切削加工と3Dプリンターはどちらを選ぶべき？徹底比較 | 業務用3Dプリンター メディア厳選おすすめメーカー3選

切削加工と3Dプリンターはどちらを選ぶべき？徹底比較

2023/07/31

工業製品を製造するための方法は多岐にわたりますが、その中でも特に最近注目されているのが切削加工と3Dプリンターです。この2つの方法は、製造工程や製作できるものも異なりそれぞれメリット、デメリットがあります。

それぞれの方法の特徴とメリット、デメリットを理解することで、製品開発や製造プロセスの最適化に役立てることができます。

試作品作成における切削加工とは？

切削加工法は、大きな材料から不要な部分を削り取ることで製品や部品を作る製造方法です。その最大のメリットは、高精度で強度のある製品を作ることができる点にあります。これは、精密な切削工具と細かく制御された切削パスにより、製品の細部まで詳細に形成できるからです。

また、金属からプラスチック、木材まで、さまざまな材料に対応できるのも切削加工の利点です。そのため、これは製造業において広く用いられています。

しかし、一方で切削加工法にはいくつかの課題もあります。製品を作る過程で余分な材料を削り取るため、材料の使用効率が必ずしも高いとは言えません。また、準備作業に時間がかかるのも問題で、特に複雑な形状の製品や大量生産の場合、それがコストアップにつながります。

さらに、外注制作の場合、事前の準備作業に時間がかかるため、試作品の完成までに1週間以上もかかることがあります。その結果、時間と費用の両面で大きなコスト負担を伴うことがあります。

試作品作成に3Dプリンターを利用する方法

3Dプリンターとは、3Dデータを薄くし2次元形状を積み上げてデータと同じ立体モデルを作成する機械です。

デジタル設計から物理的な製品を直接作り出すことができるため、試作品を迅速に作成することが可能です。

複雑な形状の製造も得意としており、3Dプリンターは内部構造や中空構造のような複雑な形状を持つ製品を作成するのに特に適しています。これは、積層製造法により、層ごとに任意の形状を作ることができるからです。

デザインの変更も簡単なのも特徴でCADデータを変更するだけで、製品の設計を容易に変更することができます。データの準備ができ次第すぐに出力が可能で、一度に複数の試作品を作れるのも特徴です。

また、3Dプリンターは必要な部分のみを作成するため、材料のコストが抑えることができます。欠点としては、次のようなものがあります。

3Dプリンターは、使用できる材料に制限があるのが特徴です。主に樹脂、金属を使用されていることが多いです。

一般的に、3Dプリンティングは切削加工などの伝統的な製造方法と比較して、寸法精度や製品の強度が低い傾向があります。

3Dプリンターは、中空構造、一体成型、透明素材パーツといったものを作成する際に最適です。

切削加工と3Dプリンターの違いとは？

切削加工と3Dプリンターは、共に製品を作成するための製造技術ですが、その原理と利用方法は大きく異なります。

切削加工は、基本的には大きな材料ブロックから不要な部分を取り除く（切削する）ことで製品を作り出す製法です。寸法精度が高く、広範な材料で使用可能な点がメリットとして挙げられます。そのため、最終製品のパーツの制作で用いられる事が多いです。

しかし、材料の使用効率が低く、複雑な形状の製造や大量生産には時間とコストがかかる傾向があり、特に外部制作の場合、製作時間もコストも大幅にかかってしまいます。

また加工の自由度は高くなく、切削加工は中空構造のものや内部で曲がる穴の加工などはできないという点もデメリットといえます。

一方、3Dプリンターは積層製造法を用いて、材料を一層ずつ積み上げて製品を作成します。3DプリンティングにはFDM方式、SLA方式、SLS方式などがあり、それぞれ異なる材料と用途に対応しています。

3Dプリンターでは一般的な手法のFDM方式は、熱で溶かしたプラスチックなどの材料をノズルから押し出し、一層ずつ積み重ねて製品を作り出します。家庭用から業務用まで幅広い用途で使用されています。

SLA方式は、特殊な樹脂を紫外線レーザーで硬化させながら一層ずつ積み重ねていきます。精密な製品や美しい表面仕上げが必要な場合に適しています。

SLS方式は、粉末状の材料をレーザーで焼結（一部を溶かす）しながら一層ずつ積み重ねます。金属や樹脂など様々な材料を使用でき、強度が必要な製品に適しています。

このように、3Dプリンターは材料や製品の形状などによって対応できます。

切削加工との違いは次のようなものにあります。

一つ目は、試作品を迅速に作成できるという点です。デジタル設計から物理的な製品へと直接変換するため、試作品の作成が迅速に行えます。これは、製品の設計や改善のサイクルを大幅に短縮することを可能にします。

二つ目は、複雑な形状の製造が可能であるということです。3Dプリンターは、内部構造を含む従来の製造法では難しかった複雑な形状の製品を製造することが可能です。

中空構造や内部で曲がる穴がある部品、建設・建築模型などの製作に向いています。

三つ目は、コストを最低限に抑えることが可能という点です。必要な部分のみを作り出すため、材料の使用効率が高く、浪費を抑えることができます。

四つ目は、デザインの柔軟性です。3Dプリンターでは、CADデータを編集するだけで製品の設計を容易に変更することができます。これは、特に製品開発の初期段階やカスタム製品の製造において非常に有用です。

3Dプリンターの最大の強みは、その自由度の高さと柔軟性にあります。具体的な型を必要とせず、デジタルデータに基づいてさまざまな形状の出力が可能なため、製品の幅広いニーズに迅速に対応できます。

たとえば、義肢の作成や絶版部品の再現など、特定の要件に合わせた製品を必要とする場合や、製造ラインで使用する特別な治具のような多品種少量生産に、3Dプリンターは大いに役立ちます。さらに、車のカスタムパーツのように、多様な顧客の要求に応える製品の開発にも適しています。

また、3Dプリンターはデータを基に製造を行うため、必要なときにすぐに同じ製品を作り出すことが可能です。

これにより、売れ残りや余剰在庫というリスクを抑えることができます。つまり、3Dプリンターは、製品のカスタマイズと効率的な在庫管理を両立する、革新的な製造ツールといえます。

しかし、厚みのあるもの、中空ではないブロック形状のものの製作に3Dプリンターはあまり向いていません。

切削加工がおすすめな場合は以下のとおりです。

• 高精度で製品を製造する
• 硬い材料を使用する
• 大量生産する
• 一般的な形状の製品を製造する

3Dプリンターがおすすめな場合は以下のとおりです。

• 迅速な作成が必要である
• 複雑な形状や内部構造を持つ製品を製造する
• 多品種少量生産を行う
• 在庫リスクを減らしたい
• カスタマイズした製品を製造する

結論として、高精度で大量生産が必要なら切削加工、迅速な製作や複雑な形状、多品種少量生産が必要なら3Dプリンティングがおすすめです。どちらを選ぶかは、製作する製品や目的によります。

3Dプリンターは、切削加工では制作できない複雑な形状のパーツや中空構造のものを短期間で迅速に制作できるというメリットが挙げられます。

しかし、デメリットもあり、制作で使用できる材料が限られていること、精度や強度が低い点が挙げられますが、その一方で切削加工は、高精度で強度も高いものを制作できるというメリットもあります。

このようにそれぞれの方法にメリット、デメリットがあるので目的や制作予定の製品がどちらの方法で制作する方が最適か、しっかり見定めて選ぶと良いでしょう。