3D 打印与 CNC 铣削：建立原型实验室时需要哪一个？

为了准确评估您在建立原型实验室时需要什么，首要任务是在 3D 打印与 CNC 铣削之间做出选择。

这两种选择都被证明对现代制造工艺至关重要，每一种都具有优于传统制造方法的优势。最终，当谈到 3D 打印与 CNC 铣削时，“选择使用 CNC 机器或 3D 打印机制作原型取决于几件事；价格范围、零件/原型的尺寸以及使用的材料类型。”

这就是为什么我们决定澄清一些误解并澄清一些误解的原因。尽管 3D 打印无疑占有一席之地，但在评估 CNC 铣床在工业原型制作方面的优点时，重要的是不要短视。

以下是随着现代制造业的不断发展，这两个过程的定义、历史、应用和预测的细分。最终，我们希望这些信息能够指导您做出决定，以了解您的企业在建立原型实验室时需要什么。

定义 3D 打印与 CNC 铣削

对 3D 打印的简单解释“是一种制造过程，通过该制造过程可以创建三维 (3D) 实体对象。它可以使用一系列附加或分层开发框架创建对象的物理 3D 模型，其中层被连续放置以创建完整的 3D 对象。”因此，3D打印也被称为增材制造。

根据 Investopedia 的说法，“3D 打印技术已经在提高制造生产力，并且具有巨大的潜力，如果它能够成功地用于大规模生产，并且制造变得更加本地化，​​它可能会极大地扰乱制造物流和库存管理行业。”

另一方面，“计算机数控 (CNC) 机器通过使用嵌入在工具上的微型计算机中的软件来自动控制机床。它通常用于制造金属和塑料零件的加工。”

关于 CNC 的一个常见误解是，这种自动化控制是有代价的——毫不夸张地说。 CNC 通常被错误地认为更昂贵，部分原因是认为需要高技能的劳动力。实际上，CNC 加工已经远离这些最初的真理。

3D 打印——简史

3D 打印的现代应用植根于 1980 年代初期。 3D 打印的历史是快速发展的研究。继 1981 年 3D 打印问世之后，1984 年创建了立体光刻技术，这是“一种 3D 打印技术形式，用于使用光化学过程逐层创建模型、原型、图案和生产部件，通过光化学过程产生化学单体连接在一起形成聚合物。”

医疗行业很快就利用了 3D 打印的进步。首先是 1999 年，由医学博士 Anthony Atala 领导的维克森林再生医学研究所宣布成功打印和生成人类膀胱组织，然后将其转移到个体体内，免疫系统拒绝植入物的风险很小，因为它是由它们自己的细胞结构或支架构建而成。

快进到 2016 年，“该研究所宣布使用其研究人员十多年来设计的专用 3D 打印机成功打印活组织结构。科学家们打印出耳朵、骨骼和肌肉结构，这些结构在植入动物体内后，会成熟为功能性组织并形成血管系统。”

目前，“预计最先进的 3D 打印应用是复杂器官的生物打印。据估计，我们距离功能齐全的可打印心脏还有不到 20 年的时间。”

关于通过 3D 打印快速原型制作的工业用途，“制造商正在增加对 3D 打印的依赖，作为其更广泛的制造战略的一部分，生产使用率从 2018 年的 38.7% 增加到所有受访者的 51%。”

这应该不足为奇，尤其是当您考虑到福布斯 2019 年《3D 打印现状》发布的一些亮点时：

根据这份报告，研究设计研究涵盖了八个行业：工业产品 (13.6%)、高科技 (10.6%)、服务 (9.9%)、消费品 (8.6%)、健康和医疗 (6.2%)、汽车(5.7%)、航空航天与国防 (5.5%) 和教育 (4.9%)，展示了 3D 打印在支持和造福各个垂直领域的多样化潜力。

然而，在《制造业之战：增材与减材》中，CNC 机器占据了至高无上的地位：“尽管增材制造在航空航天和汽车行业取得了一些令人印象深刻的进展，但 CNC 加工仍然是绝大多数制造商的首选。”

