これまでの加工方法(切削)となにが違うの?

これまで試作品や治具の製作には、一般的に切削工法が用いられてきました。3Dプリンターによる工法と比較されることが多いですが、両者の加工方法には特徴があり、対象物や目的によってうまく使い分けていくことが求められます。ここでは、両者の違いと3Dプリンターならではの効能を紹介します。

切削加工と3Dプリントの違い

切削加工法

切削加工法とは、様々な工具を使って切り削る加工方法です。大きめの材料から不要な部分を取り除いていくため、除去加工とも呼ばれています。金属加工を中心に木材やプラスチックなど、多様な素材で一般的に用いられる加工手段で、切削機などは多くの製造業の現場で導入されています。3Dプリントと比べて非常に高い精度が出せることから、実際の製品と同じ材料で試作をしたり、最終製品のパーツを製作するのに利用されます。一方で、1点あたりのコストが高く、外注する場合は最低でも1週間程度の時間が必要となります。

切削加工法

様々な工具を使って切り削る加工方法で
多様な素材で一般的に用いられる加工手段

画像:切削加工法

3Dプリント(積層法)

積層法は、3DCADデータをもとにスライスされた2次元の層を1枚ずつ積み重ねていくことで立体モデルを製作する加工方法です。切削加工と比べて低コスト・短納期であることがメリットです。また造形物の強度、精度、気密性、耐熱/耐水性は、造形方式や素材によって大きく変わることから、利用目的に合わせた最適な機種と素材の選定が不可欠となります。また一部のハイエンドな産業用プリンターであれば、最終製品のパーツを製作することも可能です。

積層法

3DCADデータをもとにスライスされた2次元の層を
1枚ずつ積み重ねていくことで立体モデルを製作する
加工方法

画像:3Dプリント(積層法)

試作における工法の違い

加工方法 品質 コスト 製作期間
切削加工法 ・最終製品と同様な材料を加工でき、高精度 ・中空構造など作成できない形状がある ・制作前の段取りに多くの準備
コストがかかる
・一般に外注加工費が高額
外注制作の段取りに多くの工数がかかるため、試作の完成に時間を要する (最低でも1週間以上)
3Dプリント(積層法) ・中空構造など複雑な形状も一体
成型可能
・使用できる材料については制限がある
3Dデータ変換など準備作業の多くはデスクトップ上ででき、社内で造形すれば材料費以外のコストを大幅に圧縮 ・データ準備後、すぐに試作を出力できる(社内の場合、数時間~1日) ・一度に複数の試作品の出力も可能

3Dプリンターが効果的なケース

中空構造

切削機は、中が空洞になっている構造、または造形物の内部に更に造形物があるといった複数の部品が絡み合った形状は加工できません。また、刃物が入りにくい形状やドリルが届かないような形状も加工が困難で、コストや納期に跳ね返ってきますが、3Dプリンターなら容易に造形できます。また、内部を中空モデル化することで造形時間の短縮、材料コストの圧縮などのメリットもあります。

関連記事: 技術者が語る3Dプリンターのいろは
「モデルの中空化と抜き穴で、造形時間短縮&品質向上」を読む

画像:中空構造

一体成型

例えば幾つかの部品が組み合って動く構造の造形物であっても、一体成型できるのが3Dプリンターです。組み立て作業不要で直ちに動作確認できるため、試作に用いればスピードアップにつながります。また切削機械と違って樹脂や石膏の造形しかできないというイメージが残っているかもしれませんが、現在は金属素材で造形できる3Dプリンターもあります。

関連記事: 技術者が語る3Dプリンターのいろは
「3Dプリンターならではの形状(ちょうつがい)」を読む

画像:一体成型

透明パーツで内部構造を確認

透明樹脂素材を高精度で造形できるのも3Dプリンターの特徴です。内部構造が見えるスケルトンの模型をつくり、作動状況を確認することができます。例えば気体や液体を通す測定器械を作成する際、設計通りに気流や水流を測ることができるかを実際に目で見て確認できるようになるのです。またスケルトンの模型は測定器械の他に医療分野などでも活躍。血管を忠実に再現して手術のトレーニングに活かすといった用途も注目されています。

画像:透明パーツで内部構造を確認

コスト/納期

3Dプリンターで試作を行うメリットは、従来の工法と比較して各種段取り作業など初期準備にかかる工数が短縮できること。手軽にイメージ通りの試作品が仕上がるため、試作を繰り返し、品質向上と納期短縮につなげることができます。さらに自前の3Dプリンターがあれば、例えば海外の加工業者などに依頼するよりも圧倒的に速く試作でき、同時に物流コストを抑えることにも寄与します。また試作に限らず、小ロットの製品やサービスパーツといった最終製品を3Dプリンターでオンデマンド生産すれば、在庫削減や製造リードタイム短縮の実現も可能です。

画像:コスト/納期

イメージ通りの造形

例えば高精度の部品や、複雑な構造の器械を試作する場合、切削加工業者に外注したけれど「発注通りの試作品が上がってこなかった」という経験はないでしょうか。 設計データをそのまま出力する3Dプリンターであれば、その忠実な再現性により「やり直し」が発生するリスクを低減し、納期短縮とコスト圧縮を実現します。
3Dプリンターには様々な造形方式や材料があるため、最適な機種選定が重要です。「どの機種を選んだらよいか分からない」といった方はお気軽にリコーまでお問合せください。

画像:イメージ通りの造形

※カメラボディを造形し、一部パーツを後から取り付けています。