CNC加工材料ガイド：金属とプラスチックの比較

の選択を誤った。 CNC加工材料 偉大な設計が高価な故障を生む航空宇宙、医療、自動車などの分野で何千もの部品を見てきた経験から、部品の選定はプロジェクトを成功させるために最も重要な要素です。

このガイドは、エンジニアが機械加工の要件に使用する最適な材料を選択する際に役立ちます。

CNC加工材料の選択に影響を与える要因とは？

材料選択は7つの要素で決定される。材料選択プロセスでは、各要因をプロジェクト要件に照らして評価する必要がある。

目的

アプリケーションの要求が材料の選択を促します。航空宇宙部品は軽量強度が要求されますが、アルミ合金7075はこの点で優れています。化学処理用バルブにはハステロイのような耐食性合金が必要です。材料特性を機能的な要求に正確に合わせます。

ストレス負荷

応力計算により、最小限の材料要件が明らかになった。テストの結果、ABS樹脂は50Nの荷重には十分に耐えるが、75Nで破損することがわかった。高い引張強度を持つ材料は、操作荷重下での破損を防ぎます。

加工性

加工性は生産コストに直接影響する。アルミニウム6061は、部品あたり平均12分であるのに対し、ステンレス鋼316は28分と、形状が同じであるため、加工時間が大幅に長くなる。加工しやすい材料は、工具の摩耗とサイクルタイムを短縮します。一般的に、柔らかい材料は硬い材料よりも加工が速い。

温度範囲

使用温度は材料の境界を決める。標準的なABSは85℃まで動作するが、自動車のボンネット内温度は110℃に達する。ガラス繊維入りナイロンは連続180℃に対応する。高温で使用される材料は、熱変形に抵抗しなければならない。

耐食性

環境は素材の寿命を左右する。マリングレードのアルミニウム5083は海水中で15年以上持続しますが、標準的なアルミニウムは24ヶ月以内に腐食します。NACEの2024年調査によると、不適切な材料の選択により、産業界は年間$82億ドルの腐食損害を被っています。

耐久性と強度

最も重要なのは3つの機械的特性だ：

• 引張強度:壊れる前の耐荷重
• 耐摩耗性:摩擦下での表面耐久性
• 耐衝撃性:衝撃吸収能力

原材料費

予算の現実が決断を形作るこの比較は2025年の価格設定を反映している：

素材タイプ	コスト（$/kg）	リードタイム	ベストアプリケーション
アルミニウム	$3-8	1～3日	一般製造、プロトタイプ
合金鋼	$2-15	2～5日	構造部品、工具
ステンレス鋼	$4-20	3～7日	医療機器、食品機器
エンジニアリングプラスチック	$5-25	1～2週間	大量生産
チタン	$25-50	4～8週間	航空宇宙、インプラント

価格は2025年第1四半期の25kg以上の注文の産業用サプライヤーに基づく。

CNC機械加工プロジェクトにおけるさまざまな材料オプションとは？

CNC加工材料 金属、プラスチック、木材、発泡体、セラミック、複合材料にまたがる。各カテゴリーは、それぞれ異なる産業用途に対応している。

金属

金属部品は、性能に妥協できない場合に精度を発揮します。CNCマシニングで使用される一般的な素材には、アルミニウム、スチール、ステンレススチール、真鍮、チタン、銅などがあります。

アルミニウム

Gardner社の2024年調査では、CNC加工部品の38%をアルミニウムが占めている。CNC加工用のこの金属は、スチールの3分の1の密度で優れた強度対重量比を提供します。

生産グレード：

• 6061-T6:主力合金、310MPaの引張強さ、優れた溶接性
• 7075-T6:航空宇宙用途によく使用され、強度は572MPa。
• 5083-H116:海洋用途、優れた耐食性

アプリケーション

• エレクトロニクス（熱伝導率205W/m・K）
• 手術器具（オートクレーブ対応）
• 航空機部品（FAA認定）
• EVバッテリー用エンクロージャー

ケーススタディ:EV新興企業がアルミ6061を使用してバッテリーパックを18kg軽量化し、衝突評価を損なうことなく航続距離を12マイル延長。

スチール

合金鋼の品種は多様なニーズに対応している。炭素含有量が特性を決定する-炭素が多いほど硬度は高くなるが、溶接性は低下する。一般的に使用される軟鋼1018合金は優れた切削性を提供します。

