手板模型加工三大核心工艺 ——CNC、3D 打印、复模的优劣与应用

在从事手板模型的这个行业里头, 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性作用, 它可是企业进行研发决策时极为关键重要的一环。历经数十年的发展进程, 手板制作构建起了以CNC精密加工、3D-tulostus快速成型、真空复模这为主的三大工艺体系。这三大工艺分别有着各自的优点还有缺点, 各自履行着不同的职责, 去适配不同场景、不同需求下的手板制作工作。对于企业来讲, 只有精确地把握这三大工艺的相关特性、存在的差异以及应用的边界范围, 才能够挑出最优的方案, 进而让手板模型充分发挥出最大的价值。文中会自工艺原理、优势短板、材料适配以及应用场景这四大维度出发、深度剖析手板模型三大核心工艺, 给行业从业者予以全面参考。

一、CNC 精密加工：高精度手板的 “黄金标准”

CNC进行精密加工的方式, 是手板模型行业里应用最为广泛的, 同时也是最为成熟的工艺, 它被赞誉为“高精度手板的黄金标准”, 其核心原理在于, 借助计算机编程生成G代码, 以此来控制三轴、控制四轴、然后控制五轴数控机床加工中心, 针对塑胶、针对金属等块状毛坯实施精准切削, 逐步完成去除多余材料的操作, 最终成功成型为符合设计要求的手板模型。

核心优势：

极其高的精度, CNC-työstö精度能够达到正负0.02至0.05毫米, 部分五轴设备的话甚至可以达成正负0.01毫米精度, 它是所有手板工艺当中精度最为高的选择, 能够完美地满足航空航天、汽车、医疗器械等领域的超高精度需求。

它所适配的手板材料范围极为广泛, 几乎能涵盖所有常用的手板材料, 其中包含像ABS这一样的塑胶材料, 还有PC、POM以及亚克力等各类塑胶, 另外也有铝合金、不锈钢、铜、钛合金等金属材料, 它尤其在对高强度且高硬度的金属材料进行加工时表现出色, 这是3D打印根本无法与之相比拟的。

性能出色, CNC手板借由以实体材料切削成型, 其结构强度, 与量产产品全然相同, 力学性能, 和量产产品毫无二致, 耐热性, 跟量产产品完全相符, 耐腐蚀性, 同量产产品完全一样, 能够径直开展装配测试, 强度测试, 环境测试等严格的功能验证。

后处理简便, 经加工后表面光洁度颇高, 表面质感良好, 能够轻易达成高光、哑光、喷砂、电镀等多样效果, 且外观质感和量产产品不存在差异。

短板不足：

成本是比较高的, 设备投入方面规模很大, 编程所耗费的时间较多, 材料利用效率比较低, 这使得单件小批量手板的成本在数值上要高于 3D 打印这种工艺。

内部存在镂空情况 , 有着复杂曲面模样 , 是异形腔体形态 , 还有些细小深孔 , 面对这些结构 , 其CNC 切削时候难度极大 , 甚至根本就没办法进行加工。

周期比较冗长, 其中编程环节, 装夹环节, 粗加工环节, 精加工环节, 流程极为繁杂, 复杂的手板制作周期, 通常来讲需要两至五天。

应用场景：

金属材质、大尺寸、高强度、高精度的手板, 其首选加工方式是CNC加工。它主要应用于这些方面: 新能源汽车的结构件, 发动机的零部件, 变速箱的壳体；医疗器械的精密配件, 手术器械；航空航天飞行器的零部件, 卫星的结构件；工业设备的外壳, 机械臂的关节；还有消费电子中框、外壳等, 这些对精度、强度、表面质感有着极高的要求。

二、3D 打印快速成型：复杂结构手板的 “效率之王”

增材制造也就是 3D 打印, 是近十年兴起的具有革命性的手板工艺, 其核心原理是依据 “分层叠加” 这一理念, 把 3D 模型进行切片处理, 之后借助激光、热熔、光固化之类的方式, 让材料一层一层地堆积从而成型。当前手板行业里主流的 3D 打印技术涵盖 SLA 光固化、SLS 选择性激光烧结、FDM 熔融沉积、MJF 多射流熔融之类。

核心优势：

构成形式没得边界: 不会给切削技艺加阻碍, 能够轻易打造出数控加工没法弄的繁杂构成样式, 像有空洞、壁薄、形状怪异的曲面、内部有连通通道、有许多孔的构造、一体化拼接部件这样的, 绝佳适合创新设计和复杂产品的要求。

