CNC工作機械が何を作っているのかが分かったところで、次はどんな場所で見つけることできるのか、代表的な例を2つご紹介します。
一、中小加工業者
街を歩いていたりGoogleマップを見ていると、「〇〇製作所」や「〇〇鉄工」と書かれた看板や表示を見かけることがあります。そのような中小加工業者は、もしかしたらCNC工作機械を設備しているかもしれません。あなたの家の周りの鉄工所も、もしかしたら私たちの生活と密接に関わる自動車・飛行機・ロボット・医療機器の部品を削っているかもしれませんね。
町工場にとってCNC工作機械は一世一代の大勝負
CNC工作機械は新品で購入すると安いものでも500万円、高性能・多機能なものでは5000万円や1億円を超えるものもあります。年間売上高が数千万円〜数億円、従業員数が1名〜5名ほどのいわゆる「地元の町工場」にとって、CNC工作機械への投資は、会社の今後の経営を左右する一世一代の大勝負なのです。
だから多くの町工場の経営者は、投資する工作機械の機種やオプションの選定、更に工作機械購入後の加工依頼の確保に常に神経を遣っています。
二、大手メーカー
自動車、航空機、ロボット、医療機器、家電、電子機器、工作機械などの最終製品をつくる、いわゆる大手メーカーも、CNC工作機械の大きな需要家の一つです。自社内での加工や外注品の修正のためにCNC工作機械が設備されることがあります。
数万〜数十万個単位の量産部品の加工では、複数の専用CNC工作機械、産業用ロボット、加工物の自動搬送装置などを組み合わせた「トランスファライン」という切削加工システムを構築することもあります。このシステムの構築には、工作機械メーカー、産業用ロボットメーカーだけでなく、「ロボットSIer」と呼ばれる、ロボットシステムを提案・設計・施工する専門の事業者が関わることも多くあります。
大手メーカー生産技術者とCNC工作機械
一台だけでも非常に高額な工作機械。更にトランスファラインのような産業用ロボットと組み合わせた大規模なシステムは、1億円から10億円を超えるものも珍しくありません。
当然導入する大手メーカーでは幾多の投資効果検証、予算申請、稟議承認手続きが踏まれます。そして導入後は、検証した効果（切削時間短縮、生産量アップ、加工品質向上、工程集約など）が生産現場で実際に出るかが常に試されます。
導入をリードする部署や生産技術者は、高額設備が効果を出して会社の利益に貢献すれば高い評価を得られます。その一方で、想定した効果を得られずに赤字設備になってしまったら…。大手メーカー生産技術者にとって、CNC工作機械やシステムの導入は出世の大きな登竜門の一つです。従って生産技術者は、導入するCNC工作機械の機種やオプション選定に非常に気を配り、しばしば自社の生産工程に合った特注オーダーメイド仕様が多数詰め込まれることもあります。
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鍛造加工が強度に優れるのに対して、鋳造加工は形状の自由度が高いのが特徴です。
■鍛造の場合
鍛造は素材に何度も強く力を加えることで、金属中に気泡が発生しづらく、適切なメタルフローラインを形成することで非常に耐久性のある製品を作成することができます。しかしそのぶん加工にはかなりの力が必要であり、時間もかかります。複雑な形状に関しては、そもそも型が対応していない場合もあります。
■鋳造の場合
鋳造は型の自由度が高いため、複雑な形状でも比較的安価に作成することができますが、一方で溶融した金属を冷却して固める際に内部応力が残る場合があり、製品の強度に不安が残ります。応力を取り除く加工も可能ですが、仕上げの段階でそういった工程が入ることを考えると、必ずしも鋳造のほうが低コストで済むとは限りません。
一般に、加工に時間がかかるため鍛造加工は大量生産には不向きであり、鋳造のほうが低コストで加工可能なため大量生産向きであるとされています。しかしどちらも同じ型を何度も使用できる点は共通であり、後加工の要不要も加工精度によるため、一概にそうとは言い切れない部分もあります。
例えば型の作成にかかるコストは、木型や発泡型の砂型鋳造が低く済みます。そのため、少量多品種生産においては砂型鋳造のほうが圧倒的に向いていると言えるでしょう。しかしこれについても、型を用いない自由鍛造であれば同じく少量多品種生産に向いていると言うことができます。
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レーザー焼結法（SLS）の原理は、粉末状の素材（金属、ナイロン、セラミックなど）にレーザーを照射して焼結させる方法である。高電力のレーザーが使用され、物体の形状に従って一層ずつ造形していく。