一般的な成績：

• 軟鋼1018（0.18%カーボン）
• 快削12L14（鉛入り）
• 炭素鋼1045（60HRCまで熱処理可能）

アプリケーション

• トランスミッションギア
• 産業用金型
• 構造用ブラケット
• 重機用シャフト

ステンレス鋼

ステンレス鋼は10.5%+クロムを含み、特徴的な耐食性を提供します。極低温から870℃まで強度を維持します。

業界のグレード

• 303:機械部品に最適な加工性
• 304:食品グレード、18%クロム/8%ニッケル
• 316/316L:マリングレード、モリブデン強化
• 416:マグネット、フリーマシニング

アプリケーション

• 整形外科用インプラント（MRI対応）
• 医薬品容器（電解研磨）
• サブシー・コンポーネント（NORSOK認証済み）
• 厨房機器（NSF認証）

テストデータ:316Lは、3.5%の塩水噴霧で5,000時間経過しても0.02mmしか損なわず、アルミニウム6061は同じ条件で0.8mm損なわれた。

真鍮

真鍮は銅と亜鉛を組み合わせたもので、天然の抗菌性と卓越した加工性を備えています。二次加工なしで鏡面仕上げが可能です。

種類だ：

• C360 (快削黄銅、最高の切屑形成)
• C3604（鉛黄銅、国際規格）

アプリケーション

• 空気圧継手
• 時計の動き
• 船舶用プロペラ
• 電気端子

チタン

チタニウム・グレード5はアルミニウムの8～10倍の価格ですが、比類のない強度対重量性能を発揮します。この金属は45%軽量でありながら、ステンレス鋼よりも耐食性に優れています。

アプリケーション

• 航空機着陸装置（ボーイング／エアバス認定）
• 脊椎インプラント（オッセオインテグレーション対応）
• レーシングフレーム
• 海洋掘削装置

銅

電気伝導率が銅の選択を後押ししています。熱伝導率(401W/m・K)が高いため、熱管理用途では銅が不可欠。高い導電性を必要とする電気部品に使われる。

アプリケーション

• データセンター用バスバー
• 誘導加熱コイル
• レーダー導波管
• 極低温装置

その他の金属および合金

特殊金属としては、青銅（ベアリング表面）、マグネシウム（超軽量）、タングステン（放射線遮蔽、密度19.3g/cm³）、インコネル625（1000℃までの耐酸化性）などがある。

プラスチック

エンジニアリング・プラスチックは、重量、コスト、耐薬品性が問題となる金属に挑戦しています。CNC加工用の材料には、高性能ポリマーがますます増えている。

アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）

ABSは、優れた寸法安定性を持ち、$4-6/kgの価格でプロトタイピングを支配しています。耐衝撃性は-20℃から80℃まで安定している。機能的なプロトタイプによく使用されます。

アプリケーション

• 電子ハウジング
• 自動車用ダッシュボード
• 医療機器
• 迅速なプロトタイプ

コストメリット:アルミニウムからABSに変更することで、落下試験の要件を満たしながら、73%の材料コストを削減しました。

ポリ塩化ビニル（PVC）

PVCは耐薬品性と手頃な価格を兼ね備えている。この素材は、金属を数分で溶かす酸や塩基に耐える。

アプリケーション

• 化学配管
• 医療用チューブ
• 電気ボックス
• 換気ダクト

アセタール - デルリン（POM）

デルリンポリオキシメチレンは、精密プラスチック部品の基準を設定します。優れた耐摩耗性を維持しながら、摩擦係数（0.20）はテフロンに迫る。

アプリケーション

• 外科的メカニズム
• コンベアギア
• 燃料系統部品
• 電子メカニズム

エンジニアリングノート:デルリンは100,000回以上のサイクルで±0.05mmの公差を維持。

アクリル（PMMA）

92%の光透過率はガラスを上回る。アクリルの重量は半分で、耐衝撃性は17倍。

アプリケーション

• LEDディフューザー
• 建築用グレージング
• 陳列ケース
• 医療用窓

ポリカーボネート（PC）

ガラスの200倍の耐衝撃性を持つポリカーボネートは、安全用途に最適。40℃から120℃まで透明度を保ちます。

アプリケーション

• 安全眼鏡
• マシンガード
• ヘッドライトレンズ
• 屋外看板

その他のプラスチック

ノリル（PPO）:寸法安定性、吸湿率 <0.1%
ポリプロピレン（PP）:耐薬品性、$2-3/kg
テフロン（PTFE）:摩擦係数 0.05-0.10
高密度ポリエチレン:40℃における衝撃強さ
UHMWPE:耐摩耗性 10-15倍スチール
ナイロン:多彩な特性、オイル潤滑タイプ
覗き見:連続260℃対応、航空宇宙グレード

