近年來(lái)，數(shù)控技術(shù)的普及和廉價(jià)，使得能夠輕松將材料加工成產(chǎn)品的數(shù)控雕刻機(jī)、數(shù)控車(chē)床乃至五軸數(shù)控加工中心，已經(jīng)被廣大數(shù)控愛(ài)好者所接受和喜愛(ài)。 DIY數(shù)控雕刻機(jī) 也可用。多年來(lái)，3D數(shù)控雕刻機(jī)已經(jīng)成為了愛(ài)好者們熱議的話題之一。然而，最近，數(shù)控雕刻機(jī)的成本卻3D打印機(jī)和硬件和軟件的開(kāi)源使得3D打印機(jī)是一個(gè)熱門(mén)話題。
3D數(shù)控雕刻機(jī)
數(shù)控是Computer Numerical Control的縮寫(xiě)，指由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工設(shè)備。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)將加工數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)械加工設(shè)備，它能高精度地完成銑削、車(chē)削、磨削、鉆削等加工工序，也可以在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工工序。這類(lèi)設(shè)備的類(lèi)型很多，功能也各有不同，常用的有數(shù)控加工中心、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控刳刨機(jī)等，它們的控制系統(tǒng)可以處理帶有控制代碼或其他符號(hào)指令的程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)翻譯代碼，使機(jī)床執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作，用刀具切削將毛坯加工成半成品或成品零件。
大多數(shù) DIY 愛(ài)好者3D數(shù)控雕刻機(jī)，一般有2到5個(gè)軸，最常見(jiàn)的是三軸數(shù)控雕刻機(jī)，主要由機(jī)架、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械部件、主軸、控制系統(tǒng)等組成。其基本工作原理是：控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)翻譯處理后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)械部件，使主軸上的刀具或工件在X、Y、Z空間方向上移動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)的刀具將不需要的工件材料切斷（見(jiàn)圖1）。三軸數(shù)控雕刻機(jī)一般用于大塊材料的鉆孔、銑削和切割。切削刀具可以是常規(guī)的合金刀具，也可以是激光。可以說(shuō)，傳統(tǒng)的數(shù)控技術(shù)是一種減法技術(shù)，是通過(guò)一點(diǎn)一點(diǎn)地減去毛坯材料來(lái)獲得成品。
圖1
3D打印機(jī)
如果說(shuō)傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)是減法技術(shù)，那么3D打印機(jī)甚至采用了加法技術(shù)。3D印刷技術(shù)起源于20世紀(jì)末，之后發(fā)展的各種快速成型設(shè)備價(jià)格極其昂貴。直到最近，數(shù)控技術(shù)開(kāi)源，快速成型專(zhuān)利期結(jié)束，國(guó)外廉價(jià)的3D打印機(jī)不斷涌現(xiàn)。浪潮也開(kāi)始進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，各種簡(jiǎn)單的3D打印機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了愛(ài)好者的視線。
3D打印機(jī)是一種快速成型設(shè)備，其基本原理可以看作是傳統(tǒng)數(shù)控與打印機(jī)的結(jié)合，利用數(shù)控技術(shù)將模型文件轉(zhuǎn)化為框架的空間位移，從而實(shí)現(xiàn)快速成型。3D打印噴嘴可以粘合粉末狀的金屬或塑料。材料，通過(guò)逐層打印構(gòu)造物體。使用噴墨打印機(jī)打印時(shí)，數(shù)字文件被傳輸?shù)酱蛴C(jī)。打印機(jī)解釋后，將一層墨水噴到紙張表面，形成二維圖像。當(dāng)3D打印過(guò)程中，軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳輸?shù)?D打印機(jī)。3D打印機(jī)堆疊連續(xù)的薄層以形成固體物體。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)的區(qū)別在于，它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。
薄層堆疊的方式有多種，常見(jiàn)的有以下3種方式。
1.“噴墨”方式：3D打印機(jī)噴嘴噴出一層非常薄的液態(tài)塑料材料，然后將其置于紫外線或激光下固化，然后托盤(pán)下降很小的距離以便下一層堆疊起來(lái)。如此不斷堆疊直到完成（見(jiàn)圖2）。
圖2
2、“熔融成型”法：不需要額外的固化過(guò)程，直接在噴嘴中將塑料熔融，利用壓力將塑料擠出、沉積堆疊，并在空氣中冷卻成型（見(jiàn)圖3）。
圖3
3、“粉末燒結(jié)”法：將粉末顆粒噴灑在托盤(pán)上，形成非常薄的粉末層，再噴灑液態(tài)黏合劑使其固化，或者通過(guò)激光、電子流等方式將粉末層熔化、燒結(jié)、固化，一層一層堆疊起來(lái)。采用這些方式打印時(shí)，如果打印物含有孔洞、懸臂等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，則需要在打印過(guò)程中加入凝膠或其他物質(zhì)來(lái)提供支撐或占據(jù)空間，打印完成后需要清除這部分空間。打印介質(zhì)種類(lèi)繁多，有塑料、金屬、陶瓷、橡膠、食物，甚至還有利用人體細(xì)胞的器官。
競(jìng)品對(duì)比
從工作原理的比較不難看出，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。數(shù)控雕刻機(jī)可以在現(xiàn)有的型材或半成品上進(jìn)行加工，對(duì)加工材料的要求不高，加工材料易得且價(jià)格低廉，可以是金屬、木材、石材、塑料等，加工尺寸可以很大。3D打印機(jī)需要專(zhuān)用的打印耗材，打印成本高，且難以實(shí)現(xiàn)大尺寸。數(shù)控雕刻機(jī)適用于工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、模具制造、工藝品制作、廣告行業(yè)、業(yè)余零件制作等。3D打印機(jī)受材料限制，制作的產(chǎn)品比較脆弱，像“熔模成型”機(jī)，耗材主要為塑料，產(chǎn)品不能像金屬那樣堅(jiān)硬，一般適用于模型手工制作、個(gè)性工藝品制作、產(chǎn)品樣品制作、古化石修復(fù)等。數(shù)控雕刻機(jī)在工作時(shí)需要準(zhǔn)備合適的型材或半成品，但3D打印機(jī)則不然。打印出來(lái)的物品可以說(shuō)是天上掉下來(lái)的，很受設(shè)計(jì)師們的歡迎。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，兩者并沒(méi)有太大的區(qū)別，都是應(yīng)用了X、Y、Z三個(gè)軸組成的框架結(jié)構(gòu)。主要的區(qū)別在于數(shù)控銑床利用主軸和刀具對(duì)材料進(jìn)行銑削。3D打印機(jī)使用噴嘴來(lái)積累材料。
