3D打印和CNC加工是最受欢迎的两个制造过程今天。两种方法都依赖数字控制系统来快速生产原型,并适合创建准确的定制最终用途零件。
但是,它们几乎在各个方面都有不同 - 在生产坚固的零件方面,它们甚至是直接的竞争对手。最大的区别是一种方法逐层构建零件,而另一个方法是通过删除材料来构建零件的。如果您发现自己在CNC加工和产品的3D打印之间进行选择,请继续阅读以了解更多信息。
3D打印,也称为增材制造,是一个过程,它通过逐层添加材料来从数字模型中创建三维对象。该过程始于数字模型,该模型可以使用从3D扫描仪获得的CAD(计算机辅助设计)软件创建,也可以从在线存储库中下载。接下来,将模型导入切片软件,该软件将其分为许多二维横截面层,这些层用作打印机的蓝图。然后,切片软件将这些层转换为一系列指令(通常是G代码),即3D打印机可以理解。此外,如果该模型包含悬垂零件,则该软件可能会生成支持结构以确保正确打印。最后,打印机遵循这些说明,通过一层沉积材料,并将每个新层粘合到其下面的一个,并逐渐构建完整的对象。
1980年代后期,查克·赫尔(Chuck Hull)发明了立体光刻(SLA),这是第一个3D打印技术。随着新材料和技术进步的持续研究,出现了更多的3D打印技术。今天的常见类型包括:
尽管3D打印是一个尖端的添加剂制造过程,但CNC加工(计算机数值控制加工)代表了一种更传统的减法制造技术。 CNC加工在1950年代从1950年代出现,随着数字自动化的发展,CNC加工已经发展起来,从而使整个行业都可以高精度制造。
要获取CNC部分,您首先使用CAD软件创建数字模型。然后,通过CAM编程将该模型转换为机器可读的G代码,该编程指定了精确的运动,速度和操作。之后,工件牢固地安装在CNC机器上,并选择和安装适当的切割工具。 CNC机器遵循G代码:从粗加工开始,以去除多余的材料,然后继续进行精细加工以实现最终的尺寸和表面光洁度。
在制造业中广泛使用的CNC加工有几种常见类型:
两种技术都具有独特的优势 - CNC加工具有高精度和材料的多功能性,而3D打印是创建复杂的几何形状和快速原型制作的优选。它们之间的选择取决于各种因素,包括材料需求,设计复杂性,生产速度和预算考虑。
下面的快速检查表提供了简短的比较,可帮助您确定哪种过程最适合您的需求,或者两者的组合是否可能产生最佳结果。
因素 | 3D打印 | CNC加工 |
材料选择 | ▪ Limited but expending options ▪ Flexible materials and superalloy | ▪ Wide range , including metals, plastics, wood, and composites |
设计复杂性 | ▪ Can achieve highly complex geometries, including lattice structures and organic shapes | ▪ Can produce parts with relatively complex features, such as threaded holes, sharp edges, and curves ▪ Limited by tool accessibility, tool path and type, axis-defined minimum radii, and the need for repositioning during the process |
精确 | ▪ Moderate precision, typically ±0.1 mm, though high-end printers can achieve tighter tolerances | ▪ High precision, often ±0.005 mm or better, depending on material and machine ▪ Excellent repeatability |
表面饰面 | ▪ Requires post-processing (e.g. sanding, painting) for a smooth finish ▪ Some 3D printing processes produce surfaces that are grained, rough, and stepped, or features that may appear blurred | ▪ Smooth finish with little to no post-processing (typical 125 Ra finish as machined) |
大零件尺寸 | ▪ Up to 914 x 610 x 914 mm (e.g. FDM) ▪ Ideal for smaller prototypes or assemblies | ▪ Up to 2000 x 800 x1000 mm ▪ Suitable for industrial housings and large-scale prototypes |
