プロトタイプの総合ガイド CNC 機械加工

プロトタイプのCNC加工 は、他の方法と比較して、少量の試作品から大量の試作品まで迅速に製造するための価値ある選択です。CNCプロトタイプ加工では、いくつかの種類のプロトタイプを簡単に作ることができる。外観プロトタイプは、自動車のケースのように、最終的な部品の外観と動作に関する視覚的な手がかりを提供します。反対に、機能的な試作品はより精度を必要とするため、製品の構造と安定性を重視します。

この記事では、CNC加工プロトタイプについて、その長所と短所を紹介する。さらに、以下のような重要な側面も強調する；

プロトタイプとは CNC 機械加工？

プロトタイプのCNC加工は、さまざまな目的に利用できるプロトタイプ部品を精密に製造するためのサブトラクティブ製造プロセスである。これらのプロトタイプ部品は、部品の機能性のテストや設計段階で採用されます。さらに、このようなテストの主な目的は、視覚的な識別、マーケティング、または資金調達のためです。基本的に、CNCプロトタイプ加工は、承認された場合、設計の最終化、製造、販売の段階に進む製品や機械のサンプルを生成します。

CNCの多用途性により、経済的なプラスチックから高強度の金属まで、さまざまな材料で試作品を作ることができます。

なぜCNC加工は価値あるプロセスなのか？

CNCマシニングは、細部の特徴的なパーツを試作するための特別なオプションです。第一に、ワークピースと切削工具の動きを厳密に監視するコンピューター制御により、部品に高い精度、正確さ、寸法安定性を提供します。この高度な制御により、製造されるプロトタイプが設計とまったく同じであることが保証される。これと並んで、ラピッドプロトタイプマシニングは著しく高速であり、最大±0.005倍の公差まで複雑なパターンのプロトタイプを複製するのに役立つ。逆に、射出成形、鍛造や3D印刷のようなプロセスは、厳しい公差の要件を満たすために数ヶ月かかることが多い、金型。このように、高度なCNCマシンは、CADモデルがCAMファイルまたはgコードに変換された後、すぐにプロトタイプを作成することができます。

プロトタイピングに使用されるCNCマシンの種類：

機能的なプロトタイプや最終製品の成形には、さまざまな加工アプローチがある。

CNC旋盤によるプロトタイピング：

CNC旋盤加工は、旋盤と呼ばれる回転機械を使用し、丸みを帯びた部品や左右対称の部品のCNCプロトタイピングを行います。この工程は、高速で回転する材料と、プログラムされたコードに従って切削工具を組み合わせて、高品質の正確な仕様の部品や製品を成形するものです。旋盤機械は、丸い部品に特化しているため、丸い中間部分を持つプロトタイプに理想的な機械と考えられています。

CNCフライス試作品：

複雑なプロトタイプの場合、5軸までのCNCマシンが必要になることがある。余分な軸は、より正確な切削を可能にするものであり、その結果、複雑な部品の作成が可能になるが、コストは高くなる。CNCフライス加工では、コンピューター制御のツールヘッドが大きなブロックから最終的なプロトタイプを切削する。原型は加工プロセス全体の基礎となる。

CNCルーター

CNCルーターは、製品のデザインを思い通りに作ることができるため、試作品作りに最適です。CNCルーターはCNCミルやマシンに似ているが、より手頃な価格で、マシンのサイズよりも作業エリアを広くするガントリー・システムを持っている。とはいえ、このレイアウトは複雑さを制限する。ルーターは、木材、プラスチック、アルミニウムのような軟質金属などの素材を扱うのに最適です。ルーターは通常、工業用機械加工業者や中小企業の趣味家が、正確な設計の特徴的な製品を複製するために採用しています。

通常、複雑な設計には3軸ルーターや2軸ルーターが広く使われている。このうち、2次元ルーターはより単純な形状の部品に使われ、3次元部品は3次元の部品を使って作られる。とはいえ、CNCフライスほどの精度は出せない。なぜなら、工具と機械に基づいて詳細なCNCファイルを作成したり、回転させたりするプロセスには、多くの技術や熟練した専門家が必要だからだ。

