3D 打印还是 CNC？选择正确的制造方法

3D 打印和 CNC 加工 是原型制作和小批量生产时最常用的两种方法。然而，由于两者都提供了两种截然不同的制造方法——一种是增材制造，另一种是减材——为您的应用确定正确的制造方法对于简化产品开发、实现更高的效率并最终获得更高质量的零件至关重要。

在本教程中，我们将了解 3D 打印和 CNC 加工之间的差异，并分享一些有关如何选择正确方法的提示。

3D 打印与 CNC

在寻求生产功能原型和/或最终零件时，3D 打印和计算机数字控制 (CNC) 加工可以提供一系列好处。然而，虽然两者都依赖 CAD 数据并使用各种材料，但相似之处到此为止。

3D 打印（或增材制造） 涵盖了一系列技术，这些技术通过在 3D 打印机的构建平台上逐层沉积材料来创建零​​件。在此过程中不需要任何工具，并且可以在不影响生产时间或成本的情况下创建复杂的零件。

数控加工 相比之下，是一种减法技术。这意味着该过程不是连续添加材料层，而是从固体材料块开始；然后使用工具沿着计算机指定的路径对块进行切削和切割，以将其塑造成所需的对象。

追踪差异

劳动力要求
由于 CNC 加工涉及一系列复杂的机械，因此该过程需要熟练的机械师来调整工具、定义切割路径并重新定位零件以实现正确的形状。

相比之下，3D 打印是一个自动化过程，因此劳动强度要低得多。当然，文件需要准备打印（包括转换为 STL，定义最佳方向），但整个过程不应超过 30 分钟。准备好文件并设置好打印机后，在零件完成之前无需干预。

制作时间
对于这两种工艺，各种因素都会影响生产时间。 CNC 加工的制造时间取决于设计特征（尺寸、材料种类、壁厚等）和特征数量（例如凹槽和孔的尺寸和深度）。例如，较小的特征需要较慢的切割速度，这会增加时间。

对于3D打印，因素包括零件材料的体积及其高度。不出所料，需要的材料越多，印刷过程就越长。某些功能还需要支撑结构，这会使打印过程多增加 5% 到 15% 的时间。

成本
3D 打印的附加优势之一是能够经济高效地制造复杂零件——这也是该技术越来越多地用于金属轻量化应用的原因之一。 CNC 则恰恰相反：零件越复杂，加工过程越慢，所涉及的工作量越大，从而导致成本更高。

还有其他因素会影响生产成本，从材料价格（CNC 和 3D 打印）到维修或更换机器 (CNC) 的成本。

零件属性、尺寸精度
由于 CNC 的工作原理是从一块实心材料块中切割出一个零件，因此该过程可以创建结构坚固且尺寸精确的零件。

相比之下，连续的、逐层的增材制造方法意味着该技术通常生产比 CNC 更弱的零件。金属 3D 打印可能特别成问题，孔隙率等问题会导致零件强度不均匀。

物质废物
CNC 会产生大量多余的废料，因为它从块中去除了之后通常无法回收的材料。

与 CNC 相比，3D 打印产生的废物要少得多（从 1% 到 3%），使用粘合剂喷射和 SLS 等技术可以重复使用任何剩余材料。

零件尺寸
由于CNC加工是对材料块进行加工，因此能够相对容易地制造大型零件。相比之下，尽管大型 AM 系统越来越多地进入市场，但 3D 打印更适合较小的零件和组件。

后期处理
用 CNC 生产的零件具有很好的表面光洁度，通常不需要任何强制性的后处理。

然而，3D 打印部件几乎总是需要某种后处理，这取决于所选择的技术（去除支撑结构、去粉、清洁、抛光等）。此外，根据零件的不同，对于一批零件，移除支撑可能需要 5 分钟到几个小时。

选择正确方法的提示

在为您的应用程序决定正确的过程时，重要的是要考虑技术之间的差异。此外，请考虑以下提示：

1.你们的产量是多少？
选择 3D 打印或机加工的经济性通常可以归结为特定用例中的生产量，以及您需要生产的零件数量。当需要小批量零件（少于 100 个零件）时选择 3D 打印是明智的，而当您的目标是中等批量生产（少于 1000 个零件）时，请考虑使用 CNC 加工。

对于小批量高度复杂的定制零件，3D 打印它们比使用机械加工更便宜、更快。从与设备本身相关的费用到支付熟练操作员的费用，CNC 加工的成本很高。

2.您是否需要多次快速的设计迭代？
3D 打印是需要快速设计迭代的原型制作应用的首选技术。使用增材技术，只需对设计进行调整即可创建另一个原型。对于机加工，设计修改要复杂得多，需要进行多次设置和工具更换，这通常是劳动密集型的。

3.几何复杂性有多重要？
在几何复杂性方面，3D 打印占主导地位。使用该技术，可以创建其他制造方法无法复制的复杂几何形状。虽然支撑结构对于立体光刻 (SLA) 等某些技术可能是必需的，但其他技术（如 SLS）则根本不需要它们。

除了轻量级结构外，3D 打印是生产组件的理想选择需要复杂内部特征的单个组件和零件，例如注塑模具的随形冷却通道。

4.您需要哪些材料？
由于 CNC 加工是更成熟的技术，因此兼容的材料范围更广，包括金属（包括铝、不锈钢和合金）、塑料（包括 ABS、尼龙、聚碳酸酯、丙烯酸和 PEEK）和木材。

但是，当需要不易加工的材料（例如金属高温合金、钛或柔性 TPU）时，3D 打印是更明智的选择。 3D 打印还可以用热塑性塑料（包括 ABS、PLA、ULTEM、PEEK 和尼龙）、树脂、陶瓷和金属制造零件。

混合解决方案？

从表面上看，CNC 加工和 3D 打印似乎是相互排斥的技术：实际上，一种减少材料，而另一种增加材料。

但是，在很多情况下，这两种技术可以很好地协同工作——这就是市场上可用的混合机器数量不断增加的原因。

虽然 CNC 在实现高尺寸精度方面具有优势，但 3D 打印可以降低小批量生产的生产成本，提供更大的设计自由度并提供更快的周转时间。通过结合这两种方法的优点，可以对形状复杂的零件进行 3D 打印，然后对其进行加工，以获得更严格的公差和更光滑的表面。

最终，为您的需求选择合适的技术将取决于一系列因素，包括所需材料、零件复杂性、生产量、预算和时间表。然而，有时可能不是只选择一种方法——采用混合方法可以帮助减少制造时间和成本，同时实现更简化的生产过程。