魔猴網(wǎng)數(shù)字化制造簡明手冊（一）：為什么要使用數(shù)字化制造？

在這一章魔猴網(wǎng)將和大家一起學(xué)習(xí)：

1.初識增材和減材工藝

2.了解各自的優(yōu)劣勢

盡管數(shù)字制造使用不同的技術(shù)來快速生產(chǎn)各種組件，但機(jī)械加工和 3D 打印技術(shù)可以非常巧妙地分為增材制造和減材制造方法。 本章解釋了加法和減法之間的區(qū)別，檢查了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮了這兩種方法如何相互補(bǔ)充。

了解最根本的區(qū)別

增材制造和減材制造在數(shù)字制造中都有適當(dāng)?shù)挠猛?，但兩者之間確實(shí)存在一些根本性的差異。了解這些差異對您來說很重要，這樣您才能更好地了解如何使用這些方法。

增材制造

增材制造是一種通過添加堆積薄層材料來構(gòu)建零件的方法，每添加一層材料，都將作為后一層材料的基座。

3D打印是與增材制造的俗稱，在一般情況下兩個(gè)名詞是可以互換的，在一些特殊場景，或者更嚴(yán)格來講，3D打印通常更傾向于指代使用熔融塑料或類似材料制造零件的工藝，而增材制造工藝則是包含了更多工藝，特別是一些工業(yè)級的，能提供的材料選項(xiàng)更多，打印質(zhì)量更優(yōu)，更貼近生產(chǎn)工具而不是大眾消費(fèi)品，比方有一種工藝叫金屬粉末燒結(jié)（SLM）——一種通過融合粉末層來制造金屬部件的工藝——可能會更愿意稱之為“增材制造”而非“3D打印”。

減材制造

減材制造是一種加工零件的方法，它從一塊大的材料開始，然后不斷去除不需要的材料，直到成品零件。 我們可以使用不同類型的工具去除多余的材料，例如車和銑是最常見的減材制造工藝。

為了更好地可視化減材制造，請考慮雕塑家如何從一大塊石頭開始。 雕刻家用錘子和鑿子鑿開石頭，創(chuàng)造出雕像。 雕像比原來的石塊小，因?yàn)榈袼芗乙呀?jīng)減去了不適合最終設(shè)計(jì)的石塊。

如今，減材制造通常結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)械(CNC)，例如CNC車床和CNC銑床來生產(chǎn)精密零件。 CNC設(shè)備通常比人工操作的機(jī)器更快、更精確。 CNC 設(shè)備還提供了良好的可重復(fù)性，這在CNC出現(xiàn)之前，對大多數(shù)人類操作員來說都是一個(gè)難題。

注塑成型在技術(shù)定義上是一種等材工藝，但由于減材工藝用于制造注塑模具，因此通常被歸為減材工藝。

優(yōu)勢和劣勢

沒有一種制造方法（或材料）可以滿足所有的用途。 科幻電視劇《星際迷航》里出現(xiàn)的復(fù)制機(jī)還只是個(gè)傳說，因此了解增材制造和減材制造方法的固有優(yōu)勢和劣勢非常重要。

增材制造的優(yōu)勢

由于增材制造由數(shù)千個(gè)極薄的層疊加構(gòu)成零件，因此可以創(chuàng)建使用其他方法可能無法實(shí)現(xiàn)的高度復(fù)雜的幾何形狀。 例如，零件可以含有內(nèi)部通道和孔，這是任何現(xiàn)代銑床都無法制造的。 這還意味著一個(gè)非常復(fù)雜的組件可能能夠被整體制造成一件，而不是需要多個(gè)配合零件。

增材制造還提供了獨(dú)特的機(jī)會來制作產(chǎn)量非常低的定制件。 例如，增材制造為牙科和珠寶領(lǐng)域個(gè)性化定制提供了個(gè)性定制的可能性。 顯然，定制義齒是不可能大批量生產(chǎn)的； 相反，它非常適合使用增材制造。

