CNC加工が不可能な材料とは？その理由と代替手段

1.1 極低密度フォームゴム

多くの人が日常生活で低密度フォームラバーを目にすることがあるでしょう。例えば、安価なクッション、安価なマットレストッパー、軽量梱包用フォームなどに使われている柔らかい低反発フォームなどです。これらのフォームは構造強度が極めて低く、CNC切削工具が接触すると、目的の形状にきれいに切断されるのではなく、圧縮、伸長、または破断が生じます。CNC工作機械の調整可能な最小切削力でさえ、不可逆的な変形を引き起こす可能性があります。さらに悪いことに、切断後、フォームは設計寸法を維持できず、予期せぬ反発や収縮を起こし、仕様に合わない部品が残ってしまいます。

1.2 高粘度ソフト接着剤

一般的な例としては、仮止めテープ（マスキングテープや再剥離可能な固定テープなど）の接着層や低品質の感圧接着剤が挙げられます。これらの材料は、CNC加工において2つの重大な欠点、すなわち高粘度とほぼゼロの剛性という欠点を持っています。CNC工具が回転すると、接着剤が工具の表面に付着し、工具の動きを妨げ、切削経路を損ないます。また、回転する工具は接着剤を引っ張って伸ばすため、不均一でギザギザしたエッジや、形状の崩れた部品が発生します。さらに、接着剤はCNCワークベンチや工具を汚染するため、時間のかかる清掃が必要になるだけでなく、将来のプロジェクトで二次汚染のリスクも生じます。

CNC加工は、切断、穴あけ、フライス加工など、材料を成形するために制御された力を加える加工です。非常に脆い材料は、この力を吸収する靭性が不足しているため、加工中にすぐに割れ、欠け、あるいは完全に破片化してしまうことがあります。

2.1 薄いガラス板（厚さ<0.5mm）

厚いガラス（例えば3mm以上のホウケイ酸ガラス）は専用のCNC装置で加工できますが、薄いガラス板（スマートフォンのスクリーンプロテクターやマイクロ流体チップに使用されるような0.5mm未満）は加工できません。CNC工具が切削力を加えた瞬間、薄いガラスは瞬時に割れてしまいます。切削速度を最低に設定し、切削力を最小限に抑えたとしても、工具からの応力は薄い材料に急速に伝わり、粉々に砕けてしまいます。穴あけ加工はさらに危険で、ドリルビットが最初に接触した際にガラスがほぼ確実に粉々に砕けてしまい、正確な穴を開けることが不可能になります。

2.2 超脆性セラミック材料

ほとんどのセラミック（アルミナやジルコニアなど）はダイヤモンドチップ工具でCNC加工できますが、多孔質濾過セラミックや低密度アルミナセラミックなどの超脆性セラミックは、従来のCNC加工方法では加工できません。これらのセラミックは、緩い多孔質構造と極めて低い破壊靭性を有しています。CNC工具で切削またはフライス加工すると、セラミック粒子が剥がれ落ち、粗く凹凸のある表面や、寸法要件を満たさない部品が残ります。CNC工作機械からのわずかな振動（高速加工時によく発生します）でさえ、ワークピース全体に亀裂が生じる可能性があります。

CNC加工では、工具と材料の間に摩擦が生じ、熱が発生します。反応性の高い材料の場合、この熱が工具、周囲の空気、あるいは切削液との望ましくない化学反応を引き起こし、部品の品質を損なうだけでなく、CNC加工機自体にも損傷を与える可能性があります。

3.1 アルカリ金属（ナトリウム、カリウム、リチウム）

アルカリ金属は反応性が高いことで知られており、空気中で急速に酸化し、水と接触すると爆発します。CNC加工においては、摩擦熱によって切削液（ほとんどの場合、水を含みます）や空気中の酸素との反応が加速されます。この反応により、高熱と可燃性ガス（水素など）が発生し、深刻な安全上の危険が生じます。さらに、反応生成物（金属酸化物など）が工具やワークに付着し、精密な切削が不可能になります。さらに、アルカリ金属は柔らかいため、CNC工具の力で変形し、加工の課題をさらに複雑化させます。

3.2 反応性希土類金属（セリウム、ランタン）

電子機器、磁石、電池に使用される特定の希土類金属は、高温下で非常に反応性が高いです。CNC加工では、摩擦熱によってこれらの金属が工具材料（通常は炭化タングステンまたは高速度鋼）と反応します。この反応は工具を侵食し、寿命を著しく縮め、切削ムラを引き起こします。また、この反応はワークピース表面に硬くて粘着性のある化合物を形成し、除去がほぼ不可能なため、部品の仕上げを損ないます。

