雖然越來越多的公司開始選擇增材製造作為(wei) 一種加工手段，但減材製造仍然是目前工業(ye) 界使用最廣泛的方法。同時，3D打印目前仍是主要作為(wei) 減材製造的補充而存在。

減材製造不同於(yu) 增材製造技術，它是通過去除材料以生產(chan) 出所需尺寸的零件。它們(men) 現在被部署在許多行業(ye) ，如航空、汽車、冶金等。南極熊本期文章仔細討論了減材製造和增材製造之間的差異，以及它們(men) 彼此之間的互補作用。

首先減材製造方法也是擁有多種類型的，就像增材製造包含了多種工藝.例如，你可能聽說過"數控加工"這個(ge) 術語。它是計算機數字控製的首字母縮寫(xie) ，涵蓋了基於(yu) 控製機床的數字程序的材料去除技術，比如我們(men) 常談論的鑽、車、銑或鏜等。數控加工現在可以兼容廣泛的材料，從(cong) 塑料到金屬。也就是說，並不是所有的減材製造技術都使用數字程序，接下來我們(men) 也將介紹一些最流行的切割方法。

△照片來源 Protolabs

什麽(me) 是數控加工？

數控加工包括幾個(ge) 過程，首次介紹車削和鑽孔技術，加工過程針對於(yu) 旋轉軸上的移動部件。加工零件所需的能量是由零件本身的運動提供的。這些方法使得製造任何以旋轉為(wei) 模型的零件成為(wei) 可能。具體(ti) 而言，它是一種沿旋轉軸無限複製的二維圖紙，從(cong) 而形成一個(ge) 三維模型。盡管名稱不同，但車削和鏜削是非常相似的，因為(wei) 它們(men) 都使用相同的原理。主要的區別是，鏜削是在零件的內(nei) 部工作，而車削是在外部工作，允許對木材、金屬和某些塑料材料進行加工。車削和鏜孔機現在出現在許多行業(ye) 中，如汽車、航空航天、醫療甚至裝飾部門。

讓我們(men) 繼續討論另一種技術，即銑削。銑削具有極高的精確性、創造具有內(nei) 部空腔零件的能力和加工零件的能力，是一種極其重要的製造手段。該技術使用銑刀來橫向切割材料。這意味著，當銑刀在材料中時，它可以垂直移動並沿其路徑去除材料。由於(yu) 適用於(yu) 各種任務和材料加工，銑削與(yu) 許多材料兼容。盡管如此，這種方法也有一些缺點，會(hui) 降低它的加工便捷性。例如，一個(ge) 零件的加工通常分為(wei) 幾個(ge) 步驟/操作，這些都需要定期更換刀具。

△銑削過程

鑽孔和銑削使用的工具非常相似，但不應混淆。鑽孔隻用於(yu) 用鑽頭打圓孔。雖然銑削提供了更大的製造自由度，特別是允許製作直徑大於(yu) 自身的孔或形狀，但鑽孔允許你鑽出與(yu) 鑽頭直徑相等的孔。盡管有許多優(you) 點，但在打孔時，銑削要比鑽孔慢得多，這就是為(wei) 什麽(me) 鑽孔更適合於(yu) 連續進行幾個(ge) 相同的切割。雖然數控加工包含了許多技術，但減材製造並不限於(yu) 這些。其他方法，如切割，也被許多行業(ye) 所采用。

不同的切割技術

有些人使用激光切割，如汽車製造業(ye) 使用激光來生產(chan) 刹車片等精密零件，而其他人則選擇EDM。EDM也就是放電加工，這種技術有3種形式：線切割、沉降片切割和快速鑽孔，它與(yu) 傳(chuan) 統的鑽孔不同，能夠利用電極打出更薄、更深的孔。雖然這些不同的方法相對較慢，但它們(men) 與(yu) 其他方法的區別在於(yu) 精確度。放電加工可應用到混凝土、石頭、金屬和許多其他材料的零件的生產(chan) 當中。

除了放電加工外，激光切割也是一種常用的切割技術。這種技術通過功率為(wei) 幾百瓦的激光器，可以快速、精確地切割幾種材料。例如，切割麵積達1平方毫米的零件，公差為(wei) 正負20微米。除了切割之外，激光機還能進行雕刻。激光切割機有兩(liang) 種形式。二氧化碳激光器和光纖激光器，它們(men) 用於(yu) 切割和雕刻金屬。盡管激光切割機有很多優(you) 點，但也有一些缺點：在操作此類機器時，可能會(hui) 釋放出有害氣體(ti) 。此外，由於(yu) 激光是通過熱量來切割材料的，激光器本身可能會(hui) 過熱。因此，有必要對其進行冷卻，這往往需要額外的輔助設備。

