CNC銑床與FDM 3D打印機(jī)的七大差異,！

CNC (計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床)不僅包括 CNC 銑床和車床,，還包括 3D 打印機(jī),、機(jī)械臂和其他機(jī)器,。CNC機(jī)床和3D打印機(jī)有許多共同點(diǎn),，都以G 代碼形式提供的一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為銑削或打印的運(yùn)動(dòng),。通過微控制器，給定的命令被轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng),。所有 CNC 機(jī)器的基本原理基本相同,，主要區(qū)別在于材料和應(yīng)用,。為了更好地了解機(jī)器的特點(diǎn)和應(yīng)用場合，南極熊將比較制造商中最常見的機(jī)器類型,，即 CNC 銑床和 FDM 3D 打印機(jī),。


不同點(diǎn)-基本差異


△FDM 3D 打印機(jī)是創(chuàng)客中最常見的機(jī)器

現(xiàn)在請大家思考這樣一個(gè)問題，如果FDM打印機(jī)和CNC銑床相似,，那么為什么不將銑床的工具頭換成打印頭呢,？原則上，這是可行的,，但實(shí)際情況卻有所不同,，這是因?yàn)槎�者在工藝技術(shù)上存在一定的差異，比如CNC 銑床不需要加熱床,，F(xiàn)DM 3D 打印機(jī)也不需要主軸速度控制,。

上述問題的核心在于，在不更改物理部件和固件設(shè)置的情況下,，對這些機(jī)器中的一些基本條件的要求是不相互兼容的,。因此，在工具頭和打印頭之間進(jìn)行交換是不切實(shí)際的,，但并非不可能,。

開源MPCNC試圖提供這種靈活性，但由于上述挑戰(zhàn)而缺乏實(shí)用性,。E3D等公司正在努力簡化工具更換的步驟，不僅包括不同的打印頭,，還可能包括用于鉆孔和自動(dòng)后處理的小型銑床,。這些系統(tǒng)仍然非常復(fù)雜、昂貴,，一般的打印機(jī)愛好者往往負(fù)擔(dān)不起,。

一、成型方式：增材與減材加工


△減材加工較為復(fù)雜

加工方式可以分為兩種：增材制造或減材制造,。FDM 3D 打印機(jī)用于增材加工,，而 CNC 銑床和銑床用于減材加工。后一種機(jī)器包括銑床,、鉆頭或銑刀,，切割、去除材料,，以獲得想要的結(jié)構(gòu),。

這兩種類型的加工都需要像CNC機(jī)器提供一組命令。但由于這些方法上的差異,，獲取 G 代碼中的這些命令的方式不同,。默認(rèn)情況下,，CNC 銑床和銑床將從給定庫存材料的表面開始，并從中切割所需的對象,。為此,，需要使用CAM 軟件創(chuàng)建刀具路徑。在軟件設(shè)置中,，需要定義使用的工具,、它的尺寸和屬性、所需的速度,、起點(diǎn)和終點(diǎn),，以及其他設(shè)置。除此之外,，好包括刀具的更換這個(gè)過程可能相當(dāng)復(fù)雜,，需要相當(dāng)多的知識(shí)。


△簡單的刀具路徑——藍(lán)線表示切割,，橙色表示僅移動(dòng)

如果要為3D打印機(jī)創(chuàng)建G代碼,，則需要使用切片器。它將給定的對象并轉(zhuǎn)換為一定層厚度的切片圖像,。切片上的每個(gè)點(diǎn)都被轉(zhuǎn)換為 XYZ 坐標(biāo),。默認(rèn)情況下，需要從構(gòu)建表面開始,，向上處理每一層,。許多切片器為常用的 3D 打印機(jī)提供有用的默認(rèn)設(shè)置，可以達(dá)到較合理的切片路徑和結(jié)果,，初學(xué)者也能夠很容易地進(jìn)行操作,。

二、運(yùn)動(dòng)軸


△在數(shù)控機(jī)床中遇到的基本運(yùn)動(dòng)軸

大多CNC機(jī)器,，無論是銑床還是 3D 打印機(jī),，都只能在三個(gè)維度上運(yùn)行（即 X、Y 和 Z 軸）,。也有一些機(jī)器有額外的軸,，例如 A 軸、B 軸和 C 軸,，某些專業(yè)高端機(jī)器最多可以有 12 個(gè)軸,。那么，為什么我們需要那么多軸,？對于銑削和銑削應(yīng)用,，多軸操作允許從幾乎任何角度接近工件，從而允許加工簡單的 3 軸機(jī)床無法實(shí)現(xiàn)的底切和復(fù)雜特征,。

對于 3D 打印機(jī)來說,，多軸打印是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域,。多軸打印可以沿著工件表面輪廓進(jìn)行打印，提高打印件的精度,，使用多軸打印能夠建立復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而無需支持,，如5軸Prusa plus打印機(jī)。

