增材制造与减材制造：哪种工艺更适合您的零件？

增材制造和减材制造是航空航天、汽车和医疗器械制造领域工程师常用的方法。选择最佳方法可以降低成本并缩短交货时间。

增材制造和减材制造是现代制造业中两种广泛应用的工艺。它们各自采用不同的方法和优势，并运用两种截然不同的理念。

阅读本文后，您将更好地了解增材和减材制造工艺、相关成本和关键细节，同时深入了解混合制造与增材和减材技术的融合。

 

什么是减材制造？

减材加工通过材料去除来体现

定义： 减材制造是一种制造方法，它通过控制切割、钻孔、铣削、研磨和镗孔操作，从固体工件中去除材料来制造零件，这与逐层构建零件的增材制造相反。

也被称为： 减材制造也称为机械加工、数控加工或传统制造。

主要特征

减材制造具有三个显著特征：

1. 材料去除从多余的材料开始，去除不需要的部分。
2. 精密控制：公差可达±0.001″（0.025mm）
3. 减材工艺：使用切割工具、激光、水射流或电火花加工去除材料

手工减材制造与数控减材制造

手工加工传统的减材制造依赖于熟练的机械师手工操作车床、铣床和钻床，根据经验和测量结果调整设置。

数控加工现代减材制造采用计算机数控 (CNC) 系统，实现了整个过程的自动化：

• CAD设计工程师使用CAD软件创建3D模型
• CAM编程CAM软件将设计图转换为机器可读的G代码
• 刀具路径生成软件计算最佳切削路径、速度和进给量
• 自动执行数控机床执行程序时只需极少的人工干预
• 质量控制：将零件与原始CAD模型进行比对。

这种计算机控制方法实现了手工加工无法实现的重复性、一致性和复杂性。

减材制造工艺的工作原理

步骤1：设计 工程师创建 3D CAD 模型，定义零件的几何形状、尺寸和公差。

第 2 步：编程 CAM软件分析模型并生成CNC代码（G代码和M代码），其中指定：

• 工具选择和变更
• 主轴转速（RPM）
• 进给速度（英寸/分钟）
• 切削深度和切削次数
• 冷却剂活化

第 3 步：设置 工件通过夹具、虎钳或真空吸盘固定在机床上。切削刀具装入刀库。

第 4 步：加工 数控机床执行程序，通过各种操作系统地去除材料：

• 粗加工工序快速去除大量物料。
• 精加工工序可达到最终尺寸和表面质量
• 针对不同功能，工具切换会自动进行。

第5步：后处理 零件可能需要进行二次加工，例如去毛刺、抛光、热处理或涂层。

 

常见的减材制造工艺有哪些？

车床上的数控钻孔

常见的减材制造工艺包括多种方法，适用于不同的应用。主要的减材制造方法包括：

工艺应用	运作模式	材料种类	典型应用
数控铣床	使用旋转多点切削刀具从工件上去除材料，从而高精度地创建复杂的三维几何形状。	硬质热塑性塑料、铝、钢、钛、黄铜（工业数控机床）	航空航天部件、汽车零部件、模具、原型
数控车削	在工件旋转的同时，固定的切削刀具去除材料，从而生产出公差要求严格的圆柱形零件。	软硬金属、工程塑料、木材	轴、销、衬套、螺纹部件
CNC钻孔	使用钻头在工件上钻出精确的孔，深度和位置由数控程序控制。	金属、塑料、复合材料、木材	电路板、发动机缸体、结构件
CNC镗孔	使用单点切削刀具将现有孔扩大至精确直径，以提高精度和表面光洁度。	硬质金属、铸铁、钢合金	发动机气缸、液压缸、精密壳体
数控铰孔	使用多刃铰刀将预钻孔加工至精确尺寸，并获得卓越的表面质量。	硬化钢、不锈钢、铝	精密轴承、阀体、航空航天配件
研磨	利用高速旋转的砂轮去除少量材料，实现严格的公差和优异的表面光洁度。	硬化金属、陶瓷、玻璃、碳化物	模具精加工、精密齿轮、轴承滚道
电火花加工 (EDM)	利用电火花汽化金属，无需工具直接接触即可形成复杂形状，是硬质材料的理想选择。	硬质金属、工具钢、钛、碳化钨	复杂模具、冲模、医疗器械、航空航天零件
激光切割	聚焦高功率激光束，沿预设路径以极高的精度熔化、燃烧或汽化材料。	热塑性塑料、木材、丙烯酸树脂、纺织品、金属薄板（工业激光系统）	标牌、装饰件、垫圈、钣金加工
水射流切割	利用高压水流混合磨料颗粒，切割材料时不会产生热影响区。	塑料、橡胶、软硬金属、石材、玻璃、复合材料、泡沫	垫圈、食品切割、石材台面、精密金属部件

