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金屬3D打印對比CNC數(shù)控加工，是互補還是二選一？

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責(zé)任編輯：傳說的落葉時間：2019-04-16 08:53

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[導(dǎo)讀]更好的設(shè)計自由度和靈活性是減少浪費、提高生產(chǎn)效率和獲得功能增益的驅(qū)動因素。

更好的設(shè)計自由度和靈活性是減少浪費、提高生產(chǎn)效率和獲得功能增益的驅(qū)動因素。金屬3D打印的核心優(yōu)勢逐漸為市場所熟知，同時，重復(fù)性大批量生產(chǎn)、表面精加工、尤其是與精密公差有關(guān)的需求仍然是CNC加工的優(yōu)勢所在。但是，如果他們之間沒有競爭呢？不是二選一的關(guān)系呢？

我們就這個問題，采訪了Materialise金屬3D打印技術(shù)經(jīng)理Ingo Uckelmann先生，討論為什么在許多情況下，這兩種制造技術(shù)可以（而且應(yīng)該）互補而不是對立。

Q：Materialise
A：Ingo Uckelmann

Q：選擇使用金屬3D打印制造部件的關(guān)鍵不就是因為它比其它技術(shù)（包括CNC加工）更具優(yōu)勢嗎？

A：“不是這樣的，這是一直以來的誤解。金屬3D打印和其他制造技術(shù)或工藝一樣，有它獨特的優(yōu)勢和劣勢，需要根據(jù)手頭的任務(wù)進(jìn)行權(quán)衡。它的關(guān)鍵在于為制造商提供了一種選擇——另一種做事的方式。”

“關(guān)于CNC加工，一些關(guān)鍵的差異為金屬3D打印帶來了機會。例如，采用減材制造工藝，CNC加工相比金屬3D打印會導(dǎo)致更多的原材料浪費。金屬的原材料更為昂貴，以鈦合金為例，成本效益尤為重要。”

“因為CNC加工基本上是使用特殊的切割工具對部件進(jìn)行成型，這也意味著對這種工具的需求。如果沒有這種特殊工具，還需要另外的工藝來制造工具，例如創(chuàng)建一個退刀槽。這也意味著即使在使用五軸加工的情況下，固定部件還是有很多特征無法被加工出來。圓柱形刀具在加工“完整的角度”上是有困難的。內(nèi)部直角需要通過退刀槽來實現(xiàn)，否則會出現(xiàn)弧形邊。”

“對于增材工藝，由于3D打印不需要除支撐以外的任何部件定制化工具，所以也沒有弧形邊的問題。3D打印可以實現(xiàn)更復(fù)雜的幾何形狀，包括內(nèi)置流道，能夠幫助減輕部件重量、增加功能等。大體上，可用軟件設(shè)計代替創(chuàng)建實體工具。”

Q：但是這些優(yōu)勢卻不意味著3D打印總是最好的方案？

A：“是的，CNC加工也有明顯的優(yōu)勢。其中之一是更高的精度——每個軸上僅幾微米的誤差，這意味著，無需經(jīng)過額外的加工處理，就可以實現(xiàn)非常高的表面精度。在公差方面，CNC加工通常也優(yōu)于3D打印，因為它不需要‘熱處理和再加工’過程。另外，CNC加工非常適用于重型部件加工。”

“在用不到內(nèi)置流道、復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)、輕量化和合并組件等3D打印設(shè)計/功能優(yōu)勢的情況下，小批量部件生產(chǎn)采用CNC加工速度更快、成本也更低。”

“問題在于，很多制造商認(rèn)為必須基于這些優(yōu)勢與劣勢選擇其中一種技術(shù)。實際上，他們的優(yōu)勢如果應(yīng)用得當(dāng)，可以結(jié)合起來提供更大的機會。”

Q：您能否舉例說明制造商如何從這些互補的優(yōu)勢中獲益？

A：“我之前提到公差問題。對于許多汽車、航空航天和其他高精度產(chǎn)品，金屬部件的要求公差超出了3D打印可以提供的公差。但是，3D打印提供的設(shè)計靈活度（通常用于輕量化/增強人體工程學(xué)）又正是這些應(yīng)用所需的。在3D打印部件的基礎(chǔ)上使用CNC加工可提供兩全其美的優(yōu)勢，在某些情況下，公差可低至±0.005 mm。”

“同樣，考慮到要求精密公差的精細(xì)表面處理，特別是需要與其他部件精確配合的部件，可用3D打印將部件制造稍微大些，再用CNC加工，例如5軸銑削，以達(dá)到精度要求。”

“材料上也有優(yōu)勢。以前，3D打印技術(shù)由于受材料的限制，不能利用鈦、鋁、鉻鎳鐵合金和不銹鋼在強度、耐腐蝕性、熱性能方面的機械性能特性。如今除了這些材料，越來越多的合金/超合金可用于3D打印，也可用CNC加工進(jìn)行精確的精度處理。產(chǎn)品開發(fā)工程師在使用他們所熟悉的材料上有了更大的靈活性。”

“同樣重要的是，使用3DP進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化可以獲得特定的形狀或功能優(yōu)勢，金屬部件的3D打印文件也可以針對CNC加工進(jìn)行優(yōu)化，幫助制造商以更低的成本實現(xiàn)他們想要的規(guī)格。使用CNC制造復(fù)雜的金屬部件時，旋轉(zhuǎn)、重新定位、工藝復(fù)雜性和定制夾具很常見，但成本很高?？梢酝ㄟ^使用3D打印來最小化或完全消除“初始結(jié)構(gòu)上的限制”，最后將簡單又特別關(guān)鍵的后處理工作交給CNC機器，例如添加螺紋。”

“另外，除了設(shè)計/性能優(yōu)勢之外，相比定制化開發(fā)注塑方案，結(jié)合3D打印和CNC的優(yōu)勢來生產(chǎn)金屬部件通常更快、更具成本效益。將這些特點與數(shù)字化制造工藝所提供的設(shè)計迭代優(yōu)勢相結(jié)合，你就能很清楚的知道為什么這種金屬部件生產(chǎn)的‘強大組合’，能夠引起制造商的興趣了。”

Q：既然這兩種制造方法都是數(shù)字化的，是不是意味著他們可以輕易設(shè)置為單獨的流程？

A：“是的，實際上這種優(yōu)勢也是我們將CNC加工添加到3D打印制造中的主要原因。”

“了解到部件將最終被CNC加工完成后，就能在3D打印部件的設(shè)計階段最大化利用這一潛能，通過數(shù)據(jù)設(shè)置實現(xiàn)與CNC要求的完美銜接，從而簡化生產(chǎn)和產(chǎn)品加工。我們?yōu)榭蛻籼峁?lsquo;一體化’解決方案，結(jié)合3D打印在特定形狀和功能上的復(fù)雜設(shè)計以及CNC的精度優(yōu)勢。同時這也消除了由于兩個完全獨立的流程所導(dǎo)致的額外交付期和管理延遲：打印和銑削部件的周轉(zhuǎn)時間可低至12個工作日。”

“對我們來說，這種結(jié)合對于更長遠(yuǎn)的開發(fā)3D打印軟件與技術(shù)，推進(jìn)金屬3D打印進(jìn)程來說是一個機會?，F(xiàn)在進(jìn)入這一領(lǐng)域正是時候，我們期待能夠幫助客戶抓住這一機遇。”

Materialise始終在您身邊，幫助您解決生產(chǎn)制造的挑戰(zhàn)。如果您需要進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，我們可以給您指導(dǎo)與建議。
來源：Materialise

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