制造工艺相当复杂，生产方法的选择与此直接相关。
了解更多→CNC加工与3D打印在塑料原型制作中的比较
目前，制作塑料原型主要有两种方法：CNC加工和3D打印。这两种技术在原型制作中都至关重要，并且根据项目目标的不同，各自具有独特的优势。但关键在于——如何确定哪种工艺最适合您的塑料原型制作需求？本文将对CNC加工和3D打印这两种塑料原型制作方法进行直接比较，阐述各自的优缺点，并辅以文献案例。无论您追求的是精度、低成本还是快速见效，本文都将为您提供清晰的指导，确保您的原型制作顺利完成，达到预期目的。
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数控加工
减材制造工艺，即数控加工，是指利用计算机控制的加工工具，从一块材料（通常称为工件）中加工出零件、原型或组件。该工艺精度高、复制能力强，非常适合制造公差小、形状复杂的原型。它可以使用多种材料，例如金属、塑料等，最终能够制造出坚固耐用的产品。
3D打印
3D打印，也称为增材制造，其工作原理是根据数字模型逐层构建物体。这种方法非常适合制作精细的设计，且浪费极少。它尤其适用于快速生产轻质零件和原型，特别是复杂几何形状的零件和原型。值得庆幸的是，3D打印在某些工艺中会用到塑料、树脂和金属等特定材料，但最终产品的性能取决于所使用的工艺和材料。
根据项目的性质和目的，这两种技术各有其独特的优势。
什么是数控加工？
数控机床的使用帮助操作人员实现了极高的精度。就机床的应用而言，能够加工各种原材料——金属、塑料、木材和复合材料——体现了数控机床的多功能性，因此它们被广泛应用于众多行业，包括但不限于航空航天、汽车、医疗等。数控技术及其稳定性在工业领域，尤其是在以批量生产为特征的切割、钻孔、铣削和车削等操作中，发挥着至关重要的作用。值得一提的是，得益于数控制造技术的进步，更多的加工流程得以实现，从而缩短了生产时间；而CAD/CAM技术则有助于轻松交换设计方案。与3D打印相比，数控加工在塑料原型制作方面具有显著优势，例如耐用性和性能稳定性。
什么是3D打印？
3D打印是一种增材制造工艺，它利用数字图像或模型创建三维物体。与传统的金属加工工艺（例如切割或钻孔）不同，3D打印是通过逐层添加材料来实现最终产品的。3D打印可以使用多种材料，包括塑料、金属、陶瓷和树脂，有些打印机甚至使用可生物降解的耗材。这些材料被送入机器，通常由计算机辅助设计文件引导，从而制造出任何形状的物体，无论其形状多么复杂或几何精度如何。3D打印已被广泛应用于众多行业，例如，医疗专业人员利用它制造假肢和植入物，航空航天工程师利用它制造轻量化部件，以及服装行业利用它进行快速原型制作和定制服装的生产。诸如打印速度的提升和多材料打印能力的加入等最新进展，从本质上拓宽了3D打印技术进一步改进的空间，使其最终成为先进制造业的必备设备已成定局。
减材制造和增材制造的主要区别
与逐层构建物体的增材制造不同，减材制造通过逐个去除材料来构建物体上的特征。这种方法在工艺、材料用量、公差、成本和环境影响方面都与增材制造不同。
| 参数 | 减法 | 添加剂 |
|---|---|---|
| 工艺应用 | 切除 | 分层 |
| 材料浪费 | 高 | 低 |
| 平台精度 | 高 | 中 |
| 复杂 | 降低 | 更高 |
| Cost | 高 | 低 |
| 速度 | 请按需咨询 | 一致： |
| 灵活性 | 有限 | 高 |
| 生态友好 | 降低 | 更高 |
| 所需工具 | 广泛 | 最小 |
| 最佳用途 | 大规模生产 | 定制专业版。 |
工艺比较
CNC加工工艺概述
减材加工采用计算机控制系统来操作一系列加工刀具。通过这种技术，材料逐层从工件上去除，最终得到所需的形状。该方法依赖于数字化设计和电子机器指令，以极高的精度引导加工刀具进行切割、钻孔或铣削。对于需要高精度、小批量生产且设计略有变化的零件，数控加工 (CNC) 是一种理想的选择。它主要用于加工各种材料，例如金属、塑料和复合材料。虽然数控加工会产生大量废料，但它非常适合需要极高精度的大批量生产作业。
3D打印工艺概述
