数控加工vs. 3D打印
3D打印已成为专业人士和业余爱好者之间的新型，在科学世界中产生的新应用和可能性。打印型号，因为您将打印文件是许多人都进出制造世界的令人迷人的前景。
对于制造行业内的专家来说，这种对3D打印的广泛兴趣有助于吸引对当前制造实践的关注，让更多的人对制造业和仍在地平线上的可能性感兴趣。然而，3D打印究竟能为制造业提供什么呢?
3D打印，CNC和制造业
3D打印机现在在美国的大学、工程中心甚至家庭中都很常见。至少可以说，只要按一下按钮就能创建模型和原型的前景是有趣的。就制造业而言，3D打印拥有创造难以置信的复杂几何的能力，这是其他方法根本无法做到的。然而，这是目前3D打印对行业有用性的开始和结束。
虽然3D打印从头开始构建的能力很吸引人，但在质量和数量生产方面，该行业从3D打印中获得的收益相对较少。这种方法当然使一些以前很难（如果不是不可能的话）生产的设计成为可能，但3D打印所涉及的设备的成本和局限性往往很高。此外，生产的产品表面质量相对较低，生产速度较慢，这意味着3D打印没有达到大规模生产过程的预期效果。当比较3D打印和CNC加工时，尤其如此。
更有用的表亲三维打印，数控加工已成为制造业的一部分，很长时间。这种制造过程非常有效，以比3D打印更快的速度生产出更大数量、更高质量的产品。这并不是说数控加工在各个方面都比3D打印好，但在批量生产高质量产品方面，数控加工无疑是一种更有效的工艺。
请继续阅读，了解是什么使CNC和3D打印如此不同，它们各自的优缺点以及为什么CNC加工仍然是制造业的王者。
数控加工工艺
计算机数控加工，也被称为数控加工或铣削，是一个减法的过程，意思是过程开始时的材料比产品需要的更多，并削减，或“减去”，任何多余的材料。这个过程是用一块坚硬的材料，比如金属或木头，然后用锋利的切割机去除不必要的部分，不断地削去材料，形成最终的产品。
与手动控制机器的其他形式的加工不同，CNC机器由高度精确的计算机程序控制。该程序基本上是一系列代码，旨在控制和指导CNCS切割工具以创建预编程产品。这些代码使用CAM软件或计算机辅助制造软件设计，通常由客户或顾问设计。凸轮专家将把这个软件代码输入CNC机器 - 尽管今天一个人不一定需要特殊培训来完成这一步骤，因为输入过程变得更加简单。
数控制造是整个制造业普遍使用的，它是以低成本制造复杂成品的最有用的工艺之一。
数控加工的优势
CNC加工虽然简单概念，但对制造世界提供了许多令人印象深刻的益处。CNC加工的一些主要优点包括以下内容：
- 易于实施：数控加工是一种可以应用于各种产品和材料的过程，调整很少。在大多数情况下，项目之间唯一需要改变的是所使用的切割工具。
Additionally, CNC machines tend to be easier to install and start using vs. 3D printers, primarily because of the machine’s design — CNC machines are becoming increasingly user-friendly, and the prevalence of them within the industry means that finding someone experienced in the use of the machine is rarely a problem.
