現(xiàn)代制造理論、工具和最佳實(shí)踐側(cè)重于如何以較低的單位成本制造數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)相同的零件或產(chǎn)品。定制和小批量生產(chǎn)需要一套完全不同的方法，制造商在嘗試調(diào)整大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)以適應(yīng)時(shí)面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)。
然而，由于制造方法和材料的快速發(fā)展，現(xiàn)在有多種技術(shù)可以快速、經(jīng)濟(jì)高效地制造這些定制和小批量的最終用途零件和產(chǎn)品。
本指南概述了不同的小批量制造方案，以及用于小批量最終用途零件生產(chǎn)的技術(shù)和解決方案。
什么是小批量生產(chǎn)？
小批量制造通常是指生產(chǎn)十到數(shù)萬(wàn)個(gè)零件的生產(chǎn)運(yùn)行。
如今，大多數(shù)傳統(tǒng)的制造方法（如成型或成型）都基于大規(guī)模生產(chǎn)的概念：制造大量相同的商品。雖然這些技術(shù)對(duì)于大批量生產(chǎn)（超過(guò) 10,000 個(gè)零件）來(lái)說(shuō)非常具有成本效益，但它們需要標(biāo)準(zhǔn)化、昂貴的機(jī)械和工具，很少允許對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改。
等大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程的模具用于注塑成型很容易花費(fèi) 10,000+美元，并增加數(shù)周或數(shù)月的生產(chǎn)時(shí)間。通過(guò)大規(guī)模生產(chǎn)，制造商可以通過(guò)大批量訂單來(lái)抵消這些高昂的前期資本支出，因?yàn)楫?dāng)成本分布在數(shù)千個(gè)零件上時(shí)，每個(gè)零件的成本就會(huì)降低。大規(guī)模制造過(guò)程旨在大量生產(chǎn)相同的零件，限制了經(jīng)濟(jì)地制造專(zhuān)業(yè)或高度定制零件的能力。
相比之下，基于獨(dú)特規(guī)格的物品制造，也稱(chēng)為定制制造或多品種小批量 （HMLV） 制造，傳統(tǒng)上是在小作坊中手動(dòng)進(jìn)行的。由于體力勞動(dòng)比例高，產(chǎn)量低，這導(dǎo)致定制產(chǎn)品的每件零件成本更高。出于同樣的原因，創(chuàng)造大量單獨(dú)定制的商品，稱(chēng)為大規(guī)模定制，在經(jīng)濟(jì)上很少可行。
在過(guò)去的幾十年里，適合小批量生產(chǎn)的制造方法得到了快速發(fā)展。增材制造（3D 打?。?、CNC 加工和快速模具等技術(shù)為小批量生產(chǎn)、定制制造（多品種小批量制造）和大規(guī)模定制提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
小批量生產(chǎn)的這些好處包括：
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降低成本 ：消除需要抵消最低訂單的過(guò)高模具成本，減少市場(chǎng)準(zhǔn)入壁壘，并鼓勵(lì)創(chuàng)新。
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速度 ：縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，將長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的生產(chǎn)周期縮短到幾天或幾周，以擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)入市場(chǎng)。
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靈活性 ：解決制造挑戰(zhàn)，響應(yīng)客戶(hù)反饋，快速迭代產(chǎn)品，并實(shí)施設(shè)計(jì)變更，所有這些都可以快速完成，而且成本過(guò)高。
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Customization定制：為客戶(hù)提供定制服務(wù)，并創(chuàng)建具有前所未有的設(shè)計(jì)自由度的產(chǎn)品，包括使用有機(jī)、晶格或復(fù)雜形狀的復(fù)雜部件，而無(wú)需額外費(fèi)用。
