手板模型加工三大核心工艺 ——CNC、3D 打印、复模的优劣与应用

olemassa手板模型这个行业里头, 工艺的选择会直接对那手板的精度、成本、周期以及性能起到决定作用, 它可是企业研发决策当中相当地至关重要的一环。历经了数十年的发展之后, 手板制作已然形成了以CNC精密加工、3D-tulostus快速成型、真空复模作为核心的三大工艺体系。这三大工艺, 各自有着优点跟缺点, 各自履行着各自的职责, 它们分别适配不同场景以及那些有着不同需求的手板制作。对于企业来讲, 唯有精准地掌握这三大工艺的特性、差异以及应用边界, 才能够选到最优的方案, 从而让那手板模型发挥出最大的价值。在这篇文章当中呢, 将会依据工艺原理、优势短板、材料适配以及应用场景, 这四个不同的维度方面, 去深入地剖析, 关于手板模型的三大核心工艺, 从而能够给行业当中的从业者, 给予全面的参考助力。

一、CNC 精密加工：高精度手板的 “黄金标准”

被视作“高精度手板的黄金标准”的CNC精密加工, 在手板模型行业是应用最为广泛且最为成熟的工艺 , 它的核心原理是借助计算机编程生成G代码 , 以此控制三轴 、四轴 、五轴数控加工中心 , 针对塑胶 、金属等块状毛坯展开精准切削 , 一步步去除多余材料 , 最终成型为契合设计要求的手板模型。

核心优势：

极致精度有着这样的表现, CNC-työstö精度能够达到正负0.02到0.05毫米的范围, 部分五轴设备在精度方面更为突出, 甚至可以实现正负0.01毫米的精度, 它作为在手板工艺里精度是最高的一种选择, 能够凭借其高精度完美地满足航空航天领域以及汽车领域还有医疗器械等领域的超高精度需求。

材料种类繁多, 适配范围极广, 几乎能与所有常用手板材料相契合, 其中涵盖了像ABS、PC、POM、亚克力这样的塑胶材料, 还有铝合金、不锈钢、铜、钛合金这类金属材料, 特别在加工高强度、高硬度的金属材料方面表现出色, 呈现出3D打印所无法企及的优势, 这是其独特之处。

优势显著: CNC手板借由实体材料经切削而成型, 其结构强度, 以及力学性能, 还有耐热性, 再加上耐腐蚀性, 均和量产产品全然相同, 能够直接开展装配测试, 和强度测试, 以及环境测试等严格功能验证。

加工之后, 表面光洁度颇高, 后处理较为简便, 能够轻易达成高光、哑光、喷砂、电镀等别样效果, 其外观质感和用以量产的产品不存在差异, 且表面质感良好。

短板不足：

成本处于较高状态, 这是由于设备投入巨大, 编程所需时间众多, 材料利用率很低, 最终致使单件小批量手板的成本比3D打印的成本要高。

受限于复杂结构, 对于内部存在镂空情况的, 具有复杂曲面的，呈现异形腔体的, 还有细小深孔这类结构, CNC 切削时难度极大, 甚至根本无法进行加工。

周期比较长, 其中编程、装夹、粗加工以及精加工的流程繁杂琐碎, 而复杂手板的制作周期一般来讲需要2至5天。

应用场景：

首先, 高精度、高强度、大尺寸、金属材质的手板, 其首选加工方式是CNC加工。其次, 它主要应用于, 新能源汽车方面的结构件、发动机零部件、变速箱壳体。再者, 还应用于医疗器械的精密配件、手术器械。然后, 也应用于航空航天飞行器的零部件、卫星结构件。另外, 还包括工业设备外壳、机械臂关节。最后, 以及对精度、强度、表面质感要求极高的消费电子中框、外壳等。

二、3D 打印快速成型：复杂结构手板的 “效率之王”

3D打印, 也就是增材制造, 是近十年才兴起的具有革命性的手板工艺, 其核心原理是建立在“分层叠加”这个理念之上, 把3D模型进行切片处理, 之后运用激光、热熔、光固化等办法, 将材料一层一层地堆积起来从而形成形状。当下手板行业里主流的3D打印技术有SLA光固化、SLS选择性激光烧结、FDM熔融沉积、MJF多射流熔融等等。

