基礎的な加工方法である「切削加工」。精度の高さというメリットがありつつも、専門的な技術と手間がかかってしまいます。近年技術が進化している3Dプリントとの違いを取り上げ、どちらにコスト面でのメリットがあるのかを紹介します。
切削（せっさく）／切削加工とは？基礎知識をチェック
切削（せっさく）とは、専用の工具を用いて素材に穴を開けたり削ったりする加工技術のことです。
素材から不要な部分を除去して形作ることから「除去加工」とも呼ばれ、金属を中心に木材やプラスチックなど、さまざまなものを加工できます。
切削の方法は大きく「転削（てんさく）」と「旋削（せんさく）」の2種類に分けられており、切削加工には切削工具と取り付けるための切削機を使用します。転削は切削工具を回転させて加工物を削る方法で、逆に旋削は加工物を回転させて切削工具に当てて削る方法です。
切削加工は工具と素材の摩擦によって目的とする形を作り上げますが、工具は消耗品でもあるため、コスト面でも無駄がないよう加工しなければなりません。
工具の当て方や回転速度など、素材の特性や種類によって適切な条件に設定するための技術が必要です。
切削加工の特徴
切削は除去加工のなかでも代表的な加工方法で、同じ除去加工で砥石を用いる研削加工に比べ、専用の工具で削るため加工物を素早く形作れることが特徴です。
金型などの準備が必要なく高精度な形状を小ロットで生産するのに向いていますが、複雑な形状の場合、切削加工で形作ることが難しい場合もあります。また、加工費用が高額になるケースもあるため、状況に応じて使い分けるのが効率的です。
具体的には、板にネジ穴やキリ穴などをあけたベースとなるプレートや、面取りを施したブロックなどシンプルな部品が作成可能です。加えて、一方向だけでなく複数の方向からの穴加工や、なめらかな曲面加工なども切削できます。
特徴をあげたところで、切削加工のメリット／デメリットをそれぞれ詳しくみていきましょう。
切削加工のメリット
高精度な加工が可能
作業者の経験や技量に左右されますが、直接切削工具で素材を削ることで希望する形状に仕上げることが可能です。素材の厚みも制限がないため、加工の自由度が高いです。複雑な形状のものや1点物の制作に向いていると言えます。
加工できる素材が豊富
加工する素材によって加工の歯やすさが変わりますが金属や木材、プラスチックなど幅広い素材を高精度に加工できます。使用する用途とそれに見合う素材を探求できるでしょう。
小ロットを安価で仕上げられる
小ロットでの生産方法に向いており、難易度の高い素材でなければ安価に加工が可能です。量産を目的としないのであれば短期間で加工物を手に入れられます。
切削加工のデメリット
- 切削の危険性など
- 切粉（読み方は「きりこ」）
切粉などの無駄が多い
切削加工は素材を削るという特性上、必ず切り屑である切粉が発生します。当然切粉は細かい屑なのでごみとなり無駄になります。また、切れ端などもサイズによっては再利用が難しい場合もあり、無駄なコストとなってしまいます。
量産に不向き
精度が高い分、ひとつの加工物を仕上げるのに時間がかかるため量産には向いていません。基本的には1点物など少ないロット数で使用する加工法と考えましょう。加えて素材を削る方法であるため、切削工具自体も摩耗します。高い精度を保つためにも工具の管理も欠かせません。
加工できない形状がある
切削加工は精度が高いですが、1つの素材から削るという加工方法がゆえにつくることができない形状があります。工具が届かない部分や物理的に削れない箇所は加工が不可能です。後述しますが切削加工が対応できないものも3Dプリントであれば作ることができます。
これだけは覚えておきたい！切削加工の種類
ここでは切削加工の代表的な3つを紹介します。
切削加工で使用するのがフライス盤という切削工具です。フライスは刃物を意味し、回転させて金属などを切削することができます。
汎用フライス
汎用性フライスとは切削加工に用いる工具を取り付けて、手動で操作するフライス盤のこと。細かな調整ができるため作業者の技量が直接反映されます。複雑な形状のものや1点物の制作に向いています。加工の基礎とも言える方法です。
NCフライス
NCフライスとはコンピューターによる数値制御で加工するフライス盤です。NCはNumerical Controlの略で数値制御を意味します。作業者によって品質が変わる汎用フライスとは違い、数値で切削加工をコントロールすることで精度が向上。コンピューターのおかげで、加工物の出来栄えにばらつきがなくなりました。
マシニングセンタ
マシニングセンタとはNCフライスと同様に数値制御ができ、かつ工具も自動で交換ができるようになったフライス盤です。複数の工具を自動で付け替えできるようになったことで効率が大幅に向上しました。穴あけや曲面など複雑な切削を連続的に行い、さまざまな形状を作成できます。
切削加工と3Dプリントの違いは？メリットを比較
最近ではこれまで一般的に使われていた切削加工の代用として、3Dプリントを用いた方法が取り上げられています。ここでは切削加工にはない3Dプリントのメリットをご紹介します。
切削ではできない形状がつくれる
3Dプリントは素材を積層することで目的とするかたちをつくることができます。上述した通り切削加工では金属や木材などの素材から削り取らなければなりません。その特性上、工具が届かない箇所などは加工が不可能というデメリットがありました。
その点3Dプリントは、3DCADデータをもとにスライスされた2次元の層を積み重ねていき目的とするかたちをつくりあげます。この方法であれば中空構造などの複雑な形状もそのままつくることができます。
コストが削減できる
3Dプリントは一度データを作成してしまえば、あとは自動で成形できます。準備作業の多くをパソコン上で行えるので、場所を選びません。切削加工とは違い、工場などで専用の工具を用いる必要があるのと違って、管理費・人件費などのコストを大幅に削減できます。
納期の短縮
切削加工は精度が高いかわりに、小ロットで最低でも1週間程度の加工期間がかかりました。3Dプリントであれば3Dデータができ次第、出力が可能。数時間から1日程度で成形することができます。また、一度に複数の出力も可能で量産にも向いています。
切削加工から切り替え！3Dプリンター活用例
活用事例①「機械加工機で作れなかった産業用機械部品を3Dプリントサービスを活用してリアルシリコンで造形 株式会社佐藤製作所」
切削加工が難しいゴム素材ですが、3Dプリンターを活用することで金型では制作できない複雑な形状を造形することが可能に！
活用事例②「風力発電用小型風車の実験装置をチタンで造形 徳島大学 創成科学研究科 理工学専攻 機械科学コース 流体機械研究室」
大学で使用する実験装置の納品に1~3か月かかっていたものが、3Dプリンターを利用することで1か月以内にまで短縮！
切削加工を3Dプリンターに替えることでコスト削減に繋がるかも
切削加工はこれまで使用されてきた加工方法で精度も高いですが、量産に向いていない点や費用面などのコストが懸念点です。切削加工の代わりに3Dプリントを活用することで、特殊な場所や専用の工具を必要とせずに好きなタイミングで目的とするかたちを作ることが可能になります。また、切削で発生する切粉などの無駄もなく、コスト削減につながるでしょう。
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