速度极其快, 不需要进行编程, 不需要进行装夹, 不需要进行换刀, 3D模型在导入之后就能够自动打印, 简单的手板在几个小时就可以成型, 复杂的手板在1到2天能够交付, 效率远远超过CNC, 是快速打样以及紧急需求的最佳选择。

材料利用率高, 单件小批量成本低微, 无需开模, 成本处于可控状态, 这类情况特别契合 1 – 10 件的少量手板, 能使企业研发成本得到大幅削减。

拥有高设计自由度, 它支持个性化作定制, 允许多版本同时并行开发, 设计师能够自由地施展创意, 不用担心会遇到加工方面的限制。

短板不足：

普通这样的3D打印精度, 大概是正负0.1到0.2毫米，是偏低的, 它比CNC要低, 层纹痕迹是明显的, 表面要经过精细打磨之后进行后处理。

性能存在差异, 3D打印件呈现逐层堆积的结构状态, 其力学性能, 以及耐热性, 还有强度, 略微比实体切削件低一些, 部分高性能等级的材料不能进行适配。

有尺寸方面的规定性限制, 因为受到设备成型空间的相应限制, 所以大尺寸的手板需要进行拆分以及拼接, 这就对整体的精度以及强度造成了影响的。

应用场景：

消费电子创意外观、智能穿戴设备, 是3D打印复杂结构、小批量、快速打样、外观验证手板的应用对象之一。机器人复杂关节、仿生结构, 也是其应用范畴。医疗器械外壳、个性化植入物, 同样在其应用范围内。文创产品、雕塑摆件、玩具, 亦是被应用的方面。产品初期设计验证、外观评估、展会展示、专利申报等场景, 也都有3D打印手板模型的身影。

三、真空复模（硅胶复模）：小批量试产的 “成本利器”

有着硅胶复模别称的真空复模, 属于一种用于小批量复制手板的工艺, 其核心流程如下, 首先借助CNC或者3D打印来制作原型, 接着运用硅胶包裹原型从而制作软模具, 随后于真空环境中将液态PU、ABS、软胶等材料注入模具之中, 待材料固化以后进行脱模, 最后经过后处理得到复制件。

核心优势：

生产数量为10至1000件的小批量生产, 成本相较于CNC单件加工以及3D打印而言, 要远远低得多, 其模具成本低, 且复制效率高, 适合企业用于市场测试, 也适合小批量试产, 呈现出小批量低成本的特点。

效率超高: 一套硅胶模具能够复制出二十到五十件, 复制所需的周期很短, 两天到三天就能够完成批量制作, 能够迅速满足小批量的需求。

材质种类丰富多样, 其中包括能够被复制的硬质塑胶, 还有软胶, 以及透明材质, 另外还有耐高温材质等等, 其手感以及给到人的质感与量产产品相接近, 能够符合装配的需求, 同时也能满足功能测试的要求。

细节还原程度很高, 硅胶模具具备良好的柔韧性, 能够十分完美地复制原型的精细纹路, 以及文字, 还有凹槽等细节, 复制件和原型的一致性程度很高。

短板不足：

精度存在一定限度, 复制精度大概是正负零点一至零点三毫米, 比CNC要低, 在进行批量复制的时候会有轻微的误差。

硅胶模具的寿命存在局限, 常常仅能够使用二十至五十次, 要是进行大量生产的话就需要频繁地去更换模具, 这导致模具的寿命显得短暂。

那性能处于一般水平, 复模材料的性能是处在3D打印与CNC两者之间的, 其具备的耐热性以及强度相较于实体材料而言要更低一些, 鉴于此它并不适宜应用于进行超高性能的测试。

应用场景：

真空复模是小批量试产之中, 仅10到1000件数量的那种试产, 用于市场测试, 也是产品铺货时的首要选择。它主要应用于这些方面: 在家电外壳领域用于小批量试产之时, 在数码配件的小批量试产方面, 在汽车内饰件的批量制作当中, 在汽车改装件的批量制作过程里, 对医疗器械外壳进行批量生产的时候, 对医疗器械耗材进行批量生产之际；对于文创产品的小批量上市而言, 针对玩具的小批量上市情况之时；还有企业新品市场测试的场景, 展会样品的场景, 客户定制的场景等等。