CNCレーザーカッター

CNCレーザーカッターは、高エネルギービームのレーザーカットを用いてプロトタイプ製品を成形する技術である。

小規模企業でも十分に使用できる強度を持つレーザーカッターは、アルミニウムのような金属だけでなく、アクリル、織物、複合材、木材などの頑丈なプラスチックも扱うことができ、プロトタイプのCNC加工に適している。その柔軟性が、予算を超えることなく多くの試作品を作りたい小規模企業の間で最も人気がある理由です。

とはいえ、レーザー切断機では、切断工程で熱が発生するため、試作部品の表面に「焦げ跡」がつくことがある。また、これらのCNCカッターは、製品開発のために複数の軸を正確に使用できることがほとんどであるため、設計の複雑さは通常制限される。

CNCマシニングは、さまざまな製造分野に適用される理想的なプロセスと考えられている。CNC加工は、非常に詳細で複雑な形状の部品を、卓越した寸法安定性と高い精度で形成するのに役立ちます。大半の産業では、実用的なプロトタイプ、あるいは製品の機能性を示すバージョンが最も重要です。

これとは対照的に、剛性、機械的安定性、積層造形法では提供できない特殊な機能を必要とする機能的プロトタイプでは、通常、機械加工によるツーリングが選択される。

精密プロトタイプCNC加工の用途

ここでは、より大規模な部品生産プロジェクトを開始する前に、テスト用の軽量部品の成形や設計の検証に精密プロトタイピング加工を使用する様々な業界について説明します。ここでは、厳格な標準品質の厳密な仕様の部品や製品を製造するための主要なソースとしてCNC機械加工を使用する最も一般的な産業のいくつかを紹介します。

医療業界

医療分野では、CNCマシニングはプロトタイピングプロセスを高速化する最も重要な要素である。例えば、製薬会社は通常、最終的な生産前に製品の動作を実証するためにプロトタイプを必要とする。特に医療機器では、精度と正確さが最も重要な要素であり、CNC加工は、プロトタイプが最終製品の正確なコピーであり、意図された機能で完全に機能することを保証します。医療業界の例としては、装具、安全な筐体、インプラント、MRI装置、研究機器などがあります。

軍事・防衛産業

弾薬や軍用車両に必要な複雑なメカニズムが主な要因であるため、高速プロトタイピングCNC機械加工サービスは、防衛分野で非常に重要である理由です。

プロトタイプは、これらのメカニズムが正常に動作していることを保証するための主要なコンポーネントであるため、CNCプロトタイプ加工は最も好ましい方法です。航空機部品、輸送・通信システム、弾薬、各種機器などの製品やアイテムは、この業界でCNC機械加工によって製造される製品の例です。

航空宇宙産業

航空宇宙産業は、わずかな不正確さでも航空機部品の抵抗や摩耗を増大させる可能性があるため、精度に非常に敏感である。そのため、この業界では、生産に入る前に、完璧で欠陥がないことを確認するためにプロトタイプを用意する必要があります。プロトタイピングは、制御された環境で部品をテストするプロセスであり、実際の用途に適していることを確認します。

CNCプロトタイプ加工は、ランディングギアポート、ブッシュ、マニホールド、エアフォイルなど、この産業で使用される数多くのコンポーネントの製造に欠かせないものである。航空宇宙産業におけるコンピュータ数値制御（CNC）加工の広範な応用を探る。

自動車産業

自動車メーカーやOEMメーカーは、新しいデザインや美観の改善を繰り返すために、常にラピッドプロトタイピング製造を実践している。そのため、大量生産の前にテスト用のプロトタイプを製造する必要がある。これらのプロトタイプは、本格的な製造が始まる前に、それらが適切に動作し、適切にフィットし、テストされ、機能していることを確認するために厳格なテストに付されます。

プロトタイプのCNC加工プロセスは、与えられた仕様に従って設計された正確な車のプロトタイプを製造するための重要な要因である。また、CNCプロトタイピングは、貨物船、配送車などの様々な車両の部品を製造するために使用することができます。

