选择正确的制造方法：3D 打印与 CNC 加工的解释

3D 打印与 CNC 加工——作为设计工程师，您可能会面临哪种制造技术最适合您的项目的选择？采取错误的路线可能会导致时间浪费、成本超支，甚至产品失败。

无论是需要 CNC 加工等减材方法还是 3D 打印等增材方法，做出明智的决定都需要清楚地了解每种方法的工作原理、它们支持哪些材料和公差以及每种方法真正的亮点。

本博客旨在简化该决定。我们将引导您了解这两个流程背后的核心原则，对关键因素进行比较，并重点介绍实际用例，以帮助您决定哪种技术最适合您的用例。

什么是数控加工？

数控加工是使用手动工具制造事物的老式方法的现代化。数控机床（尤其是铣床）的原型是 1952 年由麻省理工学院的一组研究人员制造的。

从本质上讲，数控加工是一种减材制造方法，这意味着将固体材料块塑造成最终设计 名词切割通过编程 CNC 系统自动进行，该系统运行源自 3D 模型的 G 代码和 M 代码。

数控加工涵盖更广泛的工艺，包括铣削、车削、钻孔和磨削，每种工艺都有自己的一套刀具和适合特定任务的加工策略。

优点：

• 尺寸精度高，公差严格。
• 卓越的表面光洁度。
• 可扩展以适应大规模生产。
• 与金属和塑料具有出色的兼容性。

缺点 ：

• 更高的工具和设置成本。
• 由于减材性质，材料浪费较多

什么是 3D 打印 (3PD)？

3D 打印或 3D 原型制作是 20 世纪 80 年代出现的相对现代的技术。它是一种增材制造技术，产品是逐层构建的，而不是从实心块中雕刻出来的。

如果我们谈论其最简单且最容易实现的形式，那就是熔融沉积建模 (FDM)。在 FDM 中，热塑性长丝被加热并通过喷嘴挤出，喷嘴按照编程路径移动，一次铺设一层。随着每一层凝固，下一层沉积在顶部，逐渐形成完整的物体。

就像 CNC 加工一样，有多种 3DP 技术，每种技术都基于材料的沉积或融合方式。著名的技术包括 FDM、SLS（选择性激光烧结）、SLA（立体光刻）和 DMLS（直接金属激光烧结）

优点：

• 更大的设计灵活性；可以构造复杂的几何形状。
• 降低原型设置成本。
• 最大限度地减少材料浪费。
• 原型的周转速度更快。

缺点 ：

• 尺寸精度低。
• 大多数情况下机械强度可能较低。

3D 打印与 CNC 加工：8 个差异解释

前面的部分为您提供了简要概述，但它可能没有回答您有关选择哪种方法的所有问题。 3D 打印和 CNC 加工在工作流程、精度、材料、生产能力、成品质量和成本方面有所不同。 

因此，让我们更深入一点，将这两种技术并排放置，看看每种技术在不同方面带来了什么。

 数控加工 3D打印 工作流程 需要工具设置和熟练的操作员；加工是自动化的。最少的设置；打印开始后大部分是自动化的。材料兼容性 钢、黄铜、钛、铝、工程合金和塑料等金属。PLA、ABS、尼龙、ULTEM 和某些金属公差 ±0.015–0.025 mmFDM：±0.2–0.5 mm，SLS：±0.3 mm，粘合剂喷射：±0.2 mm。几何形状 受工具访问限制更大的设计自由零件尺寸 4000×1500×600 mm（RapidDirect）高达 1000×1000×1000mm（FDM）表面光洁度 非常平滑层线可见设置成本 10 万美元以上。工业级桌面打印机从 500 美元到 10 万美元不等。每个部件的成本 小批量的价格更高 小批量的价格更便宜

1。生产流程

两种方法都从同一点开始； 3D 设计是在 CAD 软件中创建的。然后，软件将该设计转换为适合加工或 3D 打印的所需格式。

差异在那之后就开始了。数控机床需要特定的切削刀具，通常需要熟练的操作员来设置工作、选择合适的刀具并处理材料，尽管加工本身是自动化的。 

另一方面，大多数 3D 打印机只需极少的干预即可工作。打印开始后，该过程将完全自动化，通常不需要操作员参与。

2。 材料兼容性

两种方法在材料选择方面都有多种用途。人们普遍认为3D打印系统适用于塑料，而CNC制造适用于金属。然而，两者都能够处理多种材料，包括金属和高性能塑料。

也就是说，数控工艺最适合常用金属。 CNC 材料包括钢、黄铜、钛、铝和工程合金。最重要的是，数控加工用于需要高强度、耐用性和耐热性的材料应用。

相比之下，3D 打印材料包括 PLA、TPU、ABS、ASA、尼龙和 ULTEM，其中机械强度不太重要或通过设计进行补偿。铝、钢、钛和生物相容性合金等金属也可以使用 SLS、粘合剂喷射和 SLM 等先进的金属 3D 打印技术进行打印。

3。尺寸公差

如您所知，公差在关键零件的制造中非常神圣。 CNC 加工零件的性能始终优于当前 3D 打印方法制造的所有零件。

具体来说，CNC 加工的公差范围通常在 ±0.025 mm 至 ±0.015 mm 之间。该范围取决于数控机床的类型和所使用的加工工艺。例如，我们为 RapidDirect 进行 CNC 铣削提供的公差范围约为 ±0.05 mm。

