寿命が 50 倍から 200 倍に延長されます。
プロセスの選択: シール面や合わせ面などの主要部品は、CNC 精密機械加工する必要があります。非耐力面では、印刷されたテクスチャを維持して重量を節約できます。
医療用インプラントの分野
必須要件: 表面の粗さは、骨細胞の付着と細菌の増殖の可能性に影響します。
チタン合金製人工股関節は、骨を成長させるためにRa1.5～2.5μmの表面品質が必要です。とある会社が3Dプリントで義体を作っています。さらに化学研磨とCNC研磨を組み合わせて表面をRa0.8μmまで平滑化。これにより、印刷によって作られた微多孔構造が維持され、生体との親和性が向上します。
適切なプロセスの選択: 機能面には CNC による精密な切断が必要ですが、構造面には印刷された質感を維持できます。
家庭用電化製品の世界では
表面の滑らかさは、製品の見た目や光学的にどのように機能するかに影響を与える重要な要素です。
典型的なシナリオでは、CNC 機械加工により、3D プリントされた携帯電話カメラ マウントの表面粗さが Ra3.2 μ m から Ra0.05 μ m に低下しました-。これにより、マウントの可視光の反射率が 85% から 92% に増加しました。これは、レーザー通信システムに必要なものです。
プロセスの選択: 光学面は CNC 精度で機械加工する必要がありますが、構造面は印刷されたテクスチャを維持できます。
エネルギーおよび金型産業: 表面品質は、耐腐食性と加工の容易さのバランスを取る必要があります。
3D- プリントされた自動車用の射出成形コアを使用して、コンフォーマルな冷却チャネルが作成されました。その後、サンドブラスト加工を施し、表面の荒れを軽減し、Ra15μmからRa6.3μmまで改善しました。これにより、金型の寿命が 100,000 回の使用から 500,000 回の使用に延長されました。
プロセスの選択: 接触しない表面には、サンドブラストなどの低コストの方法を利用できます。{0}接触面にはCNC精密加工が必要です。
3. 費用対効果-: プロセスを選択する経済的論理
CNC 精密機械加工を利用するかどうかを決定するには、技術的な実現可能性、納期サイクル、生産コストを注意深く検討する必要があります。
技術的な実現可能性の評価
構造の複雑さ: 製品に CNC での製造が難しい機能（内側の十字穴や薄肉構造など）がある場合、3D プリントが唯一の選択肢となる可能性があります。{0}}たとえば、3D プリントは特定の航空機エンジンの燃焼室全体を作成するため、従来の溶接方法で発生する可能性のある応力集中の問題を回避できます。
精度の要件: 公差要件が 3D プリントで可能なもの (± 0.01 mm など) よりも高い場合は、CNC 精密機械加工が必要です。たとえば、高精度の歯車のブランクは 3D プリンティングによって作成され、CNC 研削によって歯形精度が IT8 レベルから IT5 レベルに向上します。
配送サイクルの最適化
急ぎの注文に対しても、3Dプリントなら金型開発ステップを省略して「デザインプリント納品」に迅速に対応できます。たとえば、新エネルギー自動車会社は 3D プリンティングを使用して、プロトタイプのバッテリー パック ブラケットを作成しました。設計から組み立てまでの全手順にかかる時間はわずか 48 時間でした。
バッチサイズが大きい場合 (1000 個以上)、バッチ生産では CNC 機械加工の方が安価になる場合があります。標準的な部品製造会社は、アルミニウム合金接続の CNC バッチ処理を使用して、3D プリントより 60% 安く単一のアイテムを製造できます。
総配送コストの管理
CNC 加工を使用する場合、プログラミング、クランプ、金型テストなどの暗黙の費用について考慮する必要があります。一方、3D プリンティングでは、ツールのコストと設計の繰り返しのリスクを削減できます。たとえば、3D プリンティングでは複雑な構造部品を一度に作成できるため、ツールの変更やプロセス パスの変更に必要な時間を 70% 削減できます。
材料利用率: CNC 加工では通常 50% ～ 70% の材料が使用されますが、3D プリントでは 90% 以上を使用することもできます。たとえば、3D プリントでは特定のチタン合金アイテムを製造でき、CNC フライス加工よりもコストが 40% 低くなります。