常见的减材加工工艺包括车削、钻孔和铣削，这些工艺通常使用工业机器或台式机器或大型设备进行 在机械车间。

减材制造工具可用 如今，其形式多种多样，可以满足小规模和大规模的生产需求。

减材制造中的材料

减材制造提供了广泛的材料选择，赋予了该工艺多功能性。以下列出了一些最常用的材料：

• 金属制品：金属因其优异的性能而成为减材制造中最常用的材料，非常适合制造用于航空航天和汽车工业的精密部件。
• 塑料：尼龙和 ABS塑料 用于制造各种需要轻量化的应用中使用的精密部件。
• 复合材料：可以使用特殊切削工具加工碳纤维等聚合物复合材料，以制造高性能零件。
• 木材和陶瓷：这些材料仅针对特定应用进行加工，例如家具或定制组件。

的能力 多样化的材料使得 减法制造 对于需要高精度零件的行业而言，Proleantech 是理想之选。我们可加工 40 多种材料等级，并保证加工精度。上传您的设计，即可获得免费的材料和工艺建议。

什么是增材制造？

3D印刷

增材制造（AM）是一种 逐层制造工艺 增材制造技术直接根据CAD文件构建实体零件，仅在设计需要的地方沉积、熔合或固化材料。与从实心块体上切削材料的CNC减材加工不同，增材制造几乎零浪费地添加材料，因此是快速原型制作、小批量生产以及具有复杂内部几何形状的零件制造的首选方法。

最常见的增材制造技术是 3D打印工艺 生产具有复杂几何形状的精密部件。 

一些常见的增材制造工艺包括熔融沉积成型 (FDM)、立体光刻 (SLA) 等技术，以及 选择性激光烧结 （SLS），每种都有不同的应用。

增材制造技术使得原型设计和小批量生产变得更加容易，并且由于 3D 打印的高度多功能性而变得随时可用。

增材制造工艺

增材制造是一种用途极为广泛的工艺，它拥有各种具有独特功能的制造技术：

增材制造工艺	运作模式	相容材料	最适合	典型公差
熔融沉积建模（FDM）	将热塑性长丝逐层挤出，通过加热喷嘴进行加工。	PLA、ABS、PETG、尼龙、PEEK、TPU	功能原型、夹具、工装、低成本最终用途零件	±0.5毫米
立体光刻（SLA）	紫外激光逐层固化液态光敏树脂	标准树脂、工程树脂、牙科树脂、浇铸蜡树脂	高精度原型、牙科模型、熔模铸造模型	±0.1毫米
选择性激光烧结 (SLS)	二氧化碳激光烧结聚合物粉末——无需支撑结构	PA12尼龙、PA11、TPU、玻璃纤维增​​强尼龙	复杂几何形状、功能性组件、小批量生产	±0.3毫米
直接金属激光烧结（DMLS）	高功率光纤激光器熔化金属粉末，制成完全致密的零件。	Ti6Al4V、316L不锈钢、AlSi10Mg、Inconel 718、CoCr	航空航天支架、医疗植入物、刀具镶件、高载荷结构件	±0.1毫米
多射流融合 (MJF)	红外线能量将尼龙粉末与粘合剂和细化剂融合在一起。	PA12、PA11、TPU	大批量聚合物生产、各向同性零件强度、精细表面细节	±0.3毫米
活页夹喷射	将液态粘合剂逐层喷射到金属或砂粉上	不锈钢、因科镍合金、全彩石膏、石英砂	高产量金属零件、砂型铸造模具、全彩模型	±0.2毫米
定向能量沉积 (DED)	聚焦激光在沉积过程中熔化金属丝或粉末。	钛、因科镍合金、不锈钢、铜合金	元件维修、大幅面金属成型、增材制造+数控加工	±0.5毫米