盡管增材制造和減材制造方法都具有使用多種材料的能力，但這些材料的特性可能會隨著工藝方法的改變而產(chǎn)生差異。 如果您有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)老道知識淵博的數(shù)字化制造合作伙伴（比如魔猴網(wǎng)），可以要求提供工藝對材料性能影響的建議。

增材制造的劣勢

盡管增材制造的用途廣泛，但由于以下幾個(gè)原因，它并不能滿足所有情況的需求：

增材制造最適合小批量生產(chǎn)。 隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到成千上萬件，增材制造會變得過于昂貴，無法持續(xù)使用。一般來說如果生產(chǎn)超過幾百個(gè)零件，增材制造通常將不再具有成本優(yōu)勢。 隨著未來技術(shù)的進(jìn)步，增材制造的從成本減低，生產(chǎn)效率提高，這種規(guī)模生產(chǎn)的價(jià)格溢價(jià)可能會降低，增材制造也可能普遍用于規(guī)模生產(chǎn)。但目前來說，如果您需要大量生產(chǎn)零件，您可能需要仔細(xì)考慮成本。

增材制造的另一個(gè)弱點(diǎn)是零件制造工藝的結(jié)果。 與模制或機(jī)加工零件不同，使用增材制造的零件往往外觀較粗糙。 通常可以對使用增材制造的零件表面進(jìn)行拋光或其他后處理，但這種額外的加工步驟確實(shí)會增加生產(chǎn)時(shí)間和成本

減材的優(yōu)勢

銑削和車削是傳統(tǒng)減材制造中眾所周知的工藝。 機(jī)加工零件可以由大多數(shù)固體形式的材料制成。 例如，大部分金屬、木材和塑料可以用減材制造的方法加工。

減材制造更容易制造外觀非常完美的零件，這些零件通常不需要進(jìn)一步加工即可使用。 此外，由于加工是從實(shí)心材料塊開始的，因此您通常不會遇到增材工藝有時(shí)會出現(xiàn)的孔隙率問題。 此外，由于材料成本的關(guān)系，減材制造可能比增材制造便宜，尤其在批量生產(chǎn)時(shí)。

減材的劣勢

正如增材制造具有某些弱點(diǎn)一樣，減材制造工業(yè)也是如此。 例如，為了在零件中加工內(nèi)部通道或孔，刀具或模具必須要能夠達(dá)到這些特征區(qū)域。 這一要求意味著單個(gè)零件可能無法像增材制造工藝那樣可以很復(fù)雜。 在某些情況下，這意味著必須設(shè)計(jì)多個(gè)零件，以便它們可以正確加工，然后在最終組裝過程中裝配在一起。

減材制造還要受到用于制造零件的模具能力的限制。 根據(jù)模具制造商的不同，不同模具可以加工的材料可能會存在尺寸限制（最小或最大尺寸限制）。

增材和減材的聯(lián)用

當(dāng)然，您不需要限于使用單一工藝和材料來完成整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。事實(shí)上，您可能會發(fā)現(xiàn)不同的工藝適用于產(chǎn)品的不同部分或不同階段。

正如我們在第 1 章中提到的，您可能還會發(fā)現(xiàn)您需要使用不同的方法來制作快速原型。例如，您最初的3D打印原型可能會接受粗糙的表面處理，但客戶可能會反饋增材工藝可產(chǎn)生的粗糙感覺。這時(shí)候可能的解決方案包括二次精加工、切換到機(jī)加工零件，甚至在原型制作過程中使用注塑成型等等。您的數(shù)字制造合作伙伴可以就最適合生產(chǎn)您需要的零件的制造方法提供建議。

無論哪種數(shù)字制造方法最適合制造您的產(chǎn)品，您都需要從一個(gè)好的3D數(shù)字模型開始。您的數(shù)字制造合作伙伴應(yīng)該能夠使用此模型來提供設(shè)計(jì)建議并幫助選擇合適的制造工藝。