3D打印与CNC加工：核心差异深度解析

CNC加工和3D打印是当今极其突出的制造方法，不仅在Xometry，更在全球范围内。虽然它们几乎在各方面都不同，但它们是制造实体零件的直接竞争者，最大的区别在于：一种通过减材制造，另一种通过逐层增材制造。让我们深入了解。

3D打印定义及与CNC加工的对比

也称为增材制造，3D打印实际上指一系列工作原理相似的工艺族。在计算机上设计模型，然后切片成不同部分。层厚根据所用机器和设置确定，打印机根据该信息逐层构建，直到整个零件完成。这就是它如何将一系列2D步骤转化为3D物体——通过将每层粘附到其下方并内部结合。这些机器通常可处理多种材料，包括挤出聚合物丝材、光敏树脂、激光熔融粉末、丝材原料、波导和生物材料。

要用增材制造生产零件，你需要的不仅仅是打印机。还需要CAD（计算机辅助设计）软件包来设计并保存为STL（立体光刻）文件。切片软件包则利用该STL文件给打印机一系列2D指令来制造零件。3D打印系统在1980年代末首次进入市场，尽管效率和材料兼容性远不如现代3D打印机。下图展示了一个FDM 3D打印机示例：

了解更多，请参阅《什么是3D打印？》完整指南。

3D打印如此流行有几个原因，首先是它设置相对快速，制造复杂形状不需要巨额成本。过程无需干预——只需让它运行直到完成。此外，许多3D打印机适合办公环境和初学者。

但也有潜在缺点：3D打印零件的强度差异显著，尤其是与原始材料强度相比。例如，用FFF（熔融丝材制造）打印ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）零件，其强度可能仅为实心ABS的10%左右。但SLS（选择性激光烧结）使用尼龙可达到实心尼龙强度的近100%。此外，3D打印在尺寸精度上表现良好，但在极高精度零件和特征上可能棘手，且在光滑表面方面存在困难，特别是Z向分辨率（层高）会在倾斜或曲面产生可见阶梯纹。

3D打印相对于CNC加工的优势

3D打印相对于CNC加工的优势包括：

1. 3D打印快速交付近净成形零件，而CNC加工需要单独设置和（通常）手动编程加监督。
2. 3D打印通常比其他制造复杂净成形的方法成本更低。它需要最少的设置和操作干预。CNC零件价格通常是3D打印零件的10倍。
3. 适合办公环境、设置和维护仅需基本技能的3D打印机日益普及。它们也日益能满足大部分需求。CNC仍是重工程和高技能工艺，要求操作员不断更新技能。

3D打印相对于CNC加工的劣势

3D打印相对于CNC加工的劣势包括：

1. 各种3D打印工艺提供的强度与材料“原生”性能差异大。例如，FFF打印ABS报告低至材料抗拉强度的10%，而SLS尼龙高达100%。CNC加工生产的零件使用未受干扰的原生材料，强度通常较高。
2. 3D打印可达良好尺寸精度，但高精度要求时具有挑战性。CNC加工高精度，通过降低加工速度可提高精度。
3. 3D打印表面光洁度普遍受工艺机理影响。Z向分辨率特别导致阶梯表面和视觉干扰。CNC表面光洁度为加工面；若刀具路径编程得当，可极其均匀和高精度。

CNC加工定义及与3D打印的对比

一种计算机化制造工艺，CNC（计算机数控）加工使用预编程的软件和代码控制车床、铣床、磨床等多种切削成形工具的运动，创建各种CNC加工零件。该构想归功于James Parson，他试图寻找制造直升机和飞机叶片的更好方法。1958年，Richard Kegg与MIT工程师共同制造了首台CNC铣床。尽管该工艺设置可能昂贵复杂，但若想制造高质量耐用且表面光滑的零件，值得投入。阅读我们的专门文章了解更多CNC加工信息。这是CNC机床的外观：

3D打印在零件成本和制造时间上具有优势。另一方面，CNC加工在零件精度为关键因素时，可交付接近大规模生产特性的零件。

3D打印与CNC加工：前期成本对比

CNC加工承担所有编程和设置成本，相比3D打印昂贵——通常高出5-10倍。然而，当需要一系列微调原型时，修改后的CNC零件设置成本大幅降低，而第二个3D打印零件成本与第一个相同。

3D打印与CNC加工：速度对比

3D打印零件准备需要极少设置时间即可开始打印。虽然按某些衡量标准打印较慢，但大多数打印可能在几小时内完成并可使用。CNC加工则需要熟练编程刀具选择和刀具路径。通常需要定制或改装夹具固定零件进行加工（包括可能的零件重新定位）。这在首刀前可能消耗大量时间。然而切削通常很快，复杂零件通常可在1小时内完成实际加工。准备和加工总时间视复杂度可能达一天或更久。

3D打印与CNC加工：批量对比

当大量设置工作可分摊到多个零件上时，CNC加工可比3D打印生产更具成本效益的零件。3D打印批量优势较少，因为每个零件无论产量如何，材料和机器成本相同。

3D打印与CNC加工：材料对比

在材料选择（和成功交付材料性能）方面，CNC提供更好选择。本质上材料选择开放至所有工程材料，包括火花腐蚀CNC加工预硬工具钢。CNC加工零件交付毛坯材料的原生性能，基本不受加工特性干扰。

3D打印零件限于特定工艺支持的材料。特定3D打印技术的构建方法对性能交付施加严格限制。打印件常因构建方法的各向异性“纹理”、孔隙率、层间结合差、可打印但非工程材料的替代而弱化。

关于3D打印和CNC加工的常见问题

3D打印和CNC加工的共同替代方案是什么？

当然有。注塑成型可能同时适合两者，它是单次操作工艺，可生产与3D文件完全一致的零件。但制造模具可能昂贵耗时，只有大量生产才值得。因此，特别是与日常3D打印工作相比，注塑成型并不那么实用。

3D打印和CNC加工的相似之处是什么？

3D打印和CNC加工的相似之处在于两者都能生产功能性产品。但在工艺方面，两者没有任何共同点。

除CNC加工外，3D打印的其他对比有哪些？

某些3D打印类型使用激光，如SLS（选择性激光烧结）、DMLS（直接金属激光烧结）和SLM（选择性激光熔融），就像激光切割一样，广泛应用于多行业并处理多种金属。但激光切割用同一激光从工件上雕刻或切割材料，而非堆积。详见《3D打印与激光切割》文章。

除3D打印外，CNC加工的其他对比有哪些？

与CNC加工类似，压铸是制造复杂金属零件的另一好方法。但压铸真的不便宜，特别是模具成本。如果你追求大规模生产，成本会下降，成为更可比的选项。

Kat de Naoum

Kat de Naoum是来自英国的作家、作者、编辑和内容专家，拥有20多年写作经验。Kat有为各种制造和技术组织撰稿的经验，热爱工程世界。写作之余，Kat曾做近10年法律助理，其中7年在船舶金融领域。她为许多印刷和在线出版物撰稿。Kat拥有金斯顿大学英语文学和哲学学士学位，以及创意写作硕士学位。

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