这些增材制造技术得到了易于使用的桌面增材和减材制造系统以及大型工业设备的支持，使得增材制造技术能够应用于各个行业。我们提供 3D打印服务 适用于工业级 FDM、SLA 和 SLS 打印，并在 3-5 天内交付零件。

增材制造可以使用哪些材料？

金属3D打印

增材制造支持多种材料，从而实现设计和应用的灵活性。常见材料包括：

塑料：塑料是增材制造最常用的材料，因为它具有成本效益、无缝打印工艺和质量。

金属制品：金属坚韧耐用，用途广泛。例如 钛及合金 通常使用 CNC 机器进行加工。

DMLS 增材工艺用于制造重工业中使用的高强度精密部件  

复合材料：碳纤维和玻璃填充材料等增强聚合物重量轻且性能高，是汽车行业的理想选择。

树脂：SLA 是一种树脂固化工艺，具有高细节和光滑的表面光洁度，非常适合珠宝制作。

陶瓷和生物相容性材料：这些材料的应用范围非常小众，例如植入物，而且种类繁多，因此 3D 打印等增材制造对于生物相容性来说是理想的选择。

 

减材制造与增材制造：主要区别

增材制造和减材制造在方法上有着根本的不同 材料 操纵，影响其应用和结果。 

方面	减材制造	增材制造
工艺应用	通过切削工具从固体工件上去除材料	通过添加材料逐层构建零件
设备	使用数控机床，例如铣床、车床、钻床和车削中心。	使用由CAD软件指导的3D打印机（FDM、SLA、SLS等）
设备费用	小型车间用数控机床起价约为 2,000 美元。高级车间用机床的价格从 10,000 美元到 50,000 美元不等，具体取决于轴数、功能、零件尺寸和所需刀具。工业级系统的价格则在 50,000 美元到 500,000 美元以上。	专业桌面3D打印机（塑料材质）起价3,500美元。工业级SLA/SLS系统价格在15,000美元至100,000美元之间。大型工业金属3D打印机起价400,000美元以上。
材料效率	移除木屑和碎屑时会产生材料废料。	仅使用零件所需的材料，最大限度地减少浪费。
材料种类	金属（铝、钢、钛、黄铜）、硬质热塑性塑料、热固性塑料、木材、泡沫材料、复合材料	热塑性塑料（PLA、ABS、尼龙）、光敏树脂、金属粉末、陶瓷、复合材料
几何复杂性	受限于切削刀具可加工的几何形状；难以形成内部通道或晶格结构	擅长处理复杂几何形状、有机形状、内部通道、晶格结构以及作为单个部件的组件。
精度和完成度	通过加工即可实现高精度（±0.001″）、严格的公差和优异的表面光洁度。	典型精度为±0.1-0.5mm；可能需要后处理（打磨、蒸汽抛光、机械加工）以获得精细的表面光洁度。
生产量	一旦模具安装完毕，对于中高批量生产而言，该方法经济高效且速度快。	非常适合小批量生产、定制零件、按需制造和原型制作。
交期	工装夹具的准备时间较长，但大规模生产单个零件的速度更快。	设置时间最短；打印时间取决于零件尺寸和复杂程度；更适合快速原型制作。
零件尺寸	可使用工业机床生产尺寸非常大的零件（数米）；尺寸受机床工作台限制。	受打印机打印尺寸限制；桌面级通常为 200-400 毫米，工业级系统可达 1000 毫米以上。