力量 | ▪ In FDM, layer adhesion and print orientation reduce the strength of parts ▪ Metal 3D printed parts in SLM and DMLS offer strength comparable to or even better than traditionally machined parts, especially when heat-treated or made with specific alloys | ▪ The internal structure of parts is continuous, and their strength usually remains at 100% of the native material ▪ Some high-strength alloys may be impossible or difficult to process with extreme precision |
设置 | ▪ Minimal setup, require only a digital file and slicer software | ▪ Need workpiece fixation, tool selection, and machine calibration ▪ G-code programming,toolpath generation, and potential part repositioning |
构建速度 | ▪ Low setup time, but build time can take hours ▪ Quicker for small batches and complex designs ▪ Ideal for design validation, rapid prototyping, and test fits | ▪ Can take ages to set up and program, but cutting can be very fast ▪ Fast for bulk production |
成本 | ▪ Cost-effective for small series or custom one-offs ▪ Slight variations in your product’s size can significantly increase your 3D printing manufacturing costs | ▪ More economical for high-volume production ▪ More material waste |
接下来,我们可以通过询问以下一系列问题来确定您是否应该选择CNC加工,3D打印或两者为您的项目。
3D打印和CNC对金属和塑料进行加工。 CNC加工具有更广泛的材料适应性。尽管塑料变得越来越受欢迎,但它主要用于从金属生产零件。您也可以使用CNC工艺来制造木材,复合材料,甚至泡沫和蜡的零件。
最常见的CNC材料:
3D打印主要与热塑性,树脂和一些金属粉末一起使用。但是,3D打印的金属零件并不便宜,尽管情况正在发生变化。
常见的3D打印材料:
值得注意的是,非常柔软,柔性的材料(例如TPU和硅酮)在切割力下倾向于变形,从而使精确的加工变得困难。同样,某些超级合金由于高强度,工作硬化和耐热性而对机器的挑战。对于这些材料,3D打印可能是一个更好的选择。
尽管5轴或更高级的机器可以处理非常复杂的几何形状,但由于工具无法访问该部件的所有表面,因此仍然很难(甚至不可能)创建隐藏的功能和底切。切割工具本身的几何形状也限制了加工完美正方角的能力。此外,通常需要定制固定装置或夹具,这可能是一个重要的限制。
3D打印机消除了CNC加工中的这些几何挑战。它们可以相对轻松地产生高度复杂的几何形状。尽管SLM等过程可能需要支持结构,但额外的后处理并没有降低3D打印提供的巨大设计自由和复杂性。
由于材料收缩和打印过程的分辨率限制,因此3D打印通常不如CNC加工精确。例如,在标准条件下,诸如SLA之类的精确3D打印技术通常达到±0.1mm的公差。相比之下,精确的CNC机器可以容纳高达±0.025mm(0.001英寸)甚至更好的公差。
当涉及重复性3D打印时,即使是SLA或DLP等高精度方法,仍然落后于CNC加工。 CNC机器由于其刚性机械设置,精确的控制系统以及减法过程的均匀性提供了较高的一致性。相反,3D打印更容易受到材料收缩,层粘附和环境因素引起的变异性。
像SLA这样的3D打印机可以生产具有细,光滑和纹理层的零件,但是使用正确的工具的CNC加工可以实现甚至更光滑的表面。
可以通过各种表面完成选项提高零件的功能和外观品质。例如,CNC加工的零件可以阳极氧化,粉末 - 粉末,粉状,珠子涂成珠和言行。同样,3D打印零件的表面整理选项包括 plating ,,珠子爆破,抛光,抛光,抛光和热处理以增强产品。
对于具有典型几何形状的部分(可以通过CNC相对容易实现的部分),选择取决于零件的材料和数量。
塑料零件:
对于金属零件,情况大不相同:
为您的自定义零件选择正确的制造技术似乎是一个无法克服的挑战,但这并不是一定。正如我们总是在Chiggo告诉客户,没有完美的,适合所有的制造方法。最佳选择取决于各种因素。为了帮助指导您的决定,我们汇总了一些基本的经验法则:
如果您仍然不确定自己的最佳制造方法,请与我们的工程师联系并上传您的设计。 Chiggo是 CNC加工和中国的3D打印服务的领先提供商,并在这里有一支经验丰富的团队为您提供帮助!