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控制：通過(guò)本地按需生產(chǎn)收緊供應(yīng)鏈并縮短交貨時(shí)間，并將零件或子組件的庫(kù)存保持在最低限度，以快速滿(mǎn)足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。
小批量生產(chǎn)方案
對(duì)創(chuàng)新、提高質(zhì)量和降低成本的追求不斷給制造商帶來(lái)壓力，因?yàn)樗麄儗で蟊３指?jìng)爭(zhēng)力并實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。從彌合原型設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)之間的差距到減少供應(yīng)鏈瓶頸，讓我們來(lái)看看各種小批量生產(chǎn)場(chǎng)景。
定制
如今，客戶(hù)正在花費(fèi)更多的時(shí)間和金錢(qián)來(lái)尋找滿(mǎn)足其個(gè)性化需求和? 要求的產(chǎn)品。為了滿(mǎn)足需求，需要更多個(gè)性化、精心策劃的產(chǎn)品和體驗(yàn)選擇。小批量制造可以幫助公司擴(kuò)展個(gè)性化產(chǎn)品，以獲得大眾市場(chǎng)機(jī)會(huì)，而無(wú)需投資昂貴的工具。
企業(yè)可以重新思考產(chǎn)品的制造方式，并探索新的商業(yè)模式，使其更接近個(gè)人客戶(hù)的需求，例如大規(guī)模定制。
孩之寶自拍系列提供了第一款個(gè)性化、大規(guī)模定制的可動(dòng)人偶。
產(chǎn)品創(chuàng)新
借助 3D 打印等創(chuàng)新工具，設(shè)計(jì)師可以突破設(shè)計(jì)復(fù)雜性的界限，優(yōu)化結(jié)構(gòu)并定制零件，而無(wú)需額外費(fèi)用，以開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)方法難以制造的獨(dú)特產(chǎn)品。
樹(shù)脂 3D 打印機(jī) 允許您創(chuàng)建復(fù)雜的形狀和零件，具有懸垂、微通道和有機(jī)形狀等特征，這些特征使用傳統(tǒng)制造方法成本高昂甚至無(wú)法生產(chǎn)。這為整合多部件組件、減輕重量、減輕薄弱接頭和縮短裝配時(shí)間提供了機(jī)會(huì)，為設(shè)計(jì)和工程提供了新的可能性。
New Balance 發(fā)布了一款配備 3D 打印鞋墊的限量版高性能運(yùn)動(dòng)鞋。
橋梁制造
橋梁制造是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)階段，它彌合了原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)之間的差距。各行各業(yè)的企業(yè)都可以利用小批量生產(chǎn)，在過(guò)渡到大規(guī)模生產(chǎn)之前快速、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)小批量零件。他們可以在投入昂貴的工具進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)之前，通過(guò)試運(yùn)行進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試、售前或市場(chǎng)驗(yàn)證來(lái)降低大規(guī)模生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。
Tension Square 生產(chǎn)一種具有3D打印功能的創(chuàng)新醫(yī)療設(shè)備。
供應(yīng)鏈彈性
全球供應(yīng)鏈瓶頸增加了交貨時(shí)間，對(duì)新產(chǎn)品上市時(shí)間、客戶(hù)滿(mǎn)意度和整體競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)構(gòu)成了重大威脅。小批量制造工具可用于臨時(shí)生產(chǎn)，以便在短缺時(shí)期快速、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)小批量生產(chǎn)。企業(yè)可以減少對(duì)第三方供應(yīng)商的依賴(lài)，抵御物流中斷和地緣政治問(wèn)題，并通過(guò)在內(nèi)部引入制造能力來(lái)快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化。
3D 打印 COVID-19測(cè)試拭子為應(yīng)對(duì)全球大流行而生產(chǎn)
售后零件
