CNC 加工与 3D 打印：什么是您工作的最佳选择？

立体光刻发明者和 3D Systems 创始人 Charles Hull 于 1986 年开始销售 3D 打印机。几年后，Stratasys 的 Scott Crump 将他的熔融沉积建模技术商业化。其他人很快跟进，不久之后，各地的企业家都购买了这些“快速成型”机器并开设了“服务局”，这些公司只专注于 3D 打印。

今天，这些曾经最前沿的术语中的每一个都已经过时了。增材制造不再局限于快速或其他方式的原型制作。服务机构已经让位于电子制造商，他们的所有者和管理者认为 3D 打印是对 CNC 加工和其他更传统制造工艺的补充，并已成为他们工具箱中的另一种工具（尽管功能非常强大）。

弥补优势和劣势

总部位于洛杉矶的 Stratasys Direct Manufacturing 肯定就是这种情况，其运营副总裁 Greg Reynolds 解释说，决定为任何给定项目使用哪种制造技术取决于许多因素，首先是零件的复杂性。

“与传统工艺相比，增材制造带来了几个重要的优势，特别是在金属方面，”他说。“这个名单上的重点是零件整合。金属 3D 打印无需加工一堆零件，然后将它们栓接或焊接在一起，而是允许您将组件作为一个单一的、通常更轻的工件来生产。随之而来的是内部通道、复杂的扫掠表面和其他有机形状以及薄壁晶格结构等特征。这些中的每一个要么非常昂贵，要么完全不可能加工。然而，对于添加剂来说，它们很容易。”

另一方面，更简单、更单一的零件，例如支架、轴、外壳和许多其他“块状”部件，无论车间是制造原型零件还是生产数千件，都牢牢地留在了加工领域。

并且由于 3D 打印在精度上无法与机械加工相媲美，因此公差紧且表面光洁度非常光滑的零件也更适合 CNC 车床或加工中心。

正因为如此，许多塑料部件和几乎所有金属部件都需要在构建后前往机加工车间完成关键部件特征并移除支撑，这是大多数 3D 打印过程的祸根。

3D 打印：适用于复杂的几何形状、复杂的特征

Heidenhain Corp. 机床业务发展总监 Gisbert Ledvon 表示：“对于零件精度和表面光洁度不是最优先考虑的低产量，3D 打印无疑是必经之路。”非常复杂的几何形状，并且 3D 打印可以产生原本难以制造的特征。尽管它们可能需要二次加工，但这类零件越来越多地通过金属增材制造生产。”

Ledvon 说，塑料注塑模具就是一个例子。与传统模具制造一样，激光金属粉末床 (LPBF) 机器可以打印整个模具并用战略性放置的冷却通道填充模具，而不是像传统模具制造那样在模具底座或其插入件上钻一系列类似瑞士奶酪的冷却孔，这符合到并围绕模腔。他说，结果是模具的循环时间和零件质量都比其他方法要快得多。

再次，需要二次操作来精加工模具型腔和其他关键表面；正如 Ledvon 和 Reynolds 都指出的那样，金属增材制造留下的表面光洁度可与铸件或锻件相媲美。

两位专家都表示，将这些和其他部件从 3D 打印机转移到 CNC 机器需要强大的夹具策略。 “如果您的 3D 打印机有某种与您的加工中心集成的托盘系统，那将是理想的选择，因为这将节省大量时间和令人头疼的问题，”Ledvon 说。

Reynolds 补充说，抓取 3D 打印零件类似于抓取铸件，因为通常没有固定的基准点可供参考。 “与铸件一样，您是从接近最终形状开始加工过程，因此您必须先铣削或车削一个零点，然后再从那里开始。它因工作而异，但总的来说，我认为 3D 打印零件的尺寸控制肯定更具挑战性。”

CNC 满足速度需求

CNC 加工的另一个特点是速度。 CNC 车床和加工中心可以以很高的速度从棒材或钢坯上撕下材料，而基于激光的金属和聚合物 3D 打印机却是出了名的慢，生产大部分零件需要花费数小时，甚至需要数天才能生产较大的零件。

然而，激光远非结合材料的唯一方法。增材制造拥有七种不同的技术和众多分支，其中一些近年来发展迅速。例如，Markforged 等 3D 打印机制造商开发了粘合剂喷射机，能够打印大量的“绿色”部件，然后进行烧结，模仿具有数十年历史的金属注塑成型工艺。像 MakerBot 和母公司 Stratasys 这样的熔融沉积建模打印机不仅比 Scott Crump 早期的速度快得多，而且现在能够打印某些金属。

同样，Chuck Hull 的立体光刻工艺已扩展到包括数字光处理，它可以一次性固化整个光敏聚合物树脂层，而不是用紫外线光源逐行追踪。

这些和其他聚合物打印机也比以前精确得多（尽管仍远不如机械加工精确），并且与所谓的“蒸汽抛光”设备结合使用时，可以产生出色的表面光洁度。

然后是 Stratasys 的选择性吸收融合。虽然目前仅限于环保 PA11 尼龙，但它使用专有墨水打印部件，该墨水可降低其接触的任何聚合物粉末的熔点。当暴露于红外热源时，这些区域会融合以产生功能齐全的部件。 “无论是一个零件还是 1,000 个零件，构建速度都是一样的，”雷诺兹说。 “这使得它非常适合更高的产量，而且由于它不会像选择性激光烧结 (SLS) 那样向部件释放那么多热量，因此材料的完整性通常更高。”

修整生产时间

工具是 3D 打印和传统制造之间的另一个重要区别。因为前者是一个完全数字化的过程，所以不需要传统制造过程所需的夹具、固定装置和其他工具（除了用于二次加工的工具）。

这提供了许多好处，最明显的是消除了部分或全部工具成本。但也有制造工具所需的前置时间，准备好后，将它们安装在机床上，选择零程序，然后验证 CNC 程序。另一方面，3D 打印机可以在短短几个小时内将 CAD 模型制作成成品。

Reynolds 指出，尽管自动化在其他类型的制造中也发挥着更大的作用，但最近 3D 打印在去结块和支撑移除方面变得更加自动化。

无论如何，选择如何生产任何给定零件是一个复杂的决定，这取决于工作数量、零件几何形状、其精度和表面光洁度、它是由什么材料制成的，以及许多其他因素。

试图在这两种技术之间做出决定的金属工人可以将零件上传到 Stratasys 的网站以获取即时报价，并找出哪种方法最快、最有效。

“对于那些可能在某个时候考虑过投资自己的 3D 打印机，但发现它太贵或功能不够的人，我鼓励他们再看看，”他说。“它已经成为一项非常成熟的技术，而且，使用 CNC 车床和加工中心，只是制造零件的另一种方式。”

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增材制造越来越多地用于补充机械加工和更传统的制造工艺。

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