3D打印，或称增材制造，是一种利用计算机生成的图像，逐层构建功能性结构的方法。首先，生成包含实体信息结构的数字文件，即从物体的概念化出发，生成物体的概念模型；然后，3D打印机将这个数字文件逐层沉积材料，最终形成物体。塑料、树脂甚至金属都可以逐层沉积，最终构建出物体，每一层都与下一层融合。3D打印的多功能性使其能够设计复杂的步骤和定制零件，同时最大限度地减少浪费，因此3D打印非常适合原型制作和小批量生产。
表面光洁度和尺寸精度
表面光洁度和尺寸精度是3D物体质量参数中两个至关重要的因素。表面光洁度指的是重建物体外部纹理的质量、触感和光滑度，这包括层高、材料以及任何表面处理工艺。而尺寸精度则体现了如何精确且高度自然地将打印物体的尺寸与其原始设计保持一致。这两者主要取决于打印机的特性、分辨率设置和校准情况。
在讨论最新突破时，立体光刻（SLA）或选择性激光烧结（SLS）等3D打印技术被认为是实现更佳表面光洁度和精细细节的最佳选择。在成本、速度和材料需求之间取得平衡，以获得最佳效果至关重要。后处理对于表面平滑至关重要：打磨、抛光或化学抛光可以进一步提升表面质量。这些措施，连同尺寸调整，可以确保最终产品符合规定的尺寸范围。因此，在当前的技术发展阶段，3D打印正变得越来越可靠，能够成功实现高精度和高最终光洁度。
材料注意事项
CNC加工和3D打印中使用的塑料类型
ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）
ABS材料以其强度高、耐久性好而闻名，通常可进行精密加工和3D打印。因此，它非常适合制作功能原型和能够在重型环境下使用的零件。
PLA（聚乳酸）
PLA是一种环保且可生物降解的材料，常用于3D打印。PLA打印起来非常容易，对新手也很友好；然而，由于其耐磨性和抗撕裂性较差，因此在数控加工中应用较少。
尼龙（聚酰胺）
尼龙材质坚韧、柔韧，且具有极强的耐化学腐蚀性，使其在各种应用领域都具有很高的功能性。 CNC加工和3D打印功能部件有多种选择。
聚碳酸酯（PC）
聚碳酸酯是一种高强度塑料，具有优异的抗冲击性和耐热性，因此被广泛应用于运动机械领域。目前，聚碳酸酯在机械制造和应用领域均有应用，但需要注意的是，3D打印技术会使这种塑料发生弯曲变形。
POM（聚甲醛或缩醛）
POM 被认为是一种功能强大、摩擦系数低的合成材料，更常用于 CNC 和铣削零件，最常见的应用是齿轮和滚子或滑动轴承，这些应用需要很高的内部强度。
PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯改性）
PETG 兼具 PLA 的诸多优点——易于打印——而且更加耐用，在低负荷使用情况下还具有一定的耐油性。人们通常使用这种半透明材料来 3D 打印各种独特的功能性部件。
材料的选择取决于某些应用中必须满足的具体需求，其中包括强度、柔韧性、高温下的热稳定性以及对环境的影响。
原型机的力学性能
原型机的机械性能取决于材料和设计规范。原型机的必要性通常取决于以下因素，但不限于此：
- ▪力量- 试图在不破裂或变形的情况下承受外力。在这种情况下，合适的材料是ABS和尼龙。
- ▪灵活性-有些设计要求部件能够弯曲而不断裂，TPU 是柔性原型常用的材料。
- ▪Durability-这意味着它应该能够承受功能测试中相应的磨损。PETG 和尼龙都具有出色的耐用性。
- ▪耐热性-部分原型产品需要使用耐高温材料，因此像ABS或PLA+这样的复合材料非常重要。这些材料具有很高的耐热性。
- ▪精确-在这方面，材料特性有时会决定表面光洁度和尺寸精度，从而影响原型在复杂设计中的应用。例如，在选择PLA或树脂时，高精度模型是最佳选择。
因此，材料将决定其余的性能，使得所选材料取决于原型机的性能和测试条件。
每种方法的材料限制
PLA-PLA虽然使用简便且价格低廉，但其脆性较大，因此在对柔韧性和强度有较高要求的功能性部件方面应用有限。此外，PLA的热稳定性较差，高温下容易变形。
部分-与PLA相比，ABS在强度和耐热性方面更胜一筹；然而，ABS在打印过程中会释放烟雾，并且需要较高的打印温度，因此在空间不太宽敞的环境中使用起来比较麻烦。
树脂-树脂材料在精度和表面质量方面具有兼容性；然而，它们存在脆性问题，需要进行后处理干预，如固化、清洁（有时会很耗时）和化学处理。