ラピッドプロトタイピング加工の利点

ラピッドプロトタイピング加工の利点について説明しよう。

費用対効果：

CNC機械加工は、数個のプロトタイプを製造する必要がある場合、安価なオプションです。金型の準備と公差の調整に数ヶ月かかる射出成形とは異なり、CNCプロトタイプ機械加工は、設計図と公差の確定から数週間で開始できる。

高い耐性：

プロトタイプの製作をスピードアップする大きなメリットは、CNCマシニングで可能な高い公差範囲だ。逆に、CNCマシニングは、最終製品に非常に近い詳細なプロトタイプを作成するという点で、3Dプリンティングとは異なります。これは、構造テストや機能テストに特に有効です。

プロトタイピング 機械加工

ほとんどの場合、プロトタイプは生産の最終工程である。その上、プロトタイプは製品の問題点や欠陥を早期に特定するのに役立ち、また、この段階でほとんどの部品がすでに準備されているため、生産が加速される。

少量生産

ラピッドプロトタイピングは通常プロトタイピングと結び付けられるが、少量生産でも大きな成功を収めている。射出成形、真空鋳造、さらには3Dプリンティングなどの方法は、初期の市場需要を効果的に満たすことができる高品質の製品を生産する。

CNCマシニング・プロトタイピングの限界とは？

ラピッドプロトタイピング加工のデメリットについて説明しよう。

3Dプリントより高価：

CNCプロトタイプ加工は、小規模な新興企業にとっては3Dプリントよりもコストがかかる。さらに、CNCプロトタイピングで使用される原材料は、通常、PLAなどの3Dプリンティングで使用される材料よりも高価である。

このコスト差は、最終的な部品には機械加工を使うつもりでも、エンジニアが他のプロトタイピング技術を求める大きな理由となっている。開発はリソースを大量に消費するプロセスだが、企業は通常、初期のプロトタイピング段階でコストを削減しようとする。

環境に優しくない：

CNC加工は減法的なプロセスであるため、多くの廃棄物が発生する。この廃棄物は主に、再利用できないため捨てなければならない、欠けた金属やプラスチックでできている。このような要因が、CNC加工プロセスが環境に優しくない原因となっている。

従来型とラピッドプロトタイピングの比較ラピッドプロトタイピング：主な違い

従来、製品開発のプロトタイピングは次のようなステップを踏んでいた：

1. ソリッドモデリングソフトウェアを使用して製品を設計し、3D CADモデルと2D図面を作成するプロセス。この工程には通常、数日から数週間を要する。
2. 必要とされる正確な仕様の部品を製造するために、さまざまなメーカーから見積もりを得る。
3. 機械加工されたプロトタイプを手に入れるまでには、通常、数日から時には数ヶ月の長いターンアラウンドを要する。

従来のプロトタイピング技術では、砂型鋳造のように、粘土、木材、ワイヤー、テープなどの手作業で模型を作り、パーツを製作する。そのため、一般的にラピッドプロトタイピングには時間がかかる。CNC加工、3Dプリンティング、ラピッドプロトタイピングのような精密プロトタイプ加工により、エンジニアは今日、従来の技術よりも迅速かつ効率的に機能的なプロトタイプを作成することができます。

まとめ

CNCプロトタイプ機械加工は、独自の製造方法である。 プロトタイプ3Dプリンターは、さまざまな仕様の製品を製造するための迅速なターンアラウンドとサイクルタイムが特徴である。したがって、3Dプリンティングのような他の選択肢と比較して最も効率的です。その上、CNCマシニングは、実際の製品により近いプロトタイプを製造する。

また、自動車、航空宇宙、家電製品などの製造業界では、詳細な特徴や最小±0.005の正確な公差を満たすことで、高性能の内外装部品を提供するため、その使用は不可欠であり、広く普及しています。プロトタイプのCNC機械加工プロジェクトを開始する前に、プロジェクトの最適な結果を得るために業界の専門家に相談することをお勧めします。CNC加工プロトタイプがあなたのプロジェクトに最適かどうか、私たちにご相談ください。