CNC铣床与FDM 3D打印机的七大差异

CNC （计算机数控机床）不仅包括 CNC 铣床和车床，还包括 3D 打印机、机械臂和其他机器。CNC机床和3D打印机有许多共同点，都以G 代码形式提供的一系列坐标转换为铣削或打印的运动。通过微控制器，给定的命令被转换成步进电机的运动。所有 CNC 机器的基本原理基本相同，主要区别在于材料和应用。为了更好地了解机器的特点和应用场合，将比较制造商中最常见的机器类型，即 CNC 铣床和 FDM 3D 打印机。

不同点-基本差异

现在请大家思考这样一个问题，如果FDM打印机和CNC铣床相似，那么为什么不将铣床的工具头换成打印头呢？原则上，这是可行的，但实际情况却有所不同，这是因为二者在工艺技术上存在一定的差异，比如CNC 铣床不需要加热床，FDM 3D 打印机也不需要主轴速度控制。

上述问题的核心在于，在不更改物理部件和固件设置的情况下，对这些机器中的一些基本条件的要求是不相互兼容的。因此，在工具头和打印头之间进行交换是不切实际的，但并非不可能。

开源MPCNC试图提供这种灵活性，但由于上述挑战而缺乏实用性。E3D等公司正在努力简化工具更换的步骤，不仅包括不同的打印头，还可能包括用于钻孔和自动后处理的小型铣床。这些系统仍然非常复杂、昂贵，一般的打印机爱好者往往负担不起。

一、成型方式：增材与减材加工

加工方式可以分为两种：增材制造或减材制造。FDM 3D 打印机用于增材加工，而 CNC 铣床和铣床用于减材加工。后一种机器包括铣床、钻头或铣刀，切割、去除材料，以获得想要的结构。

这两种类型的加工都需要像CNC机器提供一组命令。但由于这些方法上的差异，获取 G 代码中的这些命令的方式不同。默认情况下，CNC 铣床和铣床将从给定库存材料的表面开始，并从中切割所需的对象。为此，需要使用CAM 软件创建刀具路径。在软件设置中，需要定义使用的工具、它的尺寸和属性、所需的速度、起点和终点，以及其他设置。除此之外，好包括刀具的更换这个过程可能相当复杂，需要相当多的知识。

△简单的刀具路径——蓝线表示切割，橙色表示仅移动

如果要为3D打印机创建G代码，则需要使用切片器。它将给定的对象并转换为一定层厚度的切片图像。切片上的每个点都被转换为 XYZ 坐标。默认情况下，需要从构建表面开始，向上处理每一层。许多切片器为常用的 3D 打印机提供有用的默认设置，可以达到较合理的切片路径和结果，初学者也能够很容易地进行操作。

二、运动轴

△在数控机床中遇到的基本运动轴

大多CNC机器，无论是铣床还是 3D 打印机，都只能在三个维度上运行（即 X、Y 和 Z 轴）。也有一些机器有额外的轴，例如 A 轴、B 轴和 C 轴，某些专业高端机器最多可以有 12 个轴。那么，为什么我们需要那么多轴？对于铣削和铣削应用，多轴操作允许从几乎任何角度接近工件，从而允许加工简单的 3 轴机床无法实现的底切和复杂特征。

对于 3D 打印机来说，多轴打印是一个崭新的领域。多轴打印可以沿着工件表面轮廓进行打印，提高打印件的精度，使用多轴打印能够建立复杂的结构而无需支持，如5轴Prusa plus打印机。

三、材料

最常见的材料是塑料、木材和金属，所有这些都可以进行 CNC 铣削。不过，在 3D 打印方面，情况要复杂一些。

●塑料

塑料是FDM 3D打印机最常用的材料之一，材料种类也非常丰富，从 PLA 到工程塑料。需要特别注意，工程塑料将需要外壳和过滤系统设置，某些塑料制品的烟雾对人的身体也有危害。

●木材

3D 打印木材只能使用填充木丝，这是一种塑料基材与一定比例的木纤维的复合材料。不过，要实现真正的木质外观比较棘手，但可以进行打磨和染色的操作，这有助于改善外观。对于那些希望以相对精度加工木材的人来说，CNC 铣床提供了最佳解决方案。在处理木板和木板或胶合板时，重要的考虑因素包括机器可以容纳的格式、铣刀主轴的功率以及可实现的最大切割深度。

●金属

对于爱好者来说，真正的金属 3D 打印目前在经济上和技术上对大多数人来说都是遥不可及的，但使用金属填充灯丝的打印却并非如此。它也是一种混合了塑料和金属成分的复合材料。

对于珠宝制作和某些功能部件，通常需要打印和烧结操作。烧结过程会烧掉粘合剂聚合物并留下金属材料，这一过程需要使用烧结炉，需要额外的支出或使用打印和烧结服务。同时，尺寸精度是一个问题，因为物体在烧结过程中会收缩。脱蜡技术是另一种选择。从本质上讲，这个物体是用蜡或其他材料 3D 打印出来的，然后嵌入到浇注化合物中。蜡模型被烧毁，留下一个模具，其中填充了熔融金属。尺寸精度也是一个问题，但可以通过优化流程，提高精度。