- 最小化加工和精加工需求:由于数控机床极其精确的特性，从数控机床出来的产品需要最少的工具来准备运输。成品令人印象深刻的表面质量很大程度上是由于这种方法的精度，它几乎消除了计划外的毛刺和边缘。
最多，产品可能需要一点工具和表面精加工以添加细节并平滑出任何边缘。但是，CNC机器在CNC过程中完成了大多数这些细节。
- 高品质小零件：数控机床可以提供精度为0.001英寸，宽度约为0.005英寸，无论用与合作的材料。尽管一些3D打印机声称在纸上具有相似的准确性，但实际上，CNC机器在精度方面远远优势。
与3D打印机不同，这可以由于所使用的材料的性质而产生具有表面异常的小部件，CNC机器采用刚性材料，不会在正常情况下变形，导致极高的小零件。
- 韧性材料有效：更具延展性的材料，如塑料，会倾向于四处移动和弯曲，或者与其他更坚硬的材料表现不同。这在3D打印中尤其如此，因为这个过程通常涉及加热塑料层的堆积。
这可能导致珠状和其他行为，可以改变成品的表面质量。数控铣削绕过所有这些工作与一个单一的材料块，并简单地切断多余的。这种切割动作使材料在机器工作时保持最大的刚度，最大限度地减少变形。
- 相对高速：根据项目的规模和性质，数控铣床的工作速度相对较快。没有潜在的错误或谨慎的人操作，数控机床自动工作，创造成品。
结果，CNC机器可以在很短的时间内生产产品。它们也比3D打印机的时间较少，因为切割材料不仅仅需要添加材料层。如果需要，CNC机器也可以整天和整个夜晚都使用，如果需要，他们经常清洁和维护。
- 产品的完整性:数控铣削的还原性质也意味着初始材料不加热和改造。换句话说，物质分子之间的化学键保持完整，不会因热量或外来物质的引入而改变。
这意味着这种材料在最终产品中保持其强度和其他关键品质。对于最终产品的强度、延展性或电化学性能非常重要的产品来说，这一特性尤为重要。
- 多种材料：CNC磨机可以使用各种各样的材料，包括金属，树林，热塑性塑料，丙烯酸，造型泡沫和蜡。虽然CNC机器上的附件和切割工具可能需要切换以与不同的材料一起使用，但机器本身可以有效地与这些材料中的任何一种合作。
- 价格与大小和体积无关：3D打印的成本很大程度上取决于需要固化的材料数量。对于数控铣削，价格不依赖于最终的量。无论最终产品的体积如何，这个过程所需要的工作量都是相同的。此外，数量较多的项目往往成本较低。
所有这些品质都意味着数控加工比其他制造方法，特别是三维打印，速度更快，用途更广。此外，CNC加工的高生产速度、一致的产品质量和独立于批量的定价使其成为批量生产各种尺寸产品的理想方法。
CNC加工的缺点
虽然CNC铣削与其他制造方法造成了许多优势，但它远非完美。与3D打印相比，CNC铣削确实会造成一些轻微的缺点，包括以下内容：
- 浪费和混乱:由于CNC加工涉及切割材料，所以从成品部分移除的材料最终成为浪费。这种废物不仅会增加材料的成本进入生产过程，但这种浪费也可能导致其他问题。
如果CNC没有完全封闭，碎片和碎片可以随处可见，导致混乱，如果没有正确处理，可能会干扰其他机器的进程。这种多余的材料有时可以重复使用，如某些金属的情况，但更频繁的情况，它被写入并被处理为废物。
- 噪音：根据加工材料的不同，数控机床会产生很大的噪音。使用更硬的材料比使用更具延展性的材料噪音更大。产生的噪音也取决于数控机床中刀具的大小。
设计用于快速移除大部分金属或木材的大直径工具可以产生比较小工具更多的噪音。机器产生的噪音水平可以极大地影响机器生产的振动，以及制造设施内的条件。
- 振动：除了声音大之外，CNC机器还可以根据所使用的产品和材料产生相当大的振动。一般来说，数控机床的声音越大，释放的振动就越多。如果CNC机床靠近其他设备，这可能特别有问题，因为这些振动会损坏测量工具并中断手动过程。
- 设计限制：数控机床能做很多事情，但它们所能生产的东西是有限的。用任何减法，你只能去除你能达到的，数控铣削也不例外。如果你的零件有复杂的内部几何形状，数控钻根本无法到达，你可能需要改变你的设计来适应机器。
除了设计上的限制，这些缺点对最终产品的质量和有效性没有影响，这就是为什么数控铣削在数量制造方面仍然远远优于3D打印。
3D打印过程
3D打印是各种不同方法的总称，包括选择性激光烧结（SLS）、立体光刻（SLA）等。然而，这些方法之间的相似之处在于，它们从零开始构建产品。这种加法过程与减法制造的极性相反，它将材料分层“加法”，从底层生产出最终产品。这将导致具有不同属性集的产品大不相同。
虽然这种制造工艺对于粗糙的原型和一次性的产品特别有用，但对于批量制造来说，它几乎没有数控加工那么有用。
3D打印的优势
3D打印成为新技术潮流是有原因的。它拥有一些不可思议的能力和功能，以新颖和有趣的方式生产产品。这个过程的一些主要好处包括:
- 减少浪费：由于它的添加剂过程，3D打印使用的材料不多于生产产品所需的材料。因此，在3D打印过程中，材料的浪费是最小的。唯一产生的浪费是在印刷过程中出现错误，产品必须报废，或者产品必须经过打磨和砂光后处理的时候。与其他生产方法相比，这两种情况造成的浪费都很小。
- 噪音更小：3D打印机产生的噪音通常很小，桌面版的打印机只产生一点嘎嘎声或呼呼声。这种最小的声音产生比其他工艺有很大的改进，比如CNC，它可以产生足够大的噪音导致听力损失。
- 减少振动:3D打印机很少产生振动，除非打印机本身有问题。这减少了打印机对周围设备的影响，这意味着人们可以靠近打印机工作，而机器不会影响他们的工作。
- 最小的设计限制：如果您可以在CAD中模拟设计，您可以使用3D打印产品。与CNC加工不同，您受到工具可以达到的限制，3D打印可以从头开始构建任何内容。这包括复杂的内部几何形状，否则CNC机器将不可能。
- 交货时间短期：3D打印机需要很少的手工输入。你可以简单地把你的设计上传到打印机上，然后按下开始按钮让它移动。如果你正在使用3D打印方法获得设计原型，并且需要尽快看到它，这将非常有用。
- 减少生产准备：总的来说，3D打印比数控铣削需要更少的准备。虽然3D打印确实需要一点编程、对象定向和添加结构支持，但这种准备工作与CNC铣削程序所需的准备工作相去甚远。
在编程机器、设置产品的机器、准备材料、设置尺寸和决定如何将材料固定到工作站之间，数控铣削需要比3D打印过程更长的时间来设置。
- 价格与复杂性或批量大小无关：无论是否需要生产的部件的复杂性或部件的数量，每个部分的价格都基本相同，主要取决于用于制造产品的材料。这是涉及产生原型或特别复杂的部件时的主要优势。
这些品质使3D打印成为一次性产品的理想制造方法。短交货期和创建复杂定制部件的能力使这个新过程对于构建原型和小规模模型特别有用。
3D打印的缺点
虽然3D打印提供的可能性是令人兴奋的，但现实是它是任何数量制造目的的相对无效的过程。这是由于3D打印的一些限制，包括：
- 有限的材料:虽然目前正在努力扩大3D打印机可以使用的材料的数量，但目前的制造模型非常有限。3D打印机最常用的材料包括热塑性塑料和树脂。
此外，设计用于处理一种材料的3D打印机通常不能与另一种材料协同工作——例如，设计用于热塑性塑料的打印机不能转而使用树脂，反之亦然。这极大地限制了3D打印机及其工作人员的能力。
- 精度和精确度降低：虽然一些3D打印机在精度和精度方面有很大的承诺，但它们往往不能达到目标。这很大程度上与3D打印机所使用的材料的性质和工作方式有关。
热塑性塑料和树脂通常在层中放下，而它们仍然“湿”，这意味着他们需要巩固。在这些层凝固之前，材料可以珠，溢出或以其他方式不同于预期或想要的方式。结果，最终产品的表面可能非常粗糙，需要在准备运输之前进行额外的处理。
- 生产速度慢:3D打印的附加性比其他方法需要更长的时间。这主要是因为产品是一层一层建造的，大多数3D打印机的设计都是减慢复杂区域的速度，以确保最大的精度。因此，每一层都需要几分钟才能完成，这意味着整个过程会非常缓慢。
通常，将在一个小时内采用CNC机器的产品拍摄3D打印机。这种缓慢的速度显着减少了3D打印机在一天中可以可行的产品数量的产品数量，使其成为大规模生产产品的低效生产方法。
- 减少产品完整性：虽然在创建复杂模型方面很有用，但制造产品的层逐层方法并不像对加过程的结构上。通过在层中添加材料，3D印刷在层之间产生线之间的层在分子水平上也不粘合。当放置在应力下时，这种材料将沿着那些线突破，通常施加较小的力，而不是试穿形成为固体件的材料。
数控机床与3D打印机的底线
的确，3D打印为许多行业提供了难以置信的机会和可能性，特别是在精密技术和原型的情况下。当人们需要一个高度定制的部件时，3D打印可以有效地完成这项工作。3D打印领域的许多人都有这样的愿景:消费者在家中拥有自己的小型3D打印机，每天打印小型定制产品，省去了中间商。
虽然这种愿景是对3D打印潜在未来的有趣，但肯定在可能的领域内，3D打印不太可能取代数控加工。为什么？因为3D印刷在大规模生产产品中非常低效率。用CNC铣削创建的大规模产品比其亲自印刷的对应品便宜得多，CNC碾磨产品的质量和完整性远远优越于3D印刷产品。
简而言之，虽然3D打印是一种优秀的方法，用于如原型和极小规模的定制产品，CNC铣削是迄今为止制造各种尺寸和材料的大量优质产品的最佳选择。
数控加工与模具钢
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Brian Reed是Summit Steel & Manufacturing Inc.的销售和业务发展副总裁。