3D 打印快速原型打样：工程师须知

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  3D 打印快速原型打样如何构建零件
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  哪种 3D 打印工艺适合哪种原型
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  应提前规划的公差与表面限制
• 4
  何时从 3D 打印转向 CNC 加工
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  原型制作：3D 打印与 CNC 加工对比

增材制造把 CAD 实体切成层，然后逐层沉积或固化材料。层高决定垂直分辨率：0.1 mm 得到光滑侧壁，0.25 mm 打印速度约快一倍，但曲面会出现可见的台阶纹。

构建方向比多数人预想的更重要。沿 Z 轴打印的孔会略微呈椭圆；同一孔在 XY 平面打印，圆度好得多。抱怨孔径之前，先在切片软件里旋转零件。

各向异性是第二点要记住的。FDM 零件沿挤出路径强度高，跨层结合处强度低，Z 方向抗拉强度常损失 30-50%。如果原型要承受载荷，应调整方向，让载荷沿层方向而非跨层方向。

每种工艺在某些位置都需要支撑材料。与垂直方向夹角超过约 45° 的悬垂、内部通道和深腔都需要支撑。对原型而言，这意味着表面留下支撑痕，后处理还要额外花时间切割、溶解或喷砂去除。

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  层高0.05 mm 精细，0.1 mm 标准，0.25 mm 草稿
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  构建方向报价前确定，不要事后再说
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  支撑去除每个超过 45° 的悬垂都要预留时间
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  收缩SLS 和 MJF 线性收缩 2-3%，需规划补偿量

SLA 和 DLS 用激光或投影固化树脂。打印态表面最光滑，可达约 Ra 1.6 μm，能保持 0.3 mm 壁厚等精细特征。适合外形与装配验证模型、透明件以及需要打磨喷漆的零件。不适合长期暴露在阳光下或承受载荷的零件。

SLS 和 MJF 烧结尼龙粉末，无需支撑结构，因为周围粉末支撑零件。因此嵌套几何、活动铰链和内部通道都能干净成型。表面呈颗粒感，类似 220 目砂纸。两者都是功能性支架和壳体的主力工艺。

FDM 挤出热塑性线材。每立方厘米成本最低，最容易在内部运行，但强度最低、精度最差。用于工装夹具、粗略样机和无人测量壁厚的壳体。

金属打印分为 DMLS 和粘结剂喷射。DMLS 在 Ti-6Al-4V、316L 和 Inconel 中接近锻件密度，具有真实力学性能，成本通常只适合点阵结构或随形冷却。粘结剂喷射单件成本更低，但需要烧结步骤，收缩约 20%，需规划补偿。

材料喷射和 PolyJet 可在一次构建中打印多种材料，包括软硬度和透明树脂。非常适合包胶手柄、垫片和彩色模型。代价是成本和 UV 稳定性，因此很少用于要测试数月的零件。

没有聚合物 3D 打印工艺能保证 ±0.005 mm。调校良好的机器典型最佳值为首英寸 ±0.1 mm，之后为剩余尺寸的 ±0.2%。100 mm 尼龙件远端可能偏移 0.3 mm，而工艺本身并无异常。

这个数值对与垫片配合的壳体没问题。对轴承内孔、压配销或需承受扭矩的螺纹则不行。图纸标注 ±0.05 mm 时，增材制造就是错误的工具，没有例外。

所有工艺的 Z 轴精度都差于 XY。如果关键特征沿垂直方向，应旋转零件或接受该公差。同样，小孔打印后平均偏小 0.1-0.2 mm，配合重要时应打印后钻孔或铰孔。

表面处理是另一项隐性成本。SLS 尼龙打印态约 Ra 6-10 μm。喷砂可到约 Ra 3-5 μm。蒸汽抛光或树脂涂层可接近 Ra 1.6 μm，但增加一天工期，尺寸也会略有变化。

转换通常出于三个原因之一：材料需要是金属、公差需要更紧、零件需要经受真实测试循环。这些都不是增材制造的失败，只是不同的任务。

CNC 加工在精加工走刀下可达 ±0.005 mm 和 Ra 0.2-0.8 μm。同一铝支架从 SLS 打印机出来时表面有颗粒感、壁厚 ±0.15 mm，从五轴铣床出来则表面如镜、内孔测量合格。对功能测试而言，这一差异决定数据是否有意义。

代价是装夹。打印件无需夹具、无需刀具、无最小起订量。机加工件需要程序、台钳或软爪，以及首件检验。因此通常路径是：打印验证几何，机加工验证功能。

在钜亮五金（GreatLight），两种工艺我们都做。典型流程是先用 3D 打印做外形模型，检查人机工程和包装适配，再转到 CNC 加工的功能原型，材料用 6061-T6、316L 或 PEEK，在开模前做载荷和热测试。报价和免费 DFM 分析 12 小时内返回，生产可在 24 小时内启动。

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  选打印，如果要验证的是几何形状、人机工程或包装适配
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  选机加工，如果要验证的是材料性能、公差或热行为
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  两者都做，如果设计评审和测试周期在同一个月内