尼龙-尼龙的柔韧性和强度都非常出色。然而，尼龙容易吸收环境中的水分，如果储存不当，可能会影响其质量，甚至导致印刷问题。
选择一种能够充分利用这些优势，满足特定功能和工艺要求的材料，同时在不断增加的筏板“负荷”下保持材料选择的稳定性，这将有所帮助。
应用程序和用例
何时使用数控加工
在为复杂物件选择最佳制造工艺时，我们发现兼具高精度、可重复性和可扩展性的选择往往是数控加工。数控加工在加工公差要求极高的零件方面表现出色，因此广泛应用于航空航天、汽车和医疗等行业。对于那些对尺寸稳定性、强度以及材料认证等任何偏差都极其敏感的物件而言，数控机床是理想之选。它在原型或零件的制作方面表现出色，并且在中小批量生产中设置成本也较为合理。
由于金属和塑料用途广泛，人们在讨论金属和塑料时最常问到的问题之一就是数控加工。数控加工最常用于加工铝、钢、钛等硬质材料，或加工精度要求极高、设计质量达到毫米级的精密零件，而这些是其他制造工艺无法实现的。因此，数控切割是高难度项目的首选加工方式。
何时使用 3D 打印
3D打印（也称为增材制造）在需要快速原型制作、复杂几何形状或特定定制化的项目中表现最佳。很多时候，3D打印在构建精细几何形状和复杂结构方面比其他材料更具优势，因为它无需高科技或专用工具。3D打印的广泛应用使其尤其适用于医疗保健领域定制产品的生产，例如假肢或手术模型。此外，3D打印技术的应用非常环保，资源浪费少，对于小规模生产和定制产品而言，其回报周期短。人们越来越倾向于采用3D打印来实现可持续制造——这种做法源于使用环保且废弃物最少的材料。因此，3D打印凭借其速度、灵活性和环保意识，变得越来越重要。
原型制作与最终用途生产
在制造过程中，原型制作和最终产品生产这两个目的不可互换。原型制作是指在制造最终可用于生产的模型之前，创建初始模型以验证蓝图。它强调速度、灵活性和成本效益，以便快速迭代改进设计。相反，最终产品生产涉及组装最终产品，这些产品将供消费者和企业使用。对于此类产品，耐用性、可靠性和质量一致性至关重要。如今，3D打印技术主要用于原型制作，用于修改设计或对现有设计进行定制。材料和技术的进步使得3D打印能够应用于最终用户制造，从而实现定制化和按需生产。
成本和时间效率
CNC加工与3D打印的成本比较
CNC加工的前期投入较高，导致总体制造成本也较高；大规模生产在成本方面更具优势。另一方面，对于小批量和复杂设计而言，3D打印则便宜得多。
| 参数 | 数控加工 | 3D打印 |
|---|---|---|
| 预付费 | 高 | 低 |
| 单位成本 | 对于大批量来说较低 | 大批量时高 |
| 复杂 | 有限 | （卓越）等级 |
| 材料浪费 | 高 | 最小 |
| 设置时间 | 长 | 强化-短期 |
| 生产时间 | 快速处理大批量订单 | 大容量时速度较慢 |
| 定制设计 | 昂贵 | 实惠价格 |
生产速度：哪个更快？
从生产速度的角度来看，CNC加工或3D打印都能满足生产需求。对于大规模生产而言，CNC加工速度更快，因为它通常可以一次性生产多个设计和尺寸相同的零件，并且在生产过程中能够获得相同的结果。然而，CNC加工较长的设置时间可以通过长时间连续生产带来的高回报来弥补。
另一方面，3D打印通常速度较慢，尤其是在批量生产时。因为每个部件都需要逐层打印，这比CNC加工的减材制造过程耗时更长。然而，3D打印也有其优势；对于小批量生产或一些一次性设计，无需任何设置，设计完成后即可立即开始生产。
由于数控加工能够同时执行多个生产批次，因此通常被认为更适合大规模生产；而3D打印则被认为最适合小批量定制或复杂设计产品的生产。合适的选择取决于生产规模和需求的性质。
评估项目的成本效益
在评估制造方式的成本效益时，需要考虑生产规模、材料成本和设计复杂度等因素。对于大批量生产而言，尽管初始设置成本较高，但由于其可扩展性，CNC加工通常是一种经济高效的解决方案。另一方面，对于小批量项目或原型制作，3D打印更具竞争力，因为它材料浪费少，而且无需模具成本即可实现其他方式难以实现的复杂设计。请考虑项目的长期需求，权衡前期成本与长期节省，从而做出明智的决策。
参考资料