CNC加工では、安定した切断と正確な結果を得るために、材料が均一で安定した構造を持っている必要があります。ランダムなテクスチャ、ひび割れ、または不均一な気孔を持つ材料はこの基準を満たせず、CNC加工の信頼性が低下したり、不可能になったりします。

4.1 凹凸のある天然石

花崗岩や大理石は、密度が均一であるため、カウンタートップや装飾品として広くCNC加工されています。しかし、多孔質でランダムな亀裂のある石灰岩や、不均一な鉱床を持つ砂岩など、一部の天然石はCNC加工できません。これらの石材は組織が不均一であるため、硬度と密度が材料全体で大きく異なります。CNC工具で切削すると、予測できない抵抗に遭遇します。柔らかい部分では深く切削しすぎ、硬い部分では浅く切削しすぎてしまいます。その結果、寸法が不一致になり、表面が不均一な部品が出来上がります。さらに、工具が不均一に摩耗し（寿命が短くなります）、切削中に石材のランダムな亀裂が拡大し、ワークピースが砕けてしまうこともあります。

4.2 不規則な孔を持つ多孔質材料

例としては、気孔サイズが均一でない発泡金属（軽量構造部品に使用）や、気孔分布がランダムな多孔質セラミック（ろ過用）などが挙げられます。不規則な気孔は、切削中にCNC工具の支持力を失います。工具が気孔に当たると振動し（「チャタリング」と呼ばれます）、この振動によって表面品質が損なわれ、精密な切削が不可能になります。さらに、気孔パターンが予測不可能なため、CNCパラメータ（切削速度や切削力など）を一定に設定できず、たとえ材料を加工したとしても、厚みが不均一だったり、エッジが粗かったり、欠損部があったりする部品ができてしまいます。

プロジェクトに上記のいずれかの材料が必要な場合は、CNC の制限に惑わされずに、実績のある代替方法があります。

●非常に柔らかい/変形可能な材料の場合: ダイカット (フォームガスケットなどの平らな部品の場合)、真空成形 (柔らかいプラスチック筐体などの 3D 形状の場合)、または柔軟なフィラメントを使用した 3D プリント (TPU など) を使用します。

●  非常に脆い材料の場合：レーザー切断（薄いガラスや脆いセラミックに最適）またはウォータージェット切断（割れを防ぐために高圧水を使用）が最適です。小型で精巧なセラミック部品の場合は、精密研削も選択肢となります。

●  反応性の高い材料の場合：酸化を防ぐため、不活性ガス（アルゴンなど）雰囲気下で加工します。鋳造や押し出し加工（ナトリウムなどの金属の場合）は、CNCよりも信頼性が高いです。

●  不規則構造の材料の場合：成形（プラスチックまたはセラミックスの場合）または焼結（多孔質金属の場合）により均一な部品を作製できます。少量生産の場合は、手作業（丁寧な研磨または研磨を伴う）が実用的となる場合があります。

CNC加工サービスのリーディングプロバイダーとして、私たちは数百社ものお客様の材料選定と加工における課題解決をサポートしてきました。CNC加工が可能かどうかご不明な材料でも、加工が難しい材料に対する特別な対応策が必要な場合でも、当社のチームがお手伝いいたします。お客様のプロジェクトを評価し、最適な材料と加工方法をご提案し、お客様の仕様を満たす部品を、納期と予算内で納品いたします。

準備はできましたか？今すぐ無料相談にご連絡ください。どんなに複雑な素材のニーズにも対応し、当社の専門家がお客様のデザインを完成品へと仕上げるお手伝いをいたします。

1. どんな柔らかい素材でも CNC 加工できますか?

いいえ。十分な剛性を持つ柔らかい素材（例：中密度フォーム、またはPVCのような硬質プラスチック）のみが機能します。極端に柔らかい素材（低密度フォームラバーなど）は変形しやすくなります。

2. 薄いガラスをCNC加工する方法はありますか？

0.5mm未満のガラスの場合、従来のCNC加工は不可能です。レーザー切断またはウォータージェット切断が唯一の信頼できる代替手段となります。

3. 反応性金属が CNC ツールを損傷するのはなぜですか?

CNC 加工中の摩擦熱により、反応性金属 (セリウムなど) が工具材料 (炭化タングステンなど) と反応し、工具が摩耗して切削が台無しになります。

4. 多孔質材料を CNC 加工することはできますか?

気孔が均一で小さい場合（例：一部の独立気泡フォーム）に限ります。不規則な気孔を持つ材料（ランダム気孔フォームメタルなど）は、正確に加工できません。