金属のプロトタイプを作るための最良の方法

金属のプロトタイプは、航空宇宙から電子機器まで、多くの業界の企業にとって重要です。効率的な金属のプロトタイプは、より良い完成品につながる可能性があるためです。

この記事では、金属製のプロトタイプの重要性について説明し、プラスチック製のプロトタイピングよりも金属製のプロトタイピングが望ましい状況を検証します。

また、CNC機械加工、3D印刷（積層造形）、板金成形、成形、押し出しなど、金属プロトタイプを作成するためのさまざまな効果的な方法についても説明します。 AIXIには、複数のプロセスを組み合わせて、金属プロトタイプのニーズに最適なソリューションを提供する機能があります。

金属のプロトタイプとは何ですか？

製造業の世界では、プロトタイプは部品のモックアップまたはドラフトです。プロトタイプは製造が始まるずっと前に構築され、設計者が部品をテストおよび開発できるようにします。

プロトタイピングに使用する製造プロセスに応じて、プロトタイプはさまざまな材料から作成できます。

金属プロトタイプは、CNC機械加工、鋳造、板金成形などの金属製造技術を使用して作成されたプロトタイプです。それらは、アルミニウム、鋼、またはエンジニアリングチームが選択したその他の材料にすることができます。

金属は、試作段階のプロトタイプ（最終部品を厳密に模倣する高度なプロトタイプ）によく使用されますが、初期段階のプロトタイプにも使用できます。

機能的または美的理由、あるいはその両方のために、金属が好ましい場合があります。

なぜプラスチックのプロトタイプではなく金属のプロトタイプを作るのですか？

状況によっては、エンジニアは、最終的に金属で作られる部品のプラスチックプロトタイプを作成できます。

これは、いくつかの理由で発生する可能性があります。一方で、多くのプロトタイプには機能的または機械的な役割がないため、強度、延性、導電性などの特定の特性があるかどうかは関係ありません。

また、プロトタイプの材料特性が重要でない場合は、安価で入手しやすい材料を使用してプロトタイプを作成することは理にかなっています。多くの場合、プラスチックが最も安価なオプションです。

しかし、いくつかのプロトタイプには特別な機能があります。

機能的なプロトタイプ、ハイブリッドプロトタイプ、および実動前のプロトタイプはすべて、何らかの役割を果たす必要があり、特別なハードウェア特性が必要になる場合があります。多くの場合、金属はこれらの特性の最良の供給者です。

そして、機能しないプロトタイプでさえ、金属の恩恵を受けることができます。コンセプトを示すために使用される同様のプロトタイプは、特に部品が金属から大量生産される場合は特に、金属で作られていると見栄えがよくなります。

したがって、金属のプロトタイピングは、早期投資と商業的成功の可能性を高めることができます。

金属からプロトタイプを作成することには、長期的な経済的メリットもあります。

部品が最終的に金属で大量生産される場合、金属のプロトタイプを完成した金属製品に変えることは比較的簡単です。対照的に、3D印刷されたプラスチックのプロトタイプは、簡単に金属製造部品に変えることはできません。

金属プロトタイプの利点：

より良い機械的/機能的性能
より正確なテスト
より良い美学
投資家の関心のより多くのチャンス
本番環境への切り替えが簡単

金属のプロトタイプを作成するための最良の方法は何ですか？

形状、公差、または数量が原因で、一部の金属プロトタイプは、CNC機械加工や3D印刷などの単一の製造プロセスにのみ適している場合があります。

ただし、ほとんどの部品は、さまざまな方法を使用して製造できます。

この場合、最良の機械的結果を得るだけでなく、コストと製造時間を最小限に抑えるという観点から、どの方法が最良であるかを判断する必要があります。 ここでは、金属のプロトタイプを製造するためのいくつかの一般的な手法について簡単に紹介します。

金属加工のプロトタイプ

CNC機械加工は、金属のプロトタイプを作成するためのかなり手頃な方法です。

CNCマシンは、コンピューターの指示に従って金属切削工具をガイドします。この工具は、金属のブロックから材料の一部を正確に除去します。

機械加工は、デジタルCAD設計をプロトタイプ間で簡単に変更できるため、便利なプロトタイピングツールであり、効率的なワークフローが実現します。デザインを複製したり、他の人に配布したりするのも簡単です。