もともとレーザーは、工業用に切断や溶接で用いられていたが、固体粉末の融点よりも低い温度でレーザーを照射すると固まって焼結体と呼ばれる緻密な物体になる。レーザー焼結法はこの金属の物質としての特性を利用して作られた技術であり、量産加工ではないオンデマンドの製造技術として期待される。
金型や鋳造での成型方法は、熱可塑性樹脂や金属を完全に溶かした後、型に入れて冷却し固形化するが、焼結の場合は融点よりも低い温度であるため、物体は完全には液体状にならない。
従来からの形状を保ちながら物体として融合、一体化することができる仕組みである。焼結によって作り出される物体は、密度や強度は大きくなる特性がある。
レーザー焼結法（SLS）の仕組みは、造形ステージに粉末材料を敷き詰めてそこにレーザービームを照射する。一般的には粉末供給部が左右にあり、ローラーで粉末を供給しながら造形していく。1層分の造形が終わると、造形ステージが1段下がり次の層の造形を開始する。基本的に粉末状の材料の中で造形されるため、そのほかの3Dプリンターで当たり前のサポート材は不要となる。
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自動車業界では、部品や治具、製造設備の新たな製造方法として3Dプリンタに期待が集まっています。
既に、樹脂材料を使用した3Dプリンタは、受注生産品などの製造や治具の制作に適用されており、
近年は金属3Dプリンタの採用も少しずつ進んでいます。
自動車業界における金属3Dプリンタの用途は、主に設計開発段階のプロトタイピングや受注生産のリピート品です。
一方で、大量生産が必要な量産部品への適用事例は、2022年時点ではほとんど確認できていません。
また、ダイキャスト金型など自動車製造設備への適用が増えています。
金属3Dプリンタを活用すれば、内部に冷却路を内蔵させたダイキャスト金型を製造することが可能です。
これまでの金型の製造方法では、内部に冷却水路を設ける際の手段として外部からドリル加工でおこなう方法しか無く、
単純な直線形状しか実現できませんでした。一方で金属3Dプリンタであれば複雑な冷却水路を一体で製造することが可能です。
金型内部に最適な冷却水路を内蔵することで、成型製品の品質に大きな影響を与える金型の表面温度をコントロールすることができます。
また、金属3Dプリンタは、使用し続けて摩耗した金型の修復にも採用されています。
通常は、完成品に必要な精度を実現できなくなった場合には新しい金型を製造する必要があります。
しかし、金属3Dプリンタであれば、摩耗部分に限定した材料の積層が可能なため、新たに金型を作り直す必要はありません。
金型の再製造による部品の生産スケジュールへの影響を最低限に抑えることが可能です。
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金属を使った粉末には基本工程があります。ここでは、ポピュラーなパウダーベッド方式を例に解説します。
3Dモデルのデータを作成する
3Dプリンタで金属の粉末造形を作成するためには、3Dデータが必要です。
3DCADや3Dソフトなどを使いデータを作成しなければならないため、ツールの活用を検討しましょう。
実際の造形は、この３Dモデルデータを積層厚ピッチ毎のスライスデータとして造形を実施します。
金属の粉末材料を敷き詰める
パウダーベッド方式では、金属の粉末を積層厚ピッチ毎に敷き詰めなければなりません。
造形ステージに金属粉末を敷き詰めるのには、時間を要しますが、精度が高い造形を作成できます。
造形部分にレーザーなどを照射する
敷き詰めた金属粉末の造形したい部分に、レーザービームや電子ビームを照射し、一層分の溶融凝固を完了させます。
上記（敷き詰めとレーザーなどの照射）を繰り返し次の層を作る
完成形のデータに基づき、造形物が完成するまで、先に解説した操作を繰り返し、一層一層積層していきます。
粉末材料の中から造形物を取り出す
作業が終われば、金属粉末中に埋もれている造形物を粉末の中から取り出します。
注意すべき点は、レーザービームや電子ビームなどが照射されなかった金属粉末は、固化されないことです。
体内にはいらないようにしましょう。
仕上げをおこない完成させる
用途に応じて造形物の仕上げを行います。機械加工や研磨などが必要となる場合もあります。
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