强度和性能	零件具有完整的材料密度和强度；无层间粘合问题；具有优异的机械性能	强度取决于层间粘合力；可能具有各向异性（层间强度较弱）；随着先进材料的出现，强度有所提高。
培训要求	小型数控机床需要适度的软件、作业设置、维护、操作和表面处理方面的培训。工业减材制造系统则需要专职人员和大量的培训。	桌面级3D打印机几乎是即插即用，只需少量培训即可完成打印设置、维护和后期处理。而工业级增材制造系统则需要专职人员和大量的培训。
设施要求	小型数控机床适用于车间；工业系统需要更大的专用空间，并配备适当的通风和电力。	桌面型3D打印机适用于空间适中的办公室和工作台面；工业级3D打印机通常需要专用空间或配备暖通空调控制系统的房间以保证温度稳定性。
辅助设备	需要各种刀具；先进的系统可自动执行诸如刀具更换、切屑清除和处理、冷却液管理等流程。	根据工艺的不同，需要使用清洁、清洗、后固化、精加工和去除支撑等工具和系统。
表面处理	加工后表面光洁度极佳；可达到 Ra 0.4-3.2 µm (16-125 µin)	可见层纹；表面粗糙度通常为 Ra 6-25 µm；需要后处理才能获得光滑表面。
设计灵活性	需要考虑刀具进给、拔模角度和加工方向	设计自由度高；几何约束极少；非常适合有机形状
材料浪费	材料去除率通常为 40-90%；切屑通常可以回收利用。	5-10%的废料（支撑物）；粉末可在某些工艺中重复使用。
最佳应用	高精度零件、批量生产、金属部件、严格公差、优异的表面光洁度	复杂原型、定制零件、小批量生产、快速迭代、几何复杂性

流程和方法

减材制造涉及材料去除工艺，例如铣削、车削和钻孔，这些工艺使用 数控加工. 

减材制造是一种高度精确且细致的工艺。它采用计算机数控技术，可以加工金属、塑料和复合材料工件。

增材制造与减材制造相反。增材制造的原理是使用 3D 打印机缓慢地逐层打印材料。

设备和设置

减材工艺利用 5 轴 CNC 铣床和机床精确加工多余的材料，从而形成工件。减少 周期 在 CNC 中提高了设置的整体效率。

增材制造利用 3D 打印机与 CAD 模型配对来创建工件。 

3D 打印机的种类繁多，从台式机到大型工业设备，均可高效地大规模生产零件。

材料和废弃物

减材制造会去除材料并产生废料，这会增加贵金属零件的成本。而增材制造则通过尖端打印材料，从而提高效率。 

3D 打印确实需要对组件进行支撑，以保持适当的结构并确保打印安全

设计灵活性

增材制造用途广泛，可以轻松创建复杂的几何形状。它由CAD支持，因此能够创建诸如空心部件之类的复杂设计，而这是减材制造方法无法实现的。 

减材制造仅限于专用工具以及工具和材料加工能力。

减材制造有哪些优势？

减材制造提供 与其他加工工艺相比，它具有诸多优势。其中一些优势如下：

• 高精度和公差：减材 CNC 工艺采用 5 轴加工，可实现严格的公差和一致的表面效果，
• 材料 多功能性：减材制造可以处理多种材料，包括金属、塑料、复合材料，满足多种应用。
• 已建立的基础设施：大多数机械车间都配备减材制造工具，这得益于数十年的技术发展和熟练劳动力的支持。
• 耐久性验证：通过减材工艺生产的零件通常是整体式的，与某些 3D 打印组件相比具有更高的强度。

