现代制造理论、工具和最佳实践侧重于如何以较低的单位成本制造数千或数百万个相同的零件或产品。定制和小批量生产需要一套完全不同的方法，制造商在尝试调整大规模生产系统以适应时面临着独特的挑战。

然而，由于制造方法和材料的快速发展，现在有多种技术可以快速、经济高效地制造这些定制和小批量的最终用途零件和产品。

本指南概述了不同的小批量制造方案，以及用于小批量最终用途零件生产的技术和解决方案。

小批量制造通常是指生产十到数万个零件的生产运行。

如今，大多数传统的制造方法（如成型或成型）都基于大规模生产的概念：制造大量相同的商品。虽然这些技术对于大批量生产（超过 10,000 个零件）来说非常具有成本效益，但它们需要标准化、昂贵的机械和工具，很少允许对产品进行修改。

等大规模生产过程的模具用于注塑成型很容易花费 10,000+美元，并增加数周或数月的生产时间。通过大规模生产，制造商可以通过大批量订单来抵消这些高昂的前期资本支出，因为当成本分布在数千个零件上时，每个零件的成本就会降低。大规模制造过程旨在大量生产相同的零件，限制了经济地制造专业或高度定制零件的能力。

相比之下，基于独特规格的物品制造，也称为定制制造或多品种小批量 （HMLV） 制造，传统上是在小作坊中手动进行的。由于体力劳动比例高，产量低，这导致定制产品的每件零件成本更高。出于同样的原因，创造大量单独定制的商品，称为大规模定制，在经济上很少可行。

在过去的几十年里，适合小批量生产的制造方法得到了快速发展。增材制造（3D 打印）、CNC 加工和快速模具等技术为小批量生产、定制制造（多品种小批量制造）和大规模定制提供了独特的优势。

小批量生产的这些好处包括：

• 降低成本 ：消除需要抵消最低订单的过高模具成本，减少市场准入壁垒，并鼓励创新。

• 速度 ：缩短开发时间，将长达数月的生产周期缩短到几天或几周，以击败竞争对手进入市场。

• 灵活性 ：解决制造挑战，响应客户反馈，快速迭代产品，并实施设计变更，所有这些都可以快速完成，而且成本过高。

• Customization定制：为客户提供定制服务，并创建具有前所未有的设计自由度的产品，包括使用有机、晶格或复杂形状的复杂部件，而无需额外费用。

• 控制：通过本地按需生产收紧供应链并缩短交货时间，并将零件或子组件的库存保持在最低限度，以快速满足不断变化的业务需求。

对创新、提高质量和降低成本的追求不断给制造商带来压力，因为他们寻求保持竞争力并实现利润最大化。从弥合原型设计和批量生产之间的差距到减少供应链瓶颈，让我们来看看各种小批量生产场景。

几十年来，3D打印在 原型制作和产品开发中无处不在。现在，这种成熟的技术正在制造业中得到广泛应用。在产品开发过程中，制造商已经在利用 3D 打印的灵活性来生产内部工具，例如夹具、固定装置和其他制造辅助工具，甚至是快速工具 ，例如用于注塑成型或热成型的模具。

机械、材料和软件的最新进展为生产高精度、功能性的 3D 打印提供了机会，这些 3D 打印可以代替最终用途部件（出售给最终客户并由最终客户使用的部件），使企业能够将创新产品推向市场，并使中小型制造变得触手可及。

3D打印机最常用于生产塑料零件 - 金属3D打印机也可以使用，但成本要高得多。有许多不同类型的3D打印机 ，生产塑料零件的最常见工艺是： 选择性激光烧结 （SLS）、 , 立体光刻 （SLA） 和熔融沉积成型（FDM）。 

由于 3D 打印机不需要任何工具和最短的设置时间即可完成新设计，因此与传统制造工艺相比，生产定制最终用途零件的成本可以忽略不计。

增材制造工艺通常比通常用于大规模生产的制造工艺具有更长的周期时间，并且劳动强度更高，但与传统的手工小批量生产和制造工艺相比，它们代表了生产力的重大飞跃。随着3D打印技术的进步，每个零件的成本将继续下降，从而开辟更广泛的中小批量应用。

大多数传统的制造工艺需要昂贵的工业机械和熟练的操作员，迫使许多公司将生产外包给专用设施.3D。 然而，3D打印使内部生产成为可能。用于制造塑料零件的紧凑型桌面或台式 3D 打印系统 价格实惠，需要很少的空间，无需特殊技能，使专业工程师、设计师和制造商能够将迭代和生产周期从几个月缩短到几天。

1. 设计： 在 CAD 中设计模型，或基于现有模型的 3D 扫描、MRI 扫描或口内扫描创建模型。

2. 打印设置：打印 准备软件用于在打印机的构建体积内定向和布局模型，添加支撑结构（如果需要），以及将支持的模型切成多个图层。

3. 打印： 选择正确的技术和材料，然后在 3D 打印机上 3D 打印零件。

4. 后处理： 打印完成后，从打印机中取出零件，清洁或清洗，后固化（取决于技术），并移除支撑结构（如果适用）。零件可以涂漆、涂覆或使用其他精加工技术进行后处理。

计算机数控 （CNC） 工具是减材制造工艺。它们从塑料、金属或其他材料的实心块、棒材或棒材开始，这些材料是通过切割、镗孔、钻孔和研磨去除材料来成型的。

CNC刀具包括CNC加工，它通过旋转工具和固定零件（铣削）或使用固定工具（车床）的旋转零件去除材料。激光切割机使用激光高精度地雕刻或切割各种材料。水射流切割机使用混合了磨料和高压的水来切割几乎任何材料。CNC 铣床和车床可以有多个轴，这使它们能够管理更复杂的设计。激光和水射流切割机更适合平面零件。