三,、材料


△使用 CNC 銑床可以輕松制作木制物品

最常見的材料是塑料,、木材和金屬，所有這些都可以進(jìn)行 CNC 銑削,。不過,，在 3D 打印方面，情況要復(fù)雜一些,。

●塑料
塑料是FDM 3D打印機(jī)最常用的材料之一,，材料種類也非常豐富，從 PLA 到工程塑料,。需要特別注意,，工程塑料將需要外殼和過濾系統(tǒng)設(shè)置，某些塑料制品的煙霧對人的身體也有危害,。

●木材
3D 打印木材只能使用填充木絲,，這是一種塑料基材與一定比例的木纖維的復(fù)合材料。不過,，要實(shí)現(xiàn)真正的木質(zhì)外觀比較棘手,，但可以進(jìn)行打磨和染色的操作，這有助于改善外觀,。對于那些希望以相對精度加工木材的人來說,，CNC 銑床提供了最佳解決方案。在處理木板和木板或膠合板時(shí),，重要的考慮因素包括機(jī)器可以容納的格式,、銑刀主軸的功率以及可實(shí)現(xiàn)的最大切割深度,。

●金屬


△燒結(jié)后,，您將獲得幾乎 100% 金屬的最終部件

對于愛好者來說，真正的金屬 3D 打印目前在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上對大多數(shù)人來說都是遙不可及的,，但使用金屬填充燈絲的打印卻并非如此,。它也是一種混合了塑料和金屬成分的復(fù)合材料。

對于珠寶制作和某些功能部件,，通常需要打印和燒結(jié)操作,。燒結(jié)過程會(huì)燒掉粘合劑聚合物并留下金屬材料，這一過程需要使用燒結(jié)爐,，需要額外的支出或使用打印和燒結(jié)服務(wù),。同時(shí),，尺寸精度是一個(gè)問題，因?yàn)槲矬w在燒結(jié)過程中會(huì)收縮,。脫蠟技術(shù)是另一種選擇,。從本質(zhì)上講，這個(gè)物體是用蠟或其他材料 3D 打印出來的,，然后嵌入到澆注化合物中,。蠟?zāi)Ｐ捅粺龤В�留下一個(gè)模具,，其中填充了熔融金屬,。尺寸精度也是一個(gè)問題，但可以通過優(yōu)化流程,，提高精度,。

金屬零件最好通過銑削制成。CNC 銑床可實(shí)現(xiàn)高精度,，但復(fù)雜的金屬零件需要更復(fù)雜的銑床,，成本會(huì)提高。實(shí)際限制是金屬的硬度,。普通機(jī)器可以加工鋁,、銅和某些等級(jí)的黃銅，但鋼材通常太硬,，只能以非常低的速度進(jìn)行加工,。

四、精度


△精度是關(guān)鍵

精度,，決定了零件在制造后對其尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)的真實(shí)程度,。精度要求將根據(jù)材料和設(shè)計(jì)而有所不同。為了更好地了解可機(jī)器的局限性,，需要知道機(jī)器可達(dá)到的精度,。CNC 銑床的精度可以小到0.005 毫米到 0.0005 毫米，消費(fèi)級(jí)臺(tái)式機(jī)可以實(shí)現(xiàn)低至 0.01 毫米到 0.03 毫米的重復(fù)精度,。當(dāng)涉及到特定材料的機(jī)器時(shí),，會(huì)有一些變化。例如,，用于切割木材的 CNC 刳刨機(jī)通常精度較低,。消費(fèi)級(jí)桌面型號(hào)可達(dá)到0.05 毫米的精度。

FDM 3D 打印機(jī)的精度范圍從 0.12 毫米(牙科用打印機(jī))到 0.5 毫米(普通打印機(jī))不等,。據(jù)稱工業(yè)打印機(jī)可以低至 0.01 毫米,。

在零件加工或 3D 打印之間做出決定在很大程度上取決于其功能。如果想快速且廉價(jià)地創(chuàng)建有形的非功能性原型,，3D 打印無疑會(huì)勝出,。這些材料很便宜,，產(chǎn)生的廢物也很少。然而,，若需要耐熱功能部件,，最好由金屬銑削而成，因?yàn)樗鼈冊诰�度方面很有�?yōu)勢,。

五,、應(yīng)用


△全尺寸 CNC Maslow銑床

在專業(yè)加工和3D打印環(huán)境中，許多事情都是可能的,，但業(yè)余愛好者的機(jī)器會(huì)受到一些限制,。機(jī)器的功能與成本、復(fù)雜性的增加以及對如何操作這些高級(jí)機(jī)器的更高級(jí)知識(shí)的需求相關(guān)聯(lián),。