售后市場(chǎng)制造商創(chuàng)建最終用途產(chǎn)品，這些產(chǎn)品作為原始設(shè)備制造商 （OEM） 現(xiàn)有產(chǎn)品的組件或附加組件運(yùn)行。對(duì)于這些應(yīng)用，在推出新的創(chuàng)新產(chǎn)品的同時(shí)跟上OEM的產(chǎn)品更新是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
通過(guò)消除工具，小批量制造帶來(lái)了在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中按需調(diào)整售后組件所需的敏捷性。售后市場(chǎng)公司可以構(gòu)建復(fù)雜的幾何形狀，以提高產(chǎn)品性能或?yàn)榭蛻?hù)量身定制產(chǎn)品。小批量生產(chǎn)有助于最大限度地減少庫(kù)存，并通過(guò)原始設(shè)備制造商的更新確保持續(xù)的兼容性。
Battle Beaver Customs 的 Playstation 5 控制器帶有 3D 打印內(nèi)部零件
備件
當(dāng) OEM 停止生產(chǎn)特定產(chǎn)品或型號(hào)時(shí)，他們必須繼續(xù)庫(kù)存數(shù)千個(gè)零件，以服務(wù)擁有舊產(chǎn)品并需要更換或維修的客戶(hù)。如果原始設(shè)備制造商沒(méi)有制造和存儲(chǔ)足夠的這些備件，那么仍在使用這些停產(chǎn)型號(hào)的大量客戶(hù)往往沒(méi)有解決方案。原始設(shè)備制造商很難準(zhǔn)確計(jì)算出要存儲(chǔ)多少零件——如果他們高估了，他們就必須處理浪費(fèi)和存儲(chǔ)問(wèn)題，如果他們低估了，買(mǎi)家就會(huì)心懷不滿(mǎn)。
利用 3D 打印等技術(shù)在內(nèi)部生產(chǎn)備件，制造商可以從實(shí)物庫(kù)存轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字庫(kù)存。僅存儲(chǔ) CAD 模型以按需生產(chǎn)零件并更換丟失或損壞的物品。
汽車(chē)供應(yīng)商博澤一直在評(píng)估3D打印備件的生產(chǎn)
小批量生產(chǎn)技術(shù)
增材制造（3D打?。?/strong>
幾十年來(lái)，3D打印在 原型制作和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中無(wú)處不在?，F(xiàn)在，這種成熟的技術(shù)正在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，制造商已經(jīng)在利用 3D 打印的靈活性來(lái)生產(chǎn)內(nèi)部工具，例如夾具、固定裝置和其他制造輔助工具，甚至是快速工具 ，例如用于注塑成型或熱成型的模具。
機(jī)械、材料和軟件的最新進(jìn)展為生產(chǎn)高精度、功能性的 3D 打印提供了機(jī)會(huì)，這些 3D 打印可以代替最終用途部件（出售給最終客戶(hù)并由最終客戶(hù)使用的部件），使企業(yè)能夠?qū)?chuàng)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)，并使中小型制造變得觸手可及。
3D打印機(jī)最常用于生產(chǎn)塑料零件 - 金屬3D打印機(jī)也可以使用，但成本要高得多。有許多不同類(lèi)型的3D打印機(jī) ，生產(chǎn)塑料零件的最常見(jiàn)工藝是： 選擇性激光燒結(jié) （SLS）、 , 立體光刻 （SLA） 和熔融沉積成型（FDM）。?
由于 3D 打印機(jī)不需要任何工具和最短的設(shè)置時(shí)間即可完成新設(shè)計(jì)，因此與傳統(tǒng)制造工藝相比，生產(chǎn)定制最終用途零件的成本可以忽略不計(jì)。
增材制造工藝通常比通常用于大規(guī)模生產(chǎn)的制造工藝具有更長(zhǎng)的周期時(shí)間，并且勞動(dòng)強(qiáng)度更高，但與傳統(tǒng)的手工小批量生產(chǎn)和制造工藝相比，它們代表了生產(chǎn)力的重大飛躍。隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步，每個(gè)零件的成本將繼續(xù)下降，從而開(kāi)辟更廣泛的中小批量應(yīng)用。
大多數(shù)傳統(tǒng)的制造工藝需要昂貴的工業(yè)機(jī)械和熟練的操作員，迫使許多公司將生產(chǎn)外包給專(zhuān)用設(shè)施.3D。 然而，3D打印使內(nèi)部生產(chǎn)成為可能。用于制造塑料零件的緊湊型桌面或臺(tái)式 3D 打印系統(tǒng) 價(jià)格實(shí)惠，需要很少的空間，無(wú)需特殊技能，使專(zhuān)業(yè)工程師、設(shè)計(jì)師和制造商能夠?qū)⒌蜕a(chǎn)周期從幾個(gè)月縮短到幾天。
制造工藝