ウッズ

木材のCNC機械加工は、家具や建築用ミルワークが中心です。最新の機械は広葉樹や人工材料を効率的に扱います。

アプリケーション

• カスタム・キャビネット
• 建築用トリム
• ディスプレイ什器
• デザイン・モックアップ

フォーム

硬質発泡体は特殊な役割を果たす。CNC機械加工は、成形では不可能な形状の部品を作ることができる。

アプリケーション

• 保護包装
• 建築モデル
• 複合工具
• 特殊効果用小道具

セラミックス

テクニカルセラミックスは極端な温度に対応します。アルミナは、10kV/mmの絶縁耐力で1600℃まで特性を維持します。

アプリケーション

• 炉部品
• 電気絶縁体
• バイオメディカルインプラント
• 装甲メッキ

複合材料

炭素繊維は、金属とは比較にならない強度対重量比を提供します。適切に設計された部品は、剛性を維持しながら、アルミニウムの同等品より40-60%軽い。

アプリケーション

• 航空機構造（ボーイング787は50%複合材）
• レーシングシャシー
• 風力タービンブレード
• スポーツ用品

リアリティ・チェック:カーボンファイバー製ドローンフレームの重量は、アルミ製750gに対して280g。

CNC加工における材料選択の最適化のヒント

エンジニアは不必要に金属を使う。ある医療メーカーは、ハウジングのアルミニウムをポリカーボネートに置き換えることで、52%を節約した。カスタムではなく、本当のニーズに基づいた材料を使うことを考えましょう。金属かプラスチックかの選択は、耐食性、電気絶縁性、重量負荷、生産量、予算などの観点から行う必要があります。

素材ファミリーの中からグレードを選択することは重要です。アルミニウム7075の価格は6061より40％高いが、強度は85％高い。使用される材料のグレードは、適切な材料グレードの選択に基づいてオーバーエンジニアリングされることはありません。

複合材料は機械加工時に呼吸可能な粒子が発生する。OSHAの規則では、換気は適切であるべきであり、十分なフィルター能力を持たない施設は、2025年に違反1件につき15,625罰金の対象となる。

CNC加工プロジェクトに最適な材料は？

普遍的な最良の材料は存在しません。アプリケーションの要件、動作環境、機械的負荷、および予算の制約を評価することによって、適切な材料を選択します。アルミニウム6061は、一般的なCNC機械加工プロジェクトでは、業界のデフォルトとして機能します。

材料特性の比較

素材	引張強さ (MPa)	密度 (g/cm³)	最高温度 (°C)	加工性	コスト係数
アルミニウム 6061-T6	310	2.7	200	素晴らしい	1.0x
ステンレス304	505	8	870	グッド	2.3x
チタン Ti-6Al-4V	895	4.43	400	フェア	9.5x
ABSプラスチック	40	1.05	85	素晴らしい	0.5x
覗き見	100	1.32	260	グッド	5.2x
カーボンファイバー	600	1.55	150	フェア	7.0x

航空宇宙、医療、自動車プロジェクトにおける2024-2025年の生産データ。

結論

CNC材料の選択は、プロジェクトの成功を決定する要因である。CNC加工材料は、用途の要求に従って絶対に正しいものでなければならない。過剰なエンジニアリングは無駄であり、過小なスペックは失敗につながる。

一般的なCNC加工材料であるアルミニウム6061をベースとしている。特殊用途の利点は、耐食性ステンレス鋼、航空宇宙用途のチタン、コスト効率エンジニアリング、プラスチック、軽量化複合材料など、特定の用途で使用される材料が最適化されることです。

設計の初期段階で機械加工サービスをアウトソーシングし、機械加工が容易で性能ニーズを満たす材料を選択する。

参考文献

1. ガードナー・ビジネス・メディア(2024). モダン・マシンショップ2024 CNC機械加工調査：北米製造業における材料使用動向.ガードナー・インテリジェンス部門 https://www.gardnerweb.com
2. NACEインターナショナル。(2024). 腐食防止技術の国際的対策、応用、経済性調査.NACEインターナショナル https://www.nace.org
3. ASMインターナショナル(2025). ASMハンドブック第2巻：金属および合金の特性と選択.ASMインターナショナル https://www.asminternational.org
4. 米国労働安全衛生局。(2025). OSHA基準29 CFR 1910.1000 - 空気汚染物質と換気要件.米国労働省 https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.1000
5. MatWeb, LLC.(2025). 材料特性データベースエンジニアリング材料のテクニカル・データシート.MatWeb オンラインマテリアルリソース. https://www.matweb.com
6. フリードニア・グループ(2024). 2028年までの世界のプラスチック：産業調査と予測.フリードニア・グループ https://www.freedoniagroup.com