核心优势：

结构不存在极限, 它不会受到切削工艺的限制, 能够轻松地制作出那些CNC没办法加工的复杂结构, 像是镂空的结构, 薄壁的结构, 异形曲面的结构, 内部有流道的结构, 多孔的结构, 一体化拼装的部件等等, 它能完美地适配创意设计以及复杂产品的需求。

有着极快速度, 无需进行编程, 无需实施装夹, 无需开展换刀, 在3D模型导入之后, 就能够得以自动打印, 简单手板历经几小时即可成型, 复杂手板耗费1 – 2天便可交付, 其效率远远超越CNC, 是快速打样、紧急需求的最佳选择。

单件小批量成本呈现出低的态势, 成本处于可控范围之内, 不需要进行开模操作, 材料的利用率是高的, 特别适宜数量在1去到10件的少量手板, 能够大幅度地降低企业研发成本。

设计的时候自由度很高, 其中包括支持个性化定制, 还有能够多版本并行开发, 这样一来设计师可以很随意地去发挥创意, 根本不需要去顾虑加工的限制。

短板不足：

数值所显现的精度处于偏低状态, 其中为: 普通的3D打印精度大概是正负0.1至0.2毫米, 此精度低于CNC, 且其层纹呈现痕迹显著, 表面是有需要经过精细打磨后处理这一情况。

性能存在差异, 3D打印件呈现逐层堆积结构, 其力学性能稍逊于实体切削件, 耐热性也稍低, 强度同样稍低实体切削件, 并且部分高性能材料与之无法适配。

尺寸存在限制, 这是因为受到设备成型空间的限制, 所以大尺寸手板需要进行拆分拼接, 而这种拆分拼接会对整体精度以及强度产生影响。

应用场景：

3D打印是针对复杂结构, 小批量生产, 用以快速打样, 进行外观验证手板的首要选择, 主要应用于消费电子创意外观, 智能穿戴设备方面；机器人复杂关节, 仿生结构方面；医疗器械外壳, 个性化植入物方面；文创产品, 雕塑摆件, 玩具方面；以及产品初期设计验证, 外观评估, 展会展示, 专利申报等场景3D打印手板模型。

三、真空复模（硅胶复模）：小批量试产的 “成本利器”

小批量复制手板拥有一种工艺, 它被称作真空复模, 也叫硅胶复模, 其核心流程是, 首先要借助CNC或者3D打印去制作原型, 接着使用硅胶把原型包裹起来制作软模具, 随后在真空环境里将液态PU、ABS、软胶等材料注入模具, 等材料固化之后进行脱模, 最后经过后处理从而得到复制件。

核心优势：

当处于 10 到 1000 件的小批量生产状态时, 成本相较于 CNC 单件加工以及 3D 打印要远远低很多, 其模具成本低, 复制效率高, 还适合企业进行市场测试以及小批量试产, 呈现出小批量低成本的状态。

高效至极: 一套硅胶模具能够复制二十至五十件, 复制周期短暂, 两天到三天便可完成批量制造, 迅速满足小批量的需求。

材质种类丰富多样: 有可复制的硬质塑胶材质, 有软胶材质, 有透明材质, 还有耐高温材质等等, 其手感以及质感与量产产品相近, 能够满足装配需求, 也能满足功能测试需求。

具备高细节还原度, 硅胶模具柔韧性良好, 能够完美复制原型的精细纹路, 也能完美复制原型的文字, 还能完美复制原型的凹槽等细节, 复制件与原型的一致性表现为高度一致。

短板不足：

精度存在限制, 复制的精度大体处于约正负零点一至零点三毫米的范围, 此精度低于数控加工中心, 在进行批量复制操作的时候会存在细微的误差。

硅胶模具的寿命存在局限, 其模具寿命短, 一般仅仅能够使用二十至五十次, 要是进行大批量生产, 那么便需要频繁地将模具更换。

性能处于普通水准: 复模材料的性能, 处于3D打印和CNC两者之间, 其耐热性以及强度, 比实体材料要低, 不适用于超高性能的测试。

应用场景：

首选是真空复模, 它适用于 10 到 1000 件的小批量试产, 也适用于市场测试, 还适用于产品铺货。其主要应用场景包括, 家电外壳的小批量试产, 数码配件用于小批量试产, 汽车内饰件的批量制作, 汽车改装件的批量制作, 医疗器械外壳的批量生产, 医疗器械耗材的批量生产, 文创产品的小批量上市, 玩具的小批量上市, 企业新品的市场测试, 展会样品的制作，客户定制等场景。