最後，在幾種主要的減材製造工藝和更具體(ti) 的切割技術中，我們(men) 發現水射流切割。這個(ge) 過程是基於(yu) 使用水射流，伴隨著磨料，以高速衝(chong) 擊材料的表麵。這導致材料收縮和分離，形成所需的最終形狀。需要一個(ge) 高壓壓縮機來產(chan) 生這種水射流。射流的性質和有關(guan) 材料將影響切割的深度和速度。這種技術在航空航天、汽車和機械行業(ye) 很受歡迎。它具有高精度，與(yu) 許多材料兼容，而且與(yu) 各種減材工藝不同，它沒有危害。當其他工藝產(chan) 生切屑、灰塵或煙霧時，水射流切割消除了所有這些廢物，因為(wei) 水射流在其路徑上帶走了這些廢物。

△水射流切割過程（圖片來源：Fogepack Systèmes）

與(yu) 增材製造相比的劣勢和優(you) 勢

如前所述，減材製造技術的主要優(you) 勢可能是其提供高尺寸精度的能力。與(yu) 大多數依賴熱能操作的3D打印工藝不同，減材製造允許在室溫下製造零件，從(cong) 而避免了與(yu) 材料的工作（收縮）有關(guan) 的尺寸精度問題。為(wei) 了確保減材製造的尺寸精度，必須對環境進行控製。例如，如果你想用一整塊鋼來設計一個(ge) 零件，就必須至少提前3天將材料帶入要進行切割的房間，否則它將根據溫度和濕度改變工作尺寸。

減材製造工藝還得益於(yu) 更廣泛的兼容材料。與(yu) 3D打印相比，如果你想使用不同的材料，就必須有幾台基於(yu) 不同工藝的打印機，而在同一台機器上它是對金屬、塑料或木材零件進行減材加工是可能的。

△減材製造提供了高尺寸精度

然而，減材製造工藝有很大的缺點。首先，與(yu) 3D打印相比，不同的減材製造生產(chan) 方式會(hui) 留下大量的廢料，而增材製造則具有吸引力，因為(wei) 它隻使用所需的材料量。例如，在機械加工中，必須在製造過程中清除碎片和其他灰塵，以限製可能幹擾切割過程的多餘(yu) 材料的數量。除了減材製造產(chan) 生的粉塵外，該過程產(chan) 生的煙霧也有可能對操作人員造成很大傷(shang) 害，這在使用激光或電火花加工時非常常見。

此外，減材製造不能像3D打印那樣提供製造的自由度。一個(ge) 可打印的零件有時需要多次操作，使用不同的機器，拆成多個(ge) 零件進行組裝，才能被減材製造所複製。最後，用材料去除工藝實現複雜的幾何形狀更加困難。增材製造在設計過程中允許更多的自由。換句話說，設計師將不必擔心所使用的機床所帶來的限製，因此能夠讓他的想象力自由馳騁，不受製造能力的限製。

減材和增材製造是如何互補的？

由於(yu) 減材和增材製造兩(liang) 種技術途徑不同，它們(men) 大多是以互補的方式使用。自從(cong) 3D打印技術開始強勁增長以來，它最常被用於(yu) 原型製作。憑借著3D打印本身的技術優(you) 勢，它允許快速和低成本地製造多個(ge) 部件，因此提供了不同迭代的可能性。

對於(yu) 確定了形狀和材料的部件生產(chan) 需求，就有可能使用減材製造方法進行大規模生產(chan) 。一些工藝，如激光切割和水射流切割，可以在很短的時間內(nei) 設計出大量的零件。然而，其他方法，如數控加工，可能非常耗時。這種技術需要一個(ge) 重要的編程步驟，以及必要的人力成本。今天，數控加工主要用於(yu) 注塑模具的製造，這是一種成型的製造技術。

此外，雖然減材製造可以對物體(ti) 進行修複，但3D打印在這一領域提供了更多可能性。一個(ge) 例子是定向能量沉積（DED）工藝，它可以用來修複金屬零件，而不必改變它們(men) 。具體(ti) 而言，該技術能夠在現有的零件上增加材料，從(cong) 而避免了不必要地進行組裝或更換大型零件。在更大的範圍內(nei) ，3D技術允許複製有問題或被時間磨損的零件，所有這些都是按需和小批量進行的。用戶可以修複他們(men) 的零件，而不是扔掉，並將其對環境的影響降到最低。

△DED技術允許零件被修複

盡管有差異和流程，但減材製造和增材製造往往是齊頭並進的。由於(yu) 它們(men) 各自的特點，這兩(liang) 種類型的製造相輔相成，可以快速創造出以前從(cong) 未想象過的精確零件。為(wei) 了結合這些製造技術，一些投資項目已經創建，如混合先進製造。通過整合各家技術，來提供增材製造的設計自由和減材製造的精度。

對於(yu) 減材製造和增材製造未來的發展方向，盧秉恒院士給出“減材、等材、等材三分天下”觀點很是中肯。他預測，不久的將來，3D打印將從(cong) 概念上的三足鼎立走向價(jia) 值分享的三分天下，即便在批量生產(chan) 方麵3D打印或許沒有模具製造、切削加工那麽(me) 大，但它可以製造出一些具有高端價(jia) 值的產(chan) 品，在總價(jia) 值的體(ti) 現上必將占有一定市場。