愛好者 CNC 銑床更適合木材加工,。它們非常靈活，可以切割家具面板以裝配露營車,，用板材制作家具,，創(chuàng)造復(fù)雜的雕刻和木鑲嵌結(jié)構(gòu)。FDM 3D 打印是唯一一種已在愛好者制造商社區(qū)中廣泛使用的增材加工方法,。應(yīng)用非常廣泛：棋盤游戲的裝飾小雕像,、功能性工程模型、掛鉤,、夾子,、各種小部件，應(yīng)有盡有,。由于這種幾乎無限的應(yīng)用范圍,，3D 打印得到了普及。不過,，只要確保您為應(yīng)用程序使用正確的材料即可,。PLA 非常適合非功能性或低應(yīng)力物品，而 PETG,、TPU 或高性能線材更適合功能性應(yīng)用,。

六、對環(huán)境造成的影響


△塑料瓶也能制成長絲

任何制造商,，業(yè)余愛好者或?qū)�業(yè)人士,，無論規(guī)模大小,，都應(yīng)考慮其活動(dòng)的碳足跡,。例如，為了制造金屬材料,，整個(gè)供應(yīng)鏈?zhǔn)歉叨饶茉疵芗�型��,。從采礦,、冶煉和軋制，再到運(yùn)輸?shù)阶罱K用戶,，考慮到能源消耗和成本考慮,，浪費(fèi)應(yīng)保持在最低限度，任何廢物都應(yīng)回收利用,。

幸運(yùn)的是,，對于金屬來說，回收相當(dāng)簡單,，但它仍然是能源密集型的,，不能在現(xiàn)場進(jìn)行。木材作為一種很好的材料,，但它仍然會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生影響,。商業(yè)林業(yè)、采伐,、加工和運(yùn)輸都是資源和能源密集型的,。其他潛在的環(huán)境影響是由板材中使用的粘合劑（通常是甲醛）引起的，切割時(shí)會(huì)釋放煙霧,。雖然可以回收純木材廢料,，但必須根據(jù)當(dāng)?shù)鼗厥辗ㄒ?guī)處理廢纖維板和其他加工過的木板，不得焚燒,。與加工金屬一樣,，噪音和振動(dòng)是木工的問題領(lǐng)域。CNC 銑床也是一個(gè)多塵的地方,，強(qiáng)烈建議在加工時(shí)戴上防塵面具,，以保護(hù)自己免受危險(xiǎn)的細(xì)顆粒物的傷害。


△塑料垃圾

3D FDM 打印可以在家中回收并再次變成細(xì)絲,。然而,，制造長絲會(huì)產(chǎn)生環(huán)境成本，特別是在合成塑料所需的電,、水和油方面,。3D 打印過程本身使用電力，但與功能強(qiáng)大的 CNC 銑床相比,，它通常相對較少

七,、成本影響


△建立自己的數(shù)控系統(tǒng)

購買任何機(jī)器都會(huì)產(chǎn)生各種成本影響，包括一次性成本和運(yùn)行成本,。有些成本可以通過使用軟件等開源資源來降低,，但有些則不能。例如，制造機(jī)器的零件價(jià)格,。運(yùn)行成本將根據(jù)使用的材料,、切割和銑削鉆頭、熱端和其他組件而有所不同,。

開源 CNC 機(jī)器的計(jì)劃范圍很廣,，它的成本實(shí)際上取決于許多因素。小型 DIY CNC 銑床起價(jià)約為 140 美元,，最好的數(shù)控銑床時(shí),，我們發(fā)現(xiàn)起價(jià)約為 250 美元。各種鉆頭需要額外付費(fèi),，根據(jù)質(zhì)量,，40 件套的價(jià)格低至 35 美元。FDM 3D打印機(jī)起價(jià)低至 190 美元,。在軟件方面,，有很多合適的免費(fèi)開源軟件可用于數(shù)控銑床給加工和3D打印。

材料成本


△銑床加工還是打�,�,？

材料是一個(gè)更棘手的考慮因素，因?yàn)楣に嚭筒牧系倪x擇將取決于設(shè)計(jì)階段,。例如,，如果您正在制作原型，3D 打印外殼設(shè)計(jì)的原型會(huì)更便宜,。與從一塊實(shí)心鋁材上銑出一個(gè)空心外殼相比,，它只需要幾克塑料絲。為了了解所用材料的單位體積成本差異,，南極熊比較了普通 3D 打印絲與鋁的密度,。計(jì)算出一個(gè)100mm的實(shí)心立方體需要的材料量，然后根據(jù)每kg的價(jià)格計(jì)算成本,。結(jié)果有點(diǎn)意外：

1 立方分米的 PLA 成本在 18.60 美元到 24.80 美元之間,，而相同體積的鋁成本約為 22 美元。在用不同材料制造 50 個(gè)相同支架的成本比較中,，很明顯最終價(jià)格不僅取決于原材料成本,，還取決于材料、制造方法,、項(xiàng)目數(shù)量以及生命周期成本的組合,。然而，對于普通愛好者來說,，運(yùn)行 3D 打印機(jī)或 CNC 銑床之間幾乎沒有任何成本差異