原型加工：CNC 用于原型制作的优缺点

什么是CNC加工？

计算机数控 (CNC) 加工是一种制造过程，其中计算机输入用于控制加工工具，例如钻头和车床。它在许多行业中用于各种原型和最终用途零件。

该过程从使用 CAD 软件创建的数字 3D 设计开始，计算机可以将其转换为机器切割工具的一系列指令。这些指令称为 G 代码。将 G 代码发送到机器后，几乎不需要人工监督，因为机器知道何时何地进行切割并自动执行加工。与传统加工相比，这可以显着节省时间和成本，在传统加工中，熟练的机械师使用手动操作的刀具切割工件。

加工是一种减材工艺，这意味着设备去除现有材料而不是引入新材料。与增材制造（3D 打印机将材料分层沉积以形成物体）不同，CNC 加工涉及从称为“工件”的无形块切割部分。多余的材料被丢弃或回收，最终留下一个完整的零件。更复杂的 CNC 机床，即具有更多轴数的机床，能够以更复杂的方式切割工件，生产出几何形状更复杂的零件。

CNC 加工因其多功能性、准确性、一致性和广泛的兼容材料而成为一种广泛使用的制造工艺：虽然铝合金是最常见的加工材料，但也可以使用许多其他金属和塑料。

CNC 加工是否适合原型制作？

尽管现在许多人认为 3D 打印是快速原型制作的主要形式，但 CNC 加工也是创建原型零件的重要过程。要理解其中的原因，有必要考虑原型可以采用的不同形式，并考虑这些原型存在的原因。

原型可以有许多不同的功能。在最基本的情况下，它们充当占位符或道具——最终部分的松散表示，用于传达有关最终部分的外观或行为的视觉信息。这些看起来很像的原型 可用于指导研发过程或提供概念证明。如果按照高审美标准制作，它们也可用于向潜在投资者推销新产品。这样的原型可能非常重要，但它们不一定需要使用高端专业设备制作：它们可能是手工制作的，也可能是使用低端桌面 3D 打印机打印的。

然而，一些原型不仅仅用于视觉表示。根据产品开发的阶段，公司可能需要创建工程原型 或生产原型 ：不仅看起来的原型 就像最后一部分一样，但也像它一样发挥作用，尽可能接近真实的东西。虽然 3D 打印可能是外观原型制作的绝佳选择，但 CNC 加工通常更适合这些需要强度、机械稳定性或其他增材工艺无法提供的特性的功能原型。毕竟，使用 3D 打印机制造的最终用途部件并不多。

CNC 加工可能是原型制作的绝佳选择，但其适用性取决于原型的性质。原型将用于什么目的？它将由什么材料制成？ final 将从什么材料中 部分制作？这些问题和其他问题最终将引导用户找到最合适的原型制作方法。

CNC 加工铝制原型

使用 CNC 加工进行原型制作的优势

公司可能使用 CNC 加工来生产原型的原因有很多，包括生产速度、零件质量、材料选择以及与最终零件的相似性。

从文件到原型

CNC加工的最大优势之一是“CNC”元素。由于 CNC 加工是从计算机文件创建零件的数字化过程，工程师知道加工后的原型将与数字化 3D 设计紧密匹配，并且相同的数字化设计稍后可用于创建具有相同尺寸的最终零件。重复性特别高。

此外，使用数字 3D 设计可以实现快速和精确的更改。如果加工后的原型因设计不当而出现物理缺陷，工程师可以返回 CAD 软件为下一个原型进行适当的更改。可以并排比较不同的版本，甚至可以使用仿真软件抢先测试零件在现实世界中的性能。

3D CAD 文件

5轴CNC加工的原型

质量和一致性

计算机并不完美，但计算机控制的机器往往会完全按照它应该的方式运行——除非它发生故障。虽然许多原型制作过程都依赖于人的技能（因此容易受到人为错误的影响），但 CNC 机器会按照它们的指令进行操作，误差在几分之一毫米以内。

