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武汉3d打印服务中心——3D打印与CNC加工:差异与比较

作者:武汉易成三维科技有限公司 日期:2022-09-18 点击:402
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武汉易成三维科技提供专业工业三维扫描、3d扫描建模、逆向建模、零件测绘、模具检测、汽车三维扫描服务,始终专注于制造、教育、科研、军工等领域,迄今为止已为约600所著名高校、科研院所、约10000个企业机构提供专业的三维扫描仪、服务及平台化数字智造应用方案。

3D 打印或增材制造将 3D 文件构建为一系列共粘合切片。这些被构造成一堆有限厚度的图片。术语3D打印涵盖了一系列方法以及更广泛的材料,精度和成本。CNC(计算机数控)加工通过减法制造获得类似的结果。它使用旋转工具或旋转工件或两者兼而有之,从材料块中切割出零件的净形状。CNC加工有设计限制,几乎没有材料限制。如果材料是刚性的,可以切割,那么任何零件都可以用任何材料制成。一些柔性材料,例如橡胶,甚至可以在低温稳定的情况下进行加工。几何限制适用,封闭的空心可能需要组装两个或多个零件。

虽然这些工艺在几乎每个方面有所不同,但它们是提供实心零件的直接竞争对手。两者在非常基本的方面有所不同,因为CNC加工是减法的,而3D打印是增材制造的。本文将深入探讨比较3D打印与CNC加工,它们的优点,缺点和替代方案。

3D打印定义和与CNC加工的比较

3D打印是一系列具有共同方法线的过程。3D 零件的虚拟模型以软件形式呈现为切片。厚度被确定为适合特定的机器或设置,并且每层都按顺序打印。这些切片的堆叠及其在内部和与其他切片的共粘合允许从有限的2D步骤构建零件。一些系统使用各种材料,包括:挤出聚合物长丝,光敏树脂,激光熔化粉末,长丝原料,蜡和生物材料来打印切片。为了实现这一目标,必须集成多种工具,包括:用于定义零件设计并保存STL文件的CAD包,用于将3D文件转换为一系列2D机器指令的切片器软件包,以及3D打印机设置。


最早的商业上可行的3D打印系统在20世纪80年代后期开始进入市场。从那时起,这些技术在方法和材料方面都以更快的速度扩展。与CNC加工相比,3D打印提供了改进的化妆品和更有效的材料使用。在执行复杂零件时,它也不需要直接的手工工作。下面的图 1 是 FDM 3D 打印机的示例:

与CNC加工相比,3D打印的优势是什么?
与CNC加工相比,3D打印的优势在于:

  1. 3D打印可以快速提供净形状的零件,而CNC加工需要单独设置和(通常)手动编程以及监督。
  2. 3D打印通常是一种比其他制作复杂网状物的方法成本更低的方法。它需要最少的设置和操作干预。CNC组件的价格通常是3D打印零件的10倍。
  3. 3D打印机对办公室友好,只需要适度的设置和维护技能,这一点越来越普遍。它们也越来越能够满足大多数需求。CNC仍然是一个重型工程和高技能的工艺,需要不断更新操作员的技能。

与CNC加工相比,3D打印有哪些缺点?
与CNC加工相比,3D打印的缺点是:

  1. 与材料的“原生”特性相比,各种3D打印工艺提供了不同的强度。例如,据报道,ABS中FFF的材料UTS低至10%,尼龙SLS的材料高达100%。CNC加工在未中断的原生材料中生产零件,因此强度通常很高。
  2. 3D打印可以实现良好的尺寸精度,但在需要高精度的地方,它可能具有挑战性。CNC加工非常精确,并且可以通过较慢的加工来提高精度。
  3. 3D打印通常受到有关表面光洁度的工艺力学的影响。Z分辨率尤其会带来阶梯表面和视觉干扰。CNC表面光洁度如加工;如果对刀具路径进行编程以实现平滑的表面处理,它可以非常均匀和高度精确。

CNC加工的定义和与3D打印的比较
CNC加工是一种计算机化的制造过程,它使用预编程的软件和代码来控制机床的运动。它是一种使用一系列复杂机械(如车床,铣床和磨床)来准确,精确地切割,创建和塑造不同零件的技术。第一台数控机床最初由詹姆斯·帕森于1949年开发。他的研究重点是生产直升机叶片和飞机叶片。1958年,理查德·凯格与麻省理工学院一起首次发明了数控铣床。
CNC加工需要复杂的设置和昂贵的结果。但是,如果零件需要长期磨损性能,强度,光滑的表面和高精度,则与3D打印相比更可取。图2是数控铣床的一个例子:

与3D打印相比,CNC加工有哪些优势?
与3D打印相比,CNC加工的优势在于:

  1. CNC加工使用工程材料,并提供材料的全部性能,不受工艺的破坏。另一方面,3D打印有时可以实现这一点,但通常使用较弱的材料近似值。
  2. CNC零件更精确,因为机器公差可以比3D打印公差更接近。

与3D打印相比,CNC加工的缺点是什么?
与3D打印相比,CNC加工的缺点是:

  1. CNC加工通常需要制造安装工具。这使工作大大复杂化,而3D打印使自由浮动部件构建在桌子或脚手架上。
  2. CNC加工切割掉不需要的材料,使切割中的“浪费”。3D打印的特点是“低浪费”选项。


3D打印与数控加工的比较表
表1比较了3D打印和CNC加工的属性:

表 1.3D打印与CNC加工的比较

属性3D 打印数控加工
无限的材料可用性是的
零件设计不受工艺限制受底切和内部检修、刀具路径和刀具类型、轴定义的最小半径以及任务中期重新定位的需要的限制
精度工艺分辨率从 0.016 到 1 mm+ 不等。通常约为 0.2 毫米0.005 mm 精度,采用慢速进给、新刀具和浅切口
操作技能一般相对较低非常高
构建速度设置时间短,但构建时间通常需要数小时可以非常高的设置和编程时间;切割阶段非常快
表面光洁度颗粒状、粗糙、有阶梯状;特征经常模糊通过使用更长的切割时间,可以提供非常高的表面质量
强度通常为原生材料的 10–20%通常100%的原生材料

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