在 3D 打印中，公差也因方法而异。 FDM 3D 打印通常提供 ±0.2 毫米至 ±0.5 毫米之间的公差，SLS 约为 ±0.3 毫米，而粘合剂喷射通常约为 ±0.2 毫米。

4。几何形状和尺寸

如果我们谈论设计自由度，与 CNC 加工相比，3D 打印项目提供了更大的灵活性。就 CNC 而言，需要遵循某些 CNC 设计准则。壁厚、内角都有限制，最重要的是，整体几何形状必须符合所用切削刀具和夹具的限制。

相比之下，3D打印不依赖物理切割工具，因此不受传统设计的限制。尽管您可能需要包括悬挑或桥梁的支撑结构，但您仍然可以实现高度复杂和有机的几何形状，而这是机械加工不可能或不切实际的。

至于零件的尺寸，数控系统占据上风。较大的块可以安装在工业机器上，使其更适合生产更大的零件。例如，在 RapidDirect，我们拥有 5 轴 CNC 机床，可处理最大尺寸为 4000×1500×600 毫米的零件。  

3D 打印模型的尺寸更加有限，通常受到打印机构建体积的限制。在所有技术中，FDM打印机的零件尺寸稍高，约为1000 x 1000 x 1000mm。

5。表面光洁度

正如尺寸公差部分所述，CNC 加工可提供比 3D 打印解决方案通常实现的更好的最终表面光洁度。原因在于这两个过程如何工作。 

在数控加工中，操作涉及使用锋利的切削刀具来精确去除材料，直接在机器上留下光滑的表面。通过适当的工具和进给速度，您可以实现几乎不需要后处理的精加工。

在 3D 打印中，表面质量受到零件的逐层构造的影响。每一层都会留下一条可见的线条，3D 打印机的分辨率决定了这些线条的精细程度。即使在高设置下，大多数 3D 打印零件也具有轻微的纹理或脊状表面。

6。设置成本

就设置成本而言，这两种技术处于完全不同的两端。 

3D 打印是目前最容易获得的技术，桌面打印机起价约为 500 美元。  当然，工业级3D打印机的价格较高，通常从几千美元到远超过10万美元不等，但即便如此，材料和工具成本也相对有限。大多数机器只需要打印材料本身、长丝、树脂或粉末，以及偶尔的维护。

相比之下，数控加工主要是一个工业过程，设置成本很容易达到数十万美元。机器本身很昂贵，而且还没有考虑专用切削刀具、刀柄、工件夹具、冷却液系统以及操作它们所需的专用占地面积的成本。 

最重要的是，数控机床需要熟练的操作员，这增加了持续的劳动力成本。与大多数 3D 打印设置相比，所有这些使得 CNC 的投资要大得多

7。产品成本

如果我们粗略地总体来看，与 CNC 加工零件相比，3D 打印产品的生产成本通常更便宜，主要是因为 CNC 系统的设置成本要高得多。对于一次性或小批量零件，3D 打印可能是更经济的选择。

然而，从长远来看或批量生产时，3D 打印变得不太可行。每个零件的加工过程要花费更多的时间，并且在扩大生产规模时，总体成本可能超过 CNC 加工。数控机床一旦安装完毕，就可以更快、更高效地批量生产零件。

CNC 加工与 3D 打印：选择哪一种以及何时选择？ 

最后，归根结底是决定您的项目使用哪种技术。应根据设计需求、材料兼容性、精度要求和预算来评估 CNC 与 3D 打印。

在以下情况下选择 CNC 加工：

• 您需要生产一批产品。
• 您正在制造标准尺寸的金属零件。
• 您的设计需要非常严格的公差。
• 该部件将用于必须承受热应力、机械载荷或磨损的功能应用。
• 您希望机器刚出厂时就能获得更好的表面光洁度。
• 该材料有多种库存形式可供选择，例如钢、铝、黄铜或钛。

在以下情况下选择 3D 打印：

• 您正在制作原型，尤其是塑料原型。
• 您的设计涉及非正统或高度复杂的几何形状。
• 您使用的材料难以加工或加工成本较高，例如某些复合材料或高性能聚合物。
• 您需要快速获得一次性零件，而无需投资工具或固定装置。
• 零件的强度可以通过设计而不是材料特性来实现。

如果两种技术都可行，请在做出决定之前权衡总成本、交货时间和所需的质量。特别是在数控原型制作与 3D 打印方面，金属原型可能比 3D 打印更具成本效益。 

RapidDirect 如何提供帮助？

正如我们所看到的，CNC 加工和 3D 打印各有所长，并且根据项目要求，两者都可以在制造中发挥至关重要的作用。

在 RapidDirect，我们提供端到端 CNC 加工服务，包括 CNC 铣削、CNC 车削、5 轴加工以及针对航空航天等关键行业的精密加工。我们提供低至 0.001 英寸的公差、100 多种材料选项和 20 多种表面光洁度。

我们的 3D 打印服务涵盖多种技术，从 SLA 和 SLS 到 HP MJF 和 SLM，并由超过 300 家专业 3D 打印店组成的网络提供支持。我们还提供完整的后处理，以确保您的打印部件已做好生产准备。

有一个项目，但仍不确定 3D 打印与 CNC 加工之间哪种技术最好？立即联系 RapidDirect 的专家团队并获得专业指导和即时报价。