CNC銑床與FDM 3D打印機的七大差異！

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


不同點-基本差異


△FDM 3D 打印機是創(chuàng)客中最常見的機器

現(xiàn)在請大家思考這樣一個問題，如果FDM打印機和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，但實際情況卻有所不同，這是因為二者在工藝技術(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行交換是不切實際的，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，一般的打印機愛好者往往負擔不起。

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 打印機用于增材加工，而 CNC 銑床和銑床用于減材加工。后一種機器包括銑床、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、起點和終點，以及其他設(shè)置。除此之外，好包括刀具的更換這個過程可能相當復(fù)雜，需要相當多的知識。


△簡單的刀具路徑——藍線表示切割，橙色表示僅移動

如果要為3D打印機創(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。切片上的每個點都被轉(zhuǎn)換為 XYZ 坐標。默認情況下，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 打印機提供有用的默認設(shè)置，可以達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行操作。

二、運動軸


△在數(shù)控機床中遇到的基本運動軸

大多CNC機器，無論是銑床還是 3D 打印機，都只能在三個維度上運行（即 X、Y 和 Z 軸）。也有一些機器有額外的軸，例如 A 軸、B 軸和 C 軸，某些專業(yè)高端機器最多可以有 12 個軸。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 軸機床無法實現(xiàn)的底切和復(fù)雜特征。

對于 3D 打印機來說，多軸打印是一個嶄新的領(lǐng)域。多軸打印可以沿著工件表面輪廓進行打印，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。

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，要實現(xiàn)真正的木質(zhì)外觀比較棘手，但可以進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，重要的考慮因素包括機器可以容納的格式、銑刀主軸的功率以及可實現(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，尺寸精度是一個問題，因為物體在燒結(jié)過程中會收縮。脫蠟技術(shù)是另一種選擇。從本質(zhì)上講，這個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�留下一個模具，其中填充了熔融金屬。尺寸精度也是一個問題，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，成本會提高。實際限制是金屬的硬度。普通機器可以加工鋁、銅和某些等級的黃銅，但鋼材通常太硬，只能以非常低的速度進行加工。

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)計參數(shù)的真實程度。精度要求將根據(jù)材料和設(shè)計而有所不同。為了更好地了解可機器的局限性，需要知道機器可達到的精度。CNC 銑床的精度可以小到0.005 毫米到 0.0005 毫米，消費級臺式機可以實現(xiàn)低至 0.01 毫米到 0.03 毫米的重復(fù)精度。當涉及到特定材料的機器時，會有一些變化。例如，用于切割木材的 CNC 刳刨機通常精度較低。消費級桌面型號可達到0.05 毫米的精度。

FDM 3D 打印機的精度范圍從 0.12 毫米(牙科用打印機)到 0.5 毫米(普通打印機)不等。據(jù)稱工業(yè)打印機可以低至 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。如果想快速且廉價地創(chuàng)建有形的非功能性原型，3D 打印無疑會勝出。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，因為它們在精度方面很有優(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)余愛好者的機器會受到一些限制。機器的功能與成本、復(fù)雜性的增加以及對如何操作這些高級機器的更高級知識的需求相關(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)考慮其活動的碳足跡。例如，為了制造金屬材料，整個供應(yīng)鏈是高度能源密集型的。從采礦、冶煉和軋制，再到運輸?shù)阶罱K用戶，考慮到能源消耗和成本考慮，浪費應(yīng)保持在最低限度，任何廢物都應(yīng)回收利用。

幸運的是，對于金屬來說，回收相當簡單，但它仍然是能源密集型的，不能在現(xiàn)場進行。木材作為一種很好的材料，但它仍然會對環(huán)境產(chǎn)生影響。商業(yè)林業(yè)、采伐、加工和運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，切割時會釋放煙霧。雖然可以回收純木材廢料，但必須根據(jù)當?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，噪音和振動是木工的問題領(lǐng)域。CNC 銑床也是一個多塵的地方，強烈建議在加工時戴上防塵面具，以保護自己免受危險的細顆粒物的傷害。


△塑料垃圾

3D FDM 打印可以在家中回收并再次變成細絲。然而，制造長絲會產(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)

購買任何機器都會產(chǎn)生各種成本影響，包括一次性成本和運行成本。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，制造機器的零件價格。運行成本將根據(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 機器的計劃范圍很廣，它的成本實際上取決于許多因素。小型 DIY CNC 銑床起價約為 140 美元，最好的數(shù)控銑床時，我們發(fā)現(xiàn)起價約為 250 美元。各種鉆頭需要額外付費，根據(jù)質(zhì)量，40 件套的價格低至 35 美元。FDM 3D打印機起價低至 190 美元。在軟件方面，有很多合適的免費開源軟件可用于數(shù)控銑床給加工和3D打印。

材料成本


△銑床加工還是打��？

材料是一個更棘手的考慮因素，因為工藝和材料的選擇將取決于設(shè)計階段。例如，如果您正在制作原型，3D 打印外殼設(shè)計的原型會更便宜。與從一塊實心鋁材上銑出一個空心外殼相比，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。計算出一個100mm的實心立方體需要的材料量，然后根據(jù)每kg的價格計算成本。結(jié)果有點意外：

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 個相同支架的成本比較中，很明顯最終價格不僅取決于原材料成本，還取決于材料、制造方法、項目數(shù)量以及生命周期成本的組合。然而，對于普通愛好者來說，運行 3D 打印機或 CNC 銑床之間幾乎沒有任何成本差異