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利用3D打印机和数控机床快速制作教育工具包原型：通过 CNC 加工和 3D 打印技术开发原型，提供对其应用的实用见解。
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结合3D打印和CNC铣削的SP混合制造原型设计与开发：探讨了 3D 打印和 CNC 铣削在混合制造中的融合，并提供了比较视角。
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利用数控雕刻机和3D打印机制造塑料零件：探讨了使用数控机床和 3D 打印机制造塑料零件的方法，重点介绍了它们各自的优势。
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工业领域的3D打印技术：考察 3D 打印和 CNC 加工的工业应用，比较它们的质量和控制能力。
- CNC塑料加工服务
常见问题解答 (FAQs)
CNC加工和3D打印在塑料原型制作方面的主要和核心区别是什么？
当然，这两种工艺最重要的区别在于它们的运行方式、速度、精度和材料特性。CNC加工涉及材料减材和其他方法来实现加工目标，而铣削或CNC车削则是切削材料。CNC加工通常能带来更高的公差和更光滑的表面光洁度，并且可选择的材料种类也更多，以满足最终用途的强度要求。另一方面，3D打印（3DP）遵循增材制造工艺，逐层打印零件，使其成为制造复杂几何形状零件和快速制作原型（这些设计无法通过机械加工实现，或者只需要一次性原型）的理想工艺。选择CNC加工而非3DP加工的主要标准包括零件几何形状的复杂程度、交货周期、所需的机械性能以及从原型制作过渡到批量生产或注塑成型的可能性。
对于塑料原型制作而言，何时CNC加工才是更佳选择？
当您需要高精度、可重复公差和优异机械性能的结构部件或功能测试部件时，高精度数控加工通常是最佳选择。数控加工可提供出色的表面光洁度，在特定设置下可提高材料利用率，并与零件生产中使用的工程级塑料兼容。当打印部件的层间各向异性会影响性能、需要加工紧密的孔或螺纹，以及作为小批量生产的起点时，数控加工都是明智的选择。 CNC加工服务 在决定采用注塑成型工艺之前。
3D打印何时适用于原型制作和设计？
3D打印适用于验证概念、创建复杂几何形状和快速迭代。由此可见，3D打印对于探索设计方向和快速制作各种复杂定制产品的原型非常有益，因为它能够实现诸如内部通道、晶格和有机形状等特征。如果完整组装至关重要，则首选专业全彩3D打印原型；而单色ABS浇铸原型，即使存在后期处理缺陷，也是可以接受的。然而，应仔细选择合适的原材料，确保其尺寸精确、机械性能相容，并可选择表面涂层，以便充分了解环境条件，并考虑液体接触或表面处理性能等潜在风险。——目前，许多杰出人才正在致力于3D打印技术的应用。 功能原型如最优产品 需要具备出色配置设计的设计。
何时应该使用 3D 打印或 CNC 加工？零件的几何形状和复杂性会如何影响选择？
决定性因素是零件几何形状。3D打印最适合制造复杂几何形状、内部特征以及加工难度极低的柔性形状。CNC铣削（或CNC车削）可以高精度地制造棱柱形几何形状或带有配合特征的薄壁零件，前提是刀具的进给、尺寸和加工策略都已考虑在内。如果设计包含机械加工无法实现的倒扣或内部空腔，则选择3D打印；如果需要精度高且表面光洁度好的零件，则选择CNC铣削。
将3D打印和数控加工结合起来能带来什么好处？
混合技术可以充分利用透明图形的优势：结合增材制造和减材制造方法，例如利用核心3D打印技术制作那些难以实现的夹具，或者快速制作原型模型以快速复制，然后采用数控加工对这些部件进行精加工，使其达到所需的尺寸和精度。因此，您还可以选择在已安装的模具上进行3D打印，以用于多种生产方法；或者在3D打印部件上加工两个零件需要相互连接的配合面。工艺组合程度的选择很大程度上取决于可用时间、零件的复杂性、成本效益分析以及零件的机械和美观功能等因素。
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