CNC 与 3D 打印：制作零件的最佳方式是什么？

简介

更强大的 3D 打印材料的开发鼓励各行各业的制造商探索 CNC 与 3D 打印，并找到方法来 3D 打印以前由 CNC 加工的功能部件。 3D 打印过程可以为制造商节省大量时间和金钱，同时仍能产生工业级生产所需的质量。

进行转换的制造商可以利用 3D 打印软件在一天内制作原型并生产零件，而成本仅为传统 CNC 加工的一小部分。然而，仍有几个关键领域可能仍然是 CNC 的正确选择。

从物理到财务，让我们先了解一些要评估的关键领域，然后再决定是使用 CNC 还是 3D 打印。

阅读我们的 3D 打印机购买者指南

物理注意事项

几何

特征尺寸： CNC 和 3D 打印工艺都受到工具尺寸的限制；在 CNC 的情况下，刀具直径决定了可以创建的最小负特征。然而，在 3D 打印的情况下，喷嘴直径决定了可以生产的最小正面特征。基于挤压的 3D 打印机的喷嘴直径通常在 0.25 毫米和 0.8 毫米之间，这些机器的最小特征尺寸是其 4 倍，导致最小特征尺寸在 1.0 毫米和 3.2 毫米之间。

有关连续纤维增强的最小特征尺寸的更多详细信息，我们创建了最小纤维特征尺寸指南。

表面处理： 使用正确的工具，CNC 机器能够产生比 3D 打印机更光滑的表面。 3D 打印机能够生产适合和精加工的零件，但对于需要出色平滑度以与其他精密零件配合的零件，CNC 加工可能更可取。

公差： 一些最好的复合 3D 打印机可以将尺寸公差保持在 +/- 0.005 英寸，并且通常具有用于压装的柔顺表面。 3D 打印部件上的紧公差特征可以进行后加工。但是，根据零件的其他特征，加工整个零件可能更容易。您的结果可能会因机器、材料和零件几何形状而异。

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加载： 非结构部件通常是传统 3D 打印的简单目标。需要承受重大物理载荷的结构部件可以使用连续纤维增强材料或 CNC 加工生产。虽然连续纤维增强材料可以显着提高其他 3D 打印部件的强度，但复合材料部件在两个轴（X、Y）上比在 Z 轴上更坚固，并且不像金属部件那样表现出各向同性的特性。要了解有关这可能如何影响打印部件的设计和方向的更多信息，请阅读有关各向同性纤维填充的这篇文章，其中更深入地探讨了这些部件。

查看我们的白皮书，了解如何 3D 打印您自己的工具和固定装置

环境

3D 打印和 CNC 加工都能够生产金属和聚合物零件，因此选择将围绕哪种工艺更容易用于形成您需要的材料。

温度： 3D 打印和 CNC 加工都能够生产金属和聚合物零件，因此选择将围绕哪种工艺更容易用于形成您需要的材料。特定金属的使用温度通常与其熔化温度有某种关系。 “纯金属通常在绝对温度标度（以华氏度为单位的熔点加上 459）的一半左右会严重削弱。”合金通常可以将有用范围推高，在某些情况下可以达到熔化温度的 65% 左右。

3D 打印复合材料和聚合物的使用温度限制低于金属。 Markforged 材料通常不应在 150 °C 以上的高温下长时间使用。

水分 ：一些聚合物长丝会吸收水分，长时间暴露或浸入水中可能会失去强度。可能需要涂层，例如 Liquitex。水分通常不会影响铝，但可能会导致钢生锈。

化学品： 如果您的零件将受到任何化学品的影响，请检查您的材料与化学品的化学相容性。虽然许多金属适用于多种化学品，但在引入新材料或环境之前，请务必检查兼容性。 Markforged 尼龙基材料具有耐化学性，不受大多数​​石化产品的影响。它们不适合在强酸或强碱环境中使用。

经济考虑

你什么时候需要它？

内部加工 ：如果立即需要零件，操作没有其他阻碍，并且您有可用的机器、操作员、材料和工件夹具，则应该对零件进行 CNC 加工。如果有更紧急的工作，或者零件可以等待，3D 打印通常可以在第二天为您提供零件，从而为操作员腾出时间来处理更关键的任务。

CNC 加工通常能够比 3D 打印更快地去除材料。尺寸通常不会像加工那样受到时间限制；所需的材料去除量更为关键。如果零件体积/毛坯体积比非常低（材料去除率高），3D 打印可能是一个不错的选择。

使用 3D 打印，零件尺寸确实会影响时间；较大的部件需要更长的时间来打印。如果零件适合您的手掌，您通常可以在同一天拿到它。对于较小的零件，3D 打印通常比机器更快。使用 CNC 机床，您必须花时间获取库存、编写 G 代码、确定工件夹持、设置工具以及之后的清理工作。有些零件可以在准备好 CNC 机器所需的时间内进行打印。

外部加工： 将加工部件外包给 CNC 加工服务的过程通常至少需要几天时间，在零件审查、创建图纸、发送报价和采购审查之间。这一点，加上来自商店的运输和交货时间，有时会导致一个非常漫长的过程。在这种情况下，打印可能是一种合适的方式来检查装配和完成情况，或者在切割永久性零件时在第二天准备好零件。

你需要多少？

当您分解小批量加工零件的成本时，大部分成本来自编程和设置所需的时间；切割金属的实际时间通常相当短。扩大生产量通常是通过进行更大的设置以在无人看管的情况下切割更多零件来实现的。随着零件复杂性和特征数量的增加，编程时间和所需设置的数量也可能增加。然而，额外单位的成本下降得相当快。由于可以重复使用编程和设置，因此根据几何形状，CNC 的单位成本可以很好地扩展到每月数百或数千个单位的订单。

使用 3D 打印，编程（切片）只需几分钟，复杂性对编程时间几乎没有影响。虽然第一个单位成本和工作量较低，但单位成本受数量影响不大。扩大生产量通常是通过让更多机器上线来实现的。

您的设备和操作员预算是多少？

如果设置正确，CNC 机器可以在无人看管的情况下运行，但通常训练有素的全职操作员和程序员对成功至关重要。机器对所有者来说并不总是很容易维修，需要昂贵的维护计划。

3D 打印机可以在完全无人看管的情况下轻松运行，操作员只需很少的培训，并且通过软件轻松编程。机器通常易于维修且维护成本要低得多。

CNC 机器和 3D 打印机的价格因功能和构建质量而异，但通常拥有 3D 打印机的投资远低于 CNC 机器。

增材制造的前期成本和运营成本很低，因此非常适合小批量应用，如原型设计和工具。然而，当扩大到更高的产量时，减材制造和成型更具成本效益。

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CNC 与 3D 打印的争论应该在哪里？

案例很少像一对一的流程更换那么简单，3D 打印不会在一夜之间解决您的所有生产问题。经济限制将 3D 打印的成本效益部件数量限制为小批量，材料和工艺限制可能会限制应用空间。另一方面，CNC 加工在数量稍高时会看到有利的规模经济，通常每月数百台。‍