このプロセスは、さまざまな金属とも互換性がありますが、特定のグレードのアルミニウムは、価値と機械加工性の最良の組み合わせを提供する場合があります。

CNC機械加工のプロトタイプは、工具を必要とせず、最小注文数量がないため、非常に手頃な価格です。ただし、プロセスの減算的な性質のため、材料の無駄があります。

設計の自由度に関して、4軸および5軸CNCマシンは、詳細な特性を備えた複雑な部品を作成するための並外れた柔軟性を提供します。

利点：
低コスト、設計の自由、材料の選択

不便：
材料の無駄

以下は、AIXIによって製造された金属加工プロトタイプの例です。これは、CNC加工に適した部品の種類を大まかに把握するためのものです。

金属3D印刷のプロトタイプ

3D印刷は、金属のプロトタイプを作成するためのもう1つのかなり手頃な方法ですが、金属積層造形機は、プラスチックのみを印刷するFDM3Dプリンターよりもはるかに高価です。

3D印刷された金属のプロトタイプは、選択的レーザー溶融（SLM）や直接金属レーザー焼結（DMLS）などのAM技術を使用して製造できます。

CNC機械加工と同様に、3D印刷では入力としてデジタル設計を使用するため、設計を迅速に変更できます。

しかし、金属3D印刷の最大の利点の1つは、幾何学的な柔軟性です。金属3D印刷されたプロトタイプは、固体ブロックから切り取られるのではなく、層ごとに構築されるため、複雑な内部セクションを含む非常に複雑な特性を持つ可能性があります。

金属の試作品は、他の形式の金属の試作品よりも印象的な表面仕上げが少ない場合がありますが、適切な表面仕上げ処理によりこの問題を軽減できます。

AM粉末としていくつかの金属が利用可能ですが、オプションは他のプロセスで利用可能なものほど多様ではありません。

利点：
低コスト、設計の自由

不便：
部品強度、材料選択

アンダーカットと内部チャネルのため、これらは3D印刷よりも優れたオプションがない典型的な部品です。

板金プロトタイプ

板金製造は、板金の切断、変形、接合に関連する一連のプロセスです。ブラケット、ハウジング、工業用部品などの機能アイテムの製造に使用されます。

板金プロジェクトの場合、生産中に使用されるのと同じ板金技術を使用して、実用的な金属プロトタイプを作成することが有益な場合があります。

板金成形プロセスには、レーザー切断、パンチング、曲げ、押し出し、溶接が含まれます。

板金のプロトタイプは、丈夫で高品質であることが保証されています。ただし、複数の成形プロセスが必要な場合は、他の方法よりも高価になる可能性があります。

たとえば、穴のある直角ブラケットのプロトタイプには、レーザーカッター、ブレーキ、パンチプレスの3つの別々のマシンが必要になる場合がありますが、同様のプロトタイプは、CNCマシンまたは3Dプリンターのみを使用して作成できます。

プロトタイプの複数のコピーが必要な場合は、板金製造が特に役立ちます。

利点：
生産品質、製造プロセスの範囲

不便：
必要な時間、限られた設計の自由

金属押出プロトタイプ

金属押し出しは、一般的にプロトタイピングプロセスとは見なされない別の金属加工技術です。

押し出しプロセス中に、材料はダイのプロファイルされた開口部に押し込まれ、均一な断面を持つ細長い部品が生成されます。

ほとんどの押出成形会社は大量生産注文のみを処理し、1回限りのプロトタイプは時間の価値がありません。

ただし、金属のプロトタイピングに金属の押し出しを使用することが興味深い場合があり、AIXIはそのようなサービスを提供する数少ないプロバイダーの1つです。

押し出しはほとんどアルミニウム合金で行われ、金属棒、ブラケット、ガスケットなどの単純な部品に適したプロセスです。

このプロセスは、押し出し金属のプロトタイプが最終部品を厳密に模倣するテストおよび試作のプロトタイプに適しています。別の技術を使用して製造される部品にはお勧めしません。

利点：
ビルド品質

不便：
限られた範囲の材料