重要的是，他们也可以一遍又一遍地这样做。尽管企业可能只制作一个原型，但如果需要，CNC 机器可以第二次运行相同的工作，而与第一次的偏差最小。这对于开发原型的新迭代以及使用相同的机器进行生产非常有用。 （手动流程非常重要，但更容易保证与自动化机器的一致性。）

各种强力材料

如果原型没有机械用途，它可能适用于 3D 打印，虽然它不以生产高强度零件而闻名，但成本非常低，并且可以在很短的时间内完成。然而，对于大多数 3D 打印工艺来说，材料选择比加工时要窄。

CNC 加工不仅提供了广泛的兼容材料，还提供了一些极其坚固耐用的材料，包括各种金属。也可以使用金属进行 3D 打印，但使用低成本的 FDM 打印机则不行。

常见的CNC加工材料包括：

与最后部分的相似性

使用 CNC 加工原型的另一个主要优势是能够创建类似于最终零件的原型。由于加工中心完全能够生产最终用途零件和原型，因此可以创建接近最终产品的原型——这是 3D 打印或其他方法很少能实现的壮举。

部分原因在于材料。许多工程金属具有高度可加工性，这使工程师可以使用与最终零件相同（或相似）的材料制作原型。但工艺本身的质量也是一个因素：加工零件很坚固，不会像打印零件那样沿某些轴表现出弱点，而加工工艺本身甚至可以用于复制其他工艺，如钣金成型。

此外，创建在外观和行为上与最终部件接近的原型可以更轻松地过渡到生产，因为需要进行的重大更改更少。

使用 CNC 加工制作原型的缺点

尽管具有优势，但 CNC 加工作为一种原型制作方法存在一定的局限性，这可能会导致企业青睐另一种方法。

比 3D 打印贵

CNC 加工原型的明显缺点之一是过程成本。加工中心是大型机器，比 3D 打印机需要强大的动力和更多的人工监督。与 PLA 等普通印刷材料相比，可加工金属的价格也更高。

这是工程师可能选择替代原型制作工艺的主要原因之一，即使他们打算对最终零件使用机械加工。开发可能会消耗资源，如果企业需要在（早期）原型制作阶段削减所有费用，这是可以理解的。

一些几何限制

4 轴和 5 轴加工中心提供了很大程度的几何灵活性，但即使是这些机器也有其局限性。对于具有复杂内部几何形状的精细结构，增材制造工艺可能更适合，因为它们不受刀具角度的限制。

但是请记住，3D 打印原型可能会产生误导：使用 3D 打印机完美输出的数字 3D 设计可能无法使用所选的生产设备制造，无论是加工中心、注塑设备还是其他设备。原型的几何灵活性只有在可以在最终零件上复制时才有用。

废料

由于 CNC 加工是一种减材工艺，因此它需要的材料比实际进入零件的材料要多。一些材料被切掉并最终成为金属或塑料碎片，然后必须进行处理。这与增材成型工艺不同，后者不会产生废料，除非打印失败并且必须重复。

由于增加的材料使用和浪费，使用机械加工作为原型制作过程可能会导致更高的材料成本。然而，芯片通常可以回收利用，因此该过程对环境的影响不必很严重。 （出售可回收的废料也可以帮助收回部分材料成本。）

从实体块中移除的材料

快速加工：通过 CNC 加工注塑成型的原型

我们已经看到 CNC 加工如何成为出色的原型制作过程。但是机械加工也可以间接用于制造注塑成型的原型。

通过 CNC 加工工具或模具，企业获得了一种更具成本效益的方式来制造注塑成型所需的设备。这种 CNC 加工工具可以比传统工具更快地创建，因此是成型原型的捷径。 （对于原型阶段后的最终成型零件，可以采用传统的模具方法。）

在订购大量模制零件时，使用快速模具工艺更具成本效益，因为机加工模具的制造成本比模制树脂零件本身高得多。而且，尽管在原型制作阶段可能并不特别需要大批量，但与 3D 打印替代品相比，真正的模制原型将更能代表模制零件。

联系 3ERP 了解 CNC 加工是否是您项目的最佳原型制作工艺。