設(shè)計(jì)： 在 CAD 中設(shè)計(jì)模型，或基于現(xiàn)有模型的 3D 掃描、MRI 掃描或口內(nèi)掃描創(chuàng)建模型。
打印設(shè)置：打印 準(zhǔn)備軟件用于在打印機(jī)的構(gòu)建體積內(nèi)定向和布局模型，添加支撐結(jié)構(gòu)（如果需要），以及將支持的模型切成多個(gè)圖層。
打?。?選擇正確的技術(shù)和材料，然后在 3D 打印機(jī)上 3D 打印零件。
后處理： 打印完成后，從打印機(jī)中取出零件，清潔或清洗，后固化（取決于技術(shù)），并移除支撐結(jié)構(gòu)（如果適用）。零件可以涂漆、涂覆或使用其他精加工技術(shù)進(jìn)行后處理。
CNC刀具
計(jì)算機(jī)數(shù)控 （CNC） 工具是減材制造工藝。它們從塑料、金屬或其他材料的實(shí)心塊、棒材或棒材開(kāi)始，這些材料是通過(guò)切割、鏜孔、鉆孔和研磨去除材料來(lái)成型的。
CNC刀具包括CNC加工，它通過(guò)旋轉(zhuǎn)工具和固定零件（銑削）或使用固定工具（車(chē)床）的旋轉(zhuǎn)零件去除材料。激光切割機(jī)使用激光高精度地雕刻或切割各種材料。水射流切割機(jī)使用混合了磨料和高壓的水來(lái)切割幾乎任何材料。CNC 銑床和車(chē)床可以有多個(gè)軸，這使它們能夠管理更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。激光和水射流切割機(jī)更適合平面零件。
CNC 工具可以用塑料、軟金屬、硬金屬（工業(yè)機(jī)器）、木材、亞克力、石材、玻璃和復(fù)合材料成型零件。它們是為各行各業(yè)生產(chǎn)定制或小批量最終用途零件、結(jié)構(gòu)零件和工具的理想選擇。
與增材制造工具相比，CNC 工具的設(shè)置和操作更加復(fù)雜，而某些材料和設(shè)計(jì)可能需要特殊的工具、處理、定位和加工。與增材制造工藝相比，這使得一次性零件的成本更高，更適合小批量生產(chǎn)。
機(jī)加工非常適合需要嚴(yán)格公差和難以成型的幾何形狀的小批量制造應(yīng)用，例如皮帶輪、齒輪和襯套。CNC 加工具有低到中等的設(shè)置成本，并且可以用各種材料在較短的交貨時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)高質(zhì)量的組件。
與3D打印相比，加工工藝具有更多的零件幾何形狀限制。在機(jī)械加工中，每個(gè)零件的成本隨著零件復(fù)雜性的增加而增加。多個(gè)零件面上的底切、貫穿和特征都會(huì)增加成本。加工過(guò)程需要留出刀具通道，并且某些幾何形狀（如彎曲的內(nèi)部通道）很難或不可能使用傳統(tǒng)的減材方法生產(chǎn)。
制造工藝
設(shè)計(jì)： 在 CAD 中設(shè)計(jì)模型，或基于現(xiàn)有模型的 3D 掃描、MRI 掃描或口內(nèi)掃描創(chuàng)建模型。
作業(yè)設(shè)置： CNC 機(jī)床需要生成和驗(yàn)證刀具路徑（CAD 到 CAM）的中間步驟。刀具路徑控制切削刀具的移動(dòng)位置、速度以及任何刀具更換。
加工： 刀具路徑被發(fā)送到開(kāi)始給定減材工藝的機(jī)床。根據(jù)最終產(chǎn)品所需的形狀，可能需要將工件設(shè)置在新的位置，以便工具頭可以到達(dá)新的區(qū)域。
后處理：制造后，零件經(jīng)過(guò)清潔和去毛刺、修整，并可以使用其他精加工技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步后處理。
快速模具
快速模具是一組用于快速、低成本和高效地制造模具的技術(shù)，用于注塑成型、熱成型或鑄造等傳統(tǒng)制造工藝，以在短時(shí)間內(nèi)或小批量制造零件。
傳統(tǒng)模具最常使用機(jī)械加工和金屬鑄造等技術(shù)由耐用金屬制成。然而，這些工藝成本高昂，更適合大規(guī)模生產(chǎn)周期。當(dāng)用于模具迭代或生產(chǎn)僅用于制造小批量零件的模具時(shí)，成本會(huì)上升，生產(chǎn)時(shí)間會(huì)大大延長(zhǎng)。
將快速工具整合到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中，使制造商能夠在過(guò)渡到大規(guī)模生產(chǎn)之前驗(yàn)證設(shè)計(jì)和材料選擇，從而加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、快速迭代并將更好的產(chǎn)品推向市場(chǎng)?？焖倌＞呤构こ處熌軌蚴褂脤?shí)際的生產(chǎn)級(jí)材料來(lái)評(píng)估零件在實(shí)際應(yīng)用中的性能，并生產(chǎn)有限數(shù)量的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和 驗(yàn)證測(cè)試 。在投資昂貴的生產(chǎn)工具之前，快速工具還可以幫助排除制造過(guò)程的故障。