化学镀镍起源于20世纪中叶。 1944 年,Abner Brenner 博士和 Grace E. Riddell 在研究传统电镀时,意外发现了一种无需使用电流即可将镍沉积到金属表面的方法。这一突破导致了化学镀镍的发展。从那时起,该技术不断发展,其应用范围也不断扩大——从电子和航空航天到石油和天然气、汽车和国防工业。
像铝或不锈钢一样,铜也是现代制造中常见的CNC加工材料之一。这主要是由于铜的出色电气和热导率,高腐蚀性,良好的强度和抗疲劳性以及独特的颜色。此外,它可以很容易地工作,泡沫,焊接和焊接。
设计在数控加工中发挥着关键作用,因为它为整个制造过程奠定了基础。众所周知,数控加工使用计算机控制的机器来精确地从工件上去除材料。该工艺具有高度通用性、可重复性和精确性,此外,它还与多种材料兼容,从泡沫和塑料到木材和金属。 实现这些功能在很大程度上依赖于 CNC 加工的设计。有效的设计不仅可以确保零件的质量,还可以节省与 CNC 加工零件相关的生产成本和时间。 在本指南中,我们将讨论设计限制,并为 CNC 加工中遇到的最常见特征提供可操作的设计规则和建议值。这些指南将帮助您获得零件的最佳结果。 CNC 加工的设计限制 为了正确设计数控加工零件,我们首先必须清楚地了解工艺中固有的各种设计限制。这些限制自然是由切割过程的力学产生的,主要涉及以下几个方面: 刀具几何形状 大多数数控加工刀具具有圆柱形形状和有限的切削长度。当从工件上去除材料时,这些切削刀具会将其几何形状转移到零件上。这意味着,无论切削刀具有多小,CNC 零件的内角始终具有半径。此外,刀具的长度限制了可加工的最大深度。较长的工具通常刚性较低,这可能导致振动或变形。 工具访问 为了去除材料,切削刀具必须直接接近工件。切削刀具无法达到的表面或特征无法进行 CNC 加工。例如,复杂的内部结构,尤其是当零件内存在多个角度或特征被另一个特征阻挡或存在较大的深宽比时,可能会使工具难以到达某些区域。五轴数控机床可以通过旋转和倾斜工件来缓解一些刀具访问限制,但它们不能完全消除所有限制,特别是刀具振动等问题。 工具刚度 与工件一样,切削刀具在加工过程中也会变形或振动。这可能会导致公差更宽松、表面粗糙度增加,甚至在制造过程中刀具破损。当刀具长度与其直径之比增加或切削高硬度材料时,这个问题变得更加明显。 工件刚度 由于加工过程中会产生大量的热量和强大的切削力,刚性较低的材料(例如某些塑料或软金属)和薄壁结构在加工过程中容易变形。 工件夹持 零件的几何形状决定了它在数控机床上的固定方式以及所需的设置数量。复杂或不规则形状的工件很难夹紧,并且可能需要特殊的夹具,这会增加成本和加工时间。此外,当手动重新定位工件夹具时,存在引入微小但不可忽略的位置误差的风险。 CNC 加工设计指南 现在,是时候将这些限制转化为可操作的设计规则了。 CNC 加工领域没有普遍接受的标准,主要是因为行业和所使用的机器总是在不断发展。但长期的加工实践已经积累了足够的经验和数据。以下指南总结了 CNC 加工零件最常见特征的建议值和可行值。 内部边缘 建议垂直圆角半径:⅓ 倍型腔深度(或更大) 通常建议避免尖锐的内角。大多数数控刀具都是圆柱形的,因此很难获得锐利的内角。使用推荐的内角半径可以使刀具遵循圆形路径,从而减少应力集中点和加工痕迹,从而获得更好的表面光洁度。这也确保了使用适当尺寸的刀具,防止刀具太大或太小,从而保持加工精度和效率。对于 90 度锐角,建议使用 T 形槽铣刀或线切割,而不是减小拐角半径。 建议地面半径:0.5 毫米、1 毫米或无半径 可行的地面半径:任何半径 立铣刀刀具通常具有平坦或略圆的下切削刃。如果设计的底部半径与推荐值一致,则可以使用标准立铣刀进行加工。这种设计受到机械师的青睐,因为它允许使用广泛可用且易于使用的工具,这在大多数情况下有助于平衡加工成本和质量。虽然球头立铣刀可以适应任何底部半径,但由于其形状,它们可能会增加加工时间和成本。 薄壁 建议的最小壁厚:0.8 毫米(金属)、1.5 毫米(塑料) 可行的最小壁厚:0.5 毫米(金属)、1.0 毫米(塑料) 数控机床在加工非常薄的壁时受到限制,因为减小壁厚会影响材料的刚度并降低可达到的精度,可能会导致加工过程中振动增加。由于材料的硬度和机械性能不同,应根据具体情况仔细评估上述推荐和可行的值。对于更薄的壁,替代工艺(例如金属板制造)可能更可取。 洞 推荐孔径:标准钻头 […]
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