CNC 工具可以用塑料、软金属、硬金属（工业机器）、木材、亚克力、石材、玻璃和复合材料成型零件。它们是为各行各业生产定制或小批量最终用途零件、结构零件和工具的理想选择。

与增材制造工具相比，CNC 工具的设置和操作更加复杂，而某些材料和设计可能需要特殊的工具、处理、定位和加工。与增材制造工艺相比，这使得一次性零件的成本更高，更适合小批量生产。

机加工非常适合需要严格公差和难以成型的几何形状的小批量制造应用，例如皮带轮、齿轮和衬套。CNC 加工具有低到中等的设置成本，并且可以用各种材料在较短的交货时间内生产高质量的组件。

与3D打印相比，加工工艺具有更多的零件几何形状限制。在机械加工中，每个零件的成本随着零件复杂性的增加而增加。多个零件面上的底切、贯穿和特征都会增加成本。加工过程需要留出刀具通道，并且某些几何形状（如弯曲的内部通道）很难或不可能使用传统的减材方法生产。

1. 设计： 在 CAD 中设计模型，或基于现有模型的 3D 扫描、MRI 扫描或口内扫描创建模型。

2. 作业设置： CNC 机床需要生成和验证刀具路径（CAD 到 CAM）的中间步骤。刀具路径控制切削刀具的移动位置、速度以及任何刀具更换。

3. 加工： 刀具路径被发送到开始给定减材工艺的机床。根据最终产品所需的形状，可能需要将工件设置在新的位置，以便工具头可以到达新的区域。

4. 后处理：制造后，零件经过清洁和去毛刺、修整，并可以使用其他精加工技术进行进一步后处理。

快速模具是一组用于快速、低成本和高效地制造模具的技术，用于注塑成型、热成型或铸造等传统制造工艺，以在短时间内或小批量制造零件。

传统模具最常使用机械加工和金属铸造等技术由耐用金属制成。然而，这些工艺成本高昂，更适合大规模生产周期。当用于模具迭代或生产仅用于制造小批量零件的模具时，成本会上升，生产时间会大大延长。

将快速工具整合到产品开发流程中，使制造商能够在过渡到大规模生产之前验证设计和材料选择，从而加速产品开发、快速迭代并将更好的产品推向市场。快速模具使工程师能够使用实际的生产级材料来评估零件在实际应用中的性能，并生产有限数量的产品进行测试和 验证测试 。在投资昂贵的生产工具之前，快速工具还可以帮助排除制造过程的故障。

快速模具还提供了使用传统制造工艺生产定制或有限系列最终用途零件的方法，而使用传统模具则非常昂贵。这使制造商能够测试新产品的市场，提供更广泛的产品，或根据客户需求定制零件。

快速模具可用于支持各种传统制造工艺，以生产塑料、硅胶或橡胶部件、复合材料，甚至金属部件。

1. 设计： 在 CAD 软件中设计模具、图案、冲模或主工具。

2. 生产模具： 使用 3D 打印机或 CNC 工具制造模具，或根据主模型创建模具或工具。

3. 制造： 将快速模具插入您的机器或在您的工作流程中使用该模式并执行生产过程。

4. 后处理： 执行任何必要的后处理，以实现最终用途零件的质量光洁度。

虽然制造业传统上涉及合同制造商和长链供应商，但小批量制造工具也允许公司在内部进行生产。

当您偶尔只需要几个零件时，以及对于大型零件或需要非标准材料的零件，建议将生产外包给服务机构或实验室。 Hubs 、 Protolabs 、 Fictiv 或当地服务机构等服务提供商按需提供制造和小批量生产服务。这些局通常有多种可用的技术，包括增材和减材工艺，以及快速模具。他们还可以提供各种材料的建议，并提供增值服务，如设计或高级精加工。

外包给服务提供商的主要缺点是成本和交货时间。与传统制造方法相比，小批量制造的最大好处之一是其速度，当外包零件需要一周或数周才能到达时，速度会迅速降低。外包小批量零件的制造通常也非常昂贵。根据零件的数量和体积，企业通常只需投资 3D 打印机并在内部打印即可在几个月内实现收支平衡。

借助台式和台式 3D 打印机，公司可以根据其业务需求支付同样多的容量，并随着需求的增长通过增加额外的设备来扩大生产规模。通过使用多台 3D 打印机，您还可以灵活地同时打印不同材料的零件。服务机构仍然可以为大型零件或非常规材料补充这种灵活的工作流程。

增材制造摆脱了传统方法的模具限制，是一种强大的解决方案，可以在最短的交货时间内生产小批量的最终用途零件。内部3D打印使企业能够控制其制造，从而减少生产时间、成本和风险。