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增材制造有哪些优势？

增材制造 提供独特的优势，补充 减法 方法：

• 复杂几何形状：增材工艺无需专门的工具即可创建复杂的设计，包括内部结构和晶格图案。
• 快速成型：3D打印过程快速高效，能够快速改进和开发，并能在批量生产之前发现任何缺陷。
• 材料 效率：增材制造不会产生过多的废料，仅利用生产工件所需的材料。它不会像减材制造那样产生浪费。
• 定制：增材制造具有高度可定制性，因此生产小批量、个性化的产品很容易。

 

增材制造与减材制造的价格

此 制造成本 of 加法和减法 工艺 可能会因材料和机器类型而异。下表比较了关键成本因素：

成本因素	减材制造	增材制造
设备费用	数控机床、铣床和车床的初始成本高。	桌面 3D 打印机（便宜）到昂贵的工业机器；维护成本较低。
材料成本	由于材料去除产生的浪费，导致更高。	减少材料浪费；金属粉末可能很昂贵。
人工成本	需要熟练的数控机械师	降低桌面系统的劳动力成本
生产量	对于大批量加工过程来说具有成本效益。	对于小批量或定制零件来说更经济
工具和设置	需要定制夹具和工具，增加成本	最低的模具成本
后期处理	最少的后处理	可能需要大量的后期处理

由于需要数控机床和切削刀具，减材制造的成本更高。此外，它会产生废料，需要使用专用工具，导致金属加工成本成倍增加。然而，对于大批量生产而言，减材制造具有成本效益。

对于增材制造而言，它不会产生材料浪费，但由于采用了专门的聚合物和金属粉末，材料成本较高。

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在增材制造和减材制造之间进行选择

这两种工艺都可以生产出高度精细的工件，用于不同行业的各种应用。

选择增材制造还是减材制造取决于项目和材料特性

在某些情况下，结合增材制造和减材制造以实现混合工艺可获得最佳效果，但该工艺需要彻底的项目评估和材料行为评估结果。

设计和几何复杂性

使用增材制造可以轻松生产复杂的几何形状，例如内部格子和空心部件。这些几何形状无法通过减材制造方法制造。

减材制造可以生产具有高精度的简单几何形状，但由于可访问性问题而无法创建内部几何形状，因为工具无法读取工件内部的信息。

材料要求

减材制造用途广泛，可以高精度、高效率地加工各种材料，包括金属、塑料和复合材料以及铣削和数控加工等各种工艺。

增材制造适用于塑料和聚合物复合材料，但与机加工部件相比，某些 3D 打印部件的强度可能较低。 

精度和表面光洁度

减材 CNC 工艺可以生产公差和表面光洁度严格的产品，非常适合航空航天和医疗行业。

增材制造确实能产生光滑的表面，但需要研磨和铣削来抛光表面并达到严格的公差。这种额外的加工会增加工件的成本。

生产量和可扩展性

两种工艺适用于不同的生产规模。减材制造 大批量生产更便宜，并且采用快速加工工艺来提高效率。

 增材制造更适合需要定制和复杂几何形状的小批量生产。该工艺不需要昂贵的工具，但单位成本较高，因此仅推荐用于小批量生产。 

交付周期和原型设计

增材制造显著缩短了原型制作的准备时间，无需定制夹具即可实现快速迭代和设计验证。 

减材制造虽然能够生产原型，但由于工具和编程要求，通常需要更长的设置时间。

成本考虑因素

每种制造方法的成本效益取决于项目范围。减材制造对于标准零件的大批量生产可能更经济，而增材制造则更适合小批量生产或复杂设计，以最大程度地降低模具成本。

对环境造成的影响

在讨论这两种工艺对环境的影响时，增材制造效率更高，产生的材料浪费更少，对环境的影响更小，但生产每个零件所消耗的能源更多。

减材制造是基于从实体块中去除材料以形成部件。这会产生大量废料，尤其是在加工金属时。

制造商需要考虑所有这些因素来评估增材制造、减材制造或混合制造是否是您的项目的最佳选择。

一般来说，增材制造对于小批量复杂生产成本来说是更好的选择，而减材制造则是精密金属零件大批量生产的理想选择。

 