快速模具還提供了使用傳統(tǒng)制造工藝生產(chǎn)定制或有限系列最終用途零件的方法，而使用傳統(tǒng)模具則非常昂貴。這使制造商能夠測(cè)試新產(chǎn)品的市場(chǎng)，提供更廣泛的產(chǎn)品，或根據(jù)客戶(hù)需求定制零件。
快速模具可用于支持各種傳統(tǒng)制造工藝，以生產(chǎn)塑料、硅膠或橡膠部件、復(fù)合材料，甚至金屬部件。
制造工藝
設(shè)計(jì)： 在 CAD 軟件中設(shè)計(jì)模具、圖案、沖?；蛑鞴ぞ?。
生產(chǎn)模具： 使用 3D 打印機(jī)或 CNC 工具制造模具，或根據(jù)主模型創(chuàng)建模具或工具。
制造： 將快速模具插入您的機(jī)器或在您的工作流程中使用該模式并執(zhí)行生產(chǎn)過(guò)程。
后處理： 執(zhí)行任何必要的后處理，以實(shí)現(xiàn)最終用途零件的質(zhì)量光潔度。
小批量生產(chǎn)技術(shù)比較
| 3D打印????????????????? |
CNC刀具 | 快速模具 | |
|---|---|---|---|
技術(shù)?????????????????????? |
選擇性激光燒結(jié)（SLS） 立體光刻 （SLA） 熔融沉積成型（FDM） 金屬3D打打印 ?????? |
CNC加工（銑床或車(chē)床） 激光切割 水射流切割 |
注塑成型 熱成型 包覆成型和嵌件成型 壓縮成型 鑄造 鈑金成型 |
| 材料 |
塑料、金屬（限量）、硅膠和橡膠類(lèi)零件 |
塑料、金屬、木材、亞克力、石材、玻璃和復(fù)合材料 |
塑料、金屬、復(fù)合材料、硅膠和橡膠部件 |
| 形式 |
高自由度 |
中等自由度 |
中等自由度 |
| 最終零件的交貨時(shí)間（內(nèi)部） | 一到兩天 |
一天到一周 |
一天到一周 |
| 周期時(shí)間 |
|
幾秒鐘到幾個(gè)小時(shí)，具體取決于工藝和材料 |
|
| 設(shè)置成本 | $ |
$$ |
$-$$ |
| 單件成本 | $$-$$$ |
$$$$ |
$$ |
內(nèi)部生產(chǎn)與合同制造
雖然制造業(yè)傳統(tǒng)上涉及合同制造商和長(zhǎng)鏈供應(yīng)商，但小批量制造工具也允許公司在內(nèi)部進(jìn)行生產(chǎn)。
當(dāng)您偶爾只需要幾個(gè)零件時(shí)，以及對(duì)于大型零件或需要非標(biāo)準(zhǔn)材料的零件，建議將生產(chǎn)外包給服務(wù)機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室。 Hubs 、 Protolabs 、 Fictiv 或當(dāng)?shù)胤?wù)機(jī)構(gòu)等服務(wù)提供商按需提供制造和小批量生產(chǎn)服務(wù)。這些局通常有多種可用的技術(shù)，包括增材和減材工藝，以及快速模具。他們還可以提供各種材料的建議，并提供增值服務(wù)，如設(shè)計(jì)或高級(jí)精加工。
外包給服務(wù)提供商的主要缺點(diǎn)是成本和交貨時(shí)間。與傳統(tǒng)制造方法相比，小批量制造的最大好處之一是其速度，當(dāng)外包零件需要一周或數(shù)周才能到達(dá)時(shí)，速度會(huì)迅速降低。外包小批量零件的制造通常也非常昂貴。根據(jù)零件的數(shù)量和體積，企業(yè)通常只需投資 3D 打印機(jī)并在內(nèi)部打印即可在幾個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)收支平衡。
借助臺(tái)式和臺(tái)式 3D 打印機(jī)，公司可以根據(jù)其業(yè)務(wù)需求支付同樣多的容量，并隨著需求的增長(zhǎng)通過(guò)增加額外的設(shè)備來(lái)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。通過(guò)使用多臺(tái) 3D 打印機(jī)，您還可以靈活地同時(shí)打印不同材料的零件。服務(wù)機(jī)構(gòu)仍然可以為大型零件或非常規(guī)材料補(bǔ)充這種靈活的工作流程。
開(kāi)始小批量生產(chǎn)
增材制造擺脫了傳統(tǒng)方法的模具限制，是一種強(qiáng)大的解決方案，可以在最短的交貨時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)小批量的最終用途零件。內(nèi)部3D打印使企業(yè)能夠控制其制造，從而減少生產(chǎn)時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)。
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