CNC 铣床是如何诞生的

正如 CNC 100 的历史和定义中所述，CNC 机器，最初被称为 NC 机器，是“由复杂的电路控制的。 NC 机器一次读取并执行打入纸带或聚酯薄膜带的零件程序中的一行代码。”

随着小型计算机技术的发展，计算机开始控制机床；因此，CNC作为一种制造工艺诞生了。从第一行代码开始，CNC 机床就具备了存储数百个程序的能力。

对于 CNC 机床的深入历史，Encyclopedia.com 涵盖了所有基础。有趣的是：

但是，我们可以在以下时间线上建立几个重要的亮点：

• 木工车床之类的机床在圣经中是合乎圣经的，但直到 1800 年，亨利·莫德斯莱才发明了金属加工车床。
• 不久之后，在 1818 年，伊莱·惠特尼（以发明轧棉机而闻名）推出了第一台碾磨机。
• 这两台机器都需要人工操作，导致成品出现人为错误。
• 二战后，John T. Parsons 推出了第一台现代铣床，并将早期的 IBM 计算机纳入这些计划。
• 1960 年代带来了更低的价格点和更容易获得的机器，使它们成为其他应用和行业不可或缺的一部分。
• 随着集成电子技术的进步，纸或聚酯薄膜胶带（上文提及）被淘汰，现代机器现在能够从程序计算机内存中读取数据。

目前，“使用数控机床的常见制造工艺包括折弯、钻孔、打孔、涂胶、磨削、激光切割、火焰和等离子切割、布线、拾取和放置、超声波焊接等。铣床、车床、电火花加工和水刀切割机通常使用 CNC 进行操作。”

快速回顾一下 3D 打印和 CNC 机器的历史，证明其中任何一种都可以在建立原型实验室时优化您的制造流程。

评估增材制造工艺与减材制造工艺

为了确定您的原型实验室是否需要 3D 打印或 CNC 铣床，您需要首先考虑您的产品是否设计为根据增材制造工艺与减材制造工艺最有效地交付。

减材相对于增材的主要优势在于，“除了消除增材工艺的分层外，减材工艺还有其他优势。它们提供多种表面光洁度，消除了许多增材工艺中常见的“阶梯”表面。如果零件必须滑动，则表面处理可能在功能上很重要，如果原型要用于市场测试，则在外观上很重要。”

考虑这些流程支持的应用程序类型会有所帮助。

了解加法与减法应用

尽管是两者之间的新人，“增材制造已经被用于生产一系列令人印象深刻的产品。”这些产品主要应用于以下行业：航空航天、汽车、医疗保健和产品开发。

尽管 3D 打印在各个行业中具有趋势性，但事实仍然存在，“减材制造让您有机会在最终用途材料中进行设计、原型制作和制造。它是用于小批量和大批量生产的零件的合适选择，以获得特定的光洁度或特定的机械性能。”

出于这个原因，“减材工艺在制造业中得到了广泛的应用……车床、铣削、钻孔、锯切、螺纹切削和齿轮切削是传统上在专业机器中进行的金属切削减材工艺的一些例子。 ”

除了应用之外，在称重 3D 打印和 CNC 加工时还需要考虑其他因素。

调入噪音和振动

当您想到 CNC 加工中使用的一些基本工具：铣床、车床、等离子切割机、电火花加工、多轴机床、水射流切割机时，不难想象减材制造工艺会产生更多的噪音和振动——网站比增材制造（如 3D 打印）。根据您所在的位置，这可能会告知您设置最佳原型实验室所需的内容。

哪个更容易操作？ 3D 打印机或 CNC 机器

一般来说，与 CNC 相比，3D 打印被吹捧为更容易操作。主要原因是“因为一旦准备好文件，您只需要根据需要选择零件方向、填充和支撑。然后，一旦开始打印，就不需要管理员，打印机可以一直留到零件完成。”

由于 CNC 涉及更多，在劳动力方面，人们普遍认为 CNC 加工需要训练有素的机械师。虽然过去可能是这种情况，但时代已经变了。

我们的 DATRON 机器具有多种功能，可轻松设置。事实上，这台机器可以引导新手用户首次完成设置 CNC 机器的整个八步过程。归根结底，平均只需一到两天的培训时间，您就会感到舒适和自信地使用该技术。