混合制造：结合增材制造和减材制造工艺

将加法和减法技术结合起来形成单一无缝工艺的技术被称为混合技术。

该混合工艺使用 3D 打印机打印具有复杂设计和内部结构的零件，然后通过 CNC 加工进行精加工，以实现精确的公差和表面光洁度。

该过程也称为增材和减材加工，是使用结合增材和减材制造工具的现代制造系统完成的。

什么是混合制造？

混合制造基于增材制造和减材数控加工的结合原理。3D打印部件可在数控铣床上进行精加工，以实现严格的公差和高质量的加工。

这些工艺的结合减少了材料浪费，并允许您制造具有复杂设计的零件。

 随着从台式机器到大型工业设备等各种产品的不断推出，混合制造已经变得简单。

混合制造工艺可以用于金属和塑料的制造吗？

是的，混合制造技术既适用于金属也适用于塑料，它将 3D 打印与 CNC 加工相结合，可以加工各种各样的材料。

混合制造中使用的金属：

混合制造工艺适用于多种常用金属，包括铝合金、不锈钢（304、316L）、钛（Ti-6Al-4V）、工具钢、因科镍合金和钴铬合金。其工作流程通常包括采用粉末床熔融或定向能量沉积技术进行金属3D打印，然后进行CNC加工，以达到±0.001英寸的公差和Ra 0.8-3.2 µm的表面粗糙度。

混合制造中使用的塑料：

对于塑料，混合加工系统可加工包括ABS、尼龙（PA12）、PEEK、Ultem、聚碳酸酯和碳纤维复合材料在内的工程热塑性塑料。零件首先采用FDM或SLS进行3D打印，然后通过CNC加工实现尺寸精度、螺纹特征和光滑的配合面。

按材料类型划分的主要优势：

对于金属而言，与传统的实心坯料加工相比，混合制造工艺可减少 60-80% 的材料浪费，同时还能制造出复杂的内部结构，例如随形冷却通道。对于塑料而言，该工艺将有机 3D 打印几何形状与精密加工的安装结构和高精度接口相结合。

应用环境：

金属混合制造技术用于航空航天涡轮机部件、医疗植入物、带随形冷却的工装以及汽车高性能部件。塑料混合制造技术则用于功能原型制作、定制终端用途部件、工装夹具以及小批量生产部件。

金属和塑料均可受益于混合制造技术，该技术能够将增材制造的几何自由度与减材加工的精度和表面质量相结合。

 

增材制造和减材制造的应用

加法和减法 制造业 服务于不同的行业，每个行业都利用其独特的能力：

• 航空航天：减材制造用于精密金属部件，而增材制造则用于生产燃油喷嘴等轻质、复杂的零件。
• 汽車：数控机床可制造耐用的发动机部件，而 3D 打印机可制作定制零件原型并生产轻质结构。
• 医疗行业：增材制造可以实现定制植入物和假体，而减材制造工艺则可以确保手术器械的精确度。
• 消费品：桌面增材和减材制造工具支持消费品的快速成型和小批量生产。

 

结语

增材制造和减材制造是现代最广泛使用的制造工艺，为各个行业的不同应用提供了优势。

减材制造具有高精度和材料多功能性，加上已经成熟的行业，非常适合金属和复合零件的批量生产。

增材制造是制造复杂几何形状和定制零件的理想之选，能够最大程度地减少浪费。混合制造结合了增材制造和减材制造工艺，形成了一种基于 3D 模型数据制造零件的最佳方法。

在增材制造和减材制造之间进行选择或将它们集成到混合工艺中是一个复杂的过程，需要评估材料特性、设计和生产量。

 

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