金属零件最好通过铣削制成。CNC 铣床可实现高精度，但复杂的金属零件需要更复杂的铣床，成本会提高。实际限制是金属的硬度。普通机器可以加工铝、铜和某些等级的黄铜，但钢材通常太硬，只能以非常低的速度进行加工。

四、精度

精度，决定了零件在制造后对其尺寸设计参数的真实程度。精度要求将根据材料和设计而有所不同。为了更好地了解可机器的局限性，需要知道机器可达到的精度。CNC 铣床的精度可以小到0.005 毫米到 0.0005 毫米，消费级台式机可以实现低至 0.01 毫米到 0.03 毫米的重复精度。当涉及到特定材料的机器时，会有一些变化。例如，用于切割木材的 CNC 刳刨机通常精度较低。消费级桌面型号可达到0.05 毫米的精度。

FDM 3D 打印机的精度范围从 0.12 毫米（牙科用打印机）到 0.5 毫米（普通打印机）不等。据称工业打印机可以低至 0.01 毫米。

在零件加工或 3D 打印之间做出决定在很大程度上取决于其功能。如果想快速且廉价地创建有形的非功能性原型，3D 打印无疑会胜出。这些材料很便宜，产生的废物也很少。然而，若需要耐热功能部件，最好由金属铣削而成，因为它们在精度方面很有优势。

五、应用

在专业加工和3D打印环境中，许多事情都是可能的，但业余爱好者的机器会受到一些限制。机器的功能与成本、复杂性的增加以及对如何操作这些高级机器的更高级知识的需求相关联。

爱好者 CNC 铣床更适合木材加工。它们非常灵活，可以切割家具面板以装配露营车，用板材制作家具，创造复杂的雕刻和木镶嵌结构。FDM 3D 打印是唯一一种已在爱好者制造商社区中广泛使用的增材加工方法。应用非常广泛：棋盘游戏的装饰小雕像、功能性工程模型、挂钩、夹子、各种小部件，应有尽有。由于这种几乎无限的应用范围，3D 打印得到了普及。不过，只要确保您为应用程序使用正确的材料即可。PLA 非常适合非功能性或低应力物品，而 PETG、TPU 或高性能线材更适合功能性应用。

六、对环境造成的影响

任何制造商，业余爱好者或专业人士，无论规模大小，都应考虑其活动的碳足迹。例如，为了制造金属材料，整个供应链是高度能源密集型的。从采矿、冶炼和轧制，再到运输到最终用户，考虑到能源消耗和成本考虑，浪费应保持在最低限度，任何废物都应回收利用。

幸运的是，对于金属来说，回收相当简单，但它仍然是能源密集型的，不能在现场进行。木材作为一种很好的材料，但它仍然会对环境产生影响。商业林业、采伐、加工和运输都是资源和能源密集型的。其他潜在的环境影响是由板材中使用的粘合剂（通常是甲醛）引起的，切割时会释放烟雾。虽然可以回收纯木材废料，但必须根据当地回收法规处理废纤维板和其他加工过的木板，不得焚烧。与加工金属一样，噪音和振动是木工的问题领域。CNC 铣床也是一个多尘的地方，强烈建议在加工时戴上防尘面具，以保护自己免受危险的细颗粒物的伤害。

3D FDM 打印可以在家中回收并再次变成细丝。然而，制造长丝会产生环境成本，特别是在合成塑料所需的电、水和油方面。3D 打印过程本身使用电力，但与功能强大的 CNC 铣床相比，它通常相对较少

七、成本影响

购买任何机器都会产生各种成本影响，包括一次性成本和运行成本。有些成本可以通过使用软件等开源资源来降低，但有些则不能。例如，制造机器的零件价格。运行成本将根据使用的材料、切割和铣削钻头、热端和其他组件而有所不同。

开源 CNC 机器的计划范围很广，它的成本实际上取决于许多因素。小型 DIY CNC 铣床起价约为 140 美元，最好的数控铣床时，我们发现起价约为 250 美元。各种钻头需要额外付费，根据质量，40 件套的价格低至 35 美元。FDM 3D打印机起价低至 190 美元。在软件方面，有很多合适的免费开源软件可用于数控铣床给加工和3D打印。

材料成本

△铣床加工还是打印？

材料是一个更棘手的考虑因素，因为工艺和材料的选择将取决于设计阶段。例如，如果您正在制作原型，3D 打印外壳设计的原型会更便宜。与从一块实心铝材上铣出一个空心外壳相比，它只需要几克塑料丝。为了了解所用材料的单位体积成本差异，南极熊比较了普通 3D 打印丝与铝的密度。计算出一个100mm的实心立方体需要的材料量，然后根据每kg的价格计算成本。结果有点意外：

1 立方分米的 PLA 成本在 18.60 美元到 24.80 美元之间，而相同体积的铝成本约为 22 美元。在用不同材料制造 50 个相同支架的成本比较中，很明显最终价格不仅取决于原材料成本，还取决于材料、制造方法、项目数量以及生命周期成本的组合。然而，对于普通爱好者来说，运行 3D 打印机或 CNC 铣床之间几乎没有任何成本差异。