该界面的设计外观和功能类似于智能手机，配有摄像头和机械探针系统，可自动注册零件，从而减少熟练技术人员输入此信息的需要。集成的工件夹持解决方案和切削刀具技术具有包容性，无需在其他地方指定和购买类似组件，从而将整个过程保持在内部。

了解您的限制：准确度、大小和几何复杂度

在考虑 3D 打印与 CNC 加工时——哪个是您原型的最佳选择？ Josh Biggs 说：“如果您正在寻找出色的尺寸精度，那么 CNC 加工是一个不错的选择。此外，CNC 加工可以处理还不能打印的材料，例如木材。在加工金属和加工塑料方面，CNC 加工也优于 3D 打印。”

他继续断言，“此外，CNC 机床通常提供更精确的结果。如果您需要非常窄的零件或具有非常严格的公差，CNC 机器是更好的选择。没有其他东西能与 0.01 毫米的公差相匹配。”

即使是专注于增材制造细节和所有与 3D 打印相关的 3Dnatives 团队，也报告说减材制造具有相当大的优势：“在公差方面，CNC 加工优于所有 3D 打印工艺。”

然而，在制造几何复杂度高的零件时，3D打印具有优势。

权衡成本：3D 打印与 CNC

如您所见，制造并不是一个单一的解决方案。您的原型实验室所需的资金数额不仅取决于您生产的产品，还取决于您将生产的产品的大小和数量。

例如，根据比格斯的简单成本效益分析：

有趣的工程发表了关于 CNC 加工生产的常见误解，消除了昂贵的 CNC 工艺的神话：

显然，对您的业务来说最具成本效益的路线最好由您的具体产品设计和计划决定。

谈到 3D 打印机，选项、尺寸和价格范围各不相同，每台打印机实际上可以用各种材料打印的东西也是如此。除了未知或不明确的材料成本外，操作员通常还需要常驻专家的培训，这是对人员培训的投资。

借助 DATRON 设备，我们的切割机可容纳来自任何供应商的塑料、木材、铝和钢材，让您可以预先估算和确定您的材料成本。正如我们所解释的，操作我们的机器无需进行高级培训，从而为您节省人力，使 DATRON CNC 机器成为更具成本效益的选择。

不浪费，不想要

考虑到减材制造的本质——剥离材料层以制造产品——更不用说所需的 CNC 加工工具的类型，CNC 机器可能会留下一些混乱也就不足为奇了。

Energy.gov 在 2015 年审查中评估了多少混乱和浪费可能意味着什么，在先进制造中创新清洁能源技术。该报告强调了增材制造的优势，因为它具有“通过消除生产步骤、使用显着减少的材料、实现副产品的再利用以及生产更轻的产品来节省能源”的潜力。

报告继续：

引入清洁法

在 DATRON，我们对高速加工设备进行了微调，以消除混乱，从而可以去除成品零件而无需去毛刺或脱脂。

此外，DATRON 的 CNC 工具和附件在市场上占地面积最小的机器中提供了最高的 RPM — 将其视为我们自己的绿色倡议。

通常，具有工业功能的 CNC 铣床采用会产生大量热量的大型电机，这需要油来冷却和润滑机器部件。处理石油是必要的，但正如我们从过去的重大泄漏中看到的那样，该过程会对环境构成风险。

由于我们不需要等量的热量、油或冷却液来维护机器，因此我们可以通过更小的占地面积提供更好的节能效果。

结论：3D 打印与 CNC 加工

您的专业原型实验室需要什么，无论是 3D 打印还是 CNC 加工，最好由您的特定产品决定。虽然我们希望此处共享的信息能够提供一些清晰的信息，但事实是 3D 打印和 CNC 加工都可以工作，甚至可以根据您的制造需求相互补充。

事实上，当你应该结合 3D 打印和 CNC 加工时，有几种情况，主要是由于公差、时间和/或大尺寸工件；此外，“将这两个流程结合起来并不需要您想象中的复杂工作流程。同样重要的是，它可以为您的制造公司带来一些有意义的好处。”

如需更深入地讨论适合您的原型实验室的制造工艺或工艺组合，请联系我们。我们反应迅速，并渴望分享我们的专业知识。