碳纖維板單價高，餘料就是成本。但在談「怎麼提高利用率」之前，先建立一個現實的基準：Hypertherm 官方說法是「典型的套排結果為 70% 材料利用率、30% 廢料」，而最先進的開源演算法在標準測試集上的密度也只有 68.6% 到 92.2%。任何宣稱「套排軟體必達 95%」的說法，都值得懷疑。
一分鐘結論
- 產業基準是 70% 利用率、30% 廢料（Hypertherm 官方）。複合材料的整體製程浪費約 20–30%。
- 學術天花板是 68.6–92.2%：最先進演算法在 ESICUP 標準測試集上的密度區間，中位數約 89%。零件形狀複雜時（SHAPES0）連最佳演算法也只有 68.6%。
- CNC 銑切的最小零件間距 = 刀具直徑 + 間隙。Vectric 官方範例：間隙 0.05″ + 刀徑 0.25″ = 0.3″。這與雷射／水刀的間距規則完全不同。
- 共邊切削可省 12–40% 生產時間（Hypertherm 客戶實測），但「省多少材料」查無可靠來源。
- 共邊在 CNC 銑切上有物理限制：切口就是刀徑，兩件共用一條刀路必然吃掉一個刀徑的材料。
- 「自動排版比手動好 10–15%」查無可靠來源，反而有研究顯示人工排版持續高於商用基準約 4 個百分點。
先建立正確的期待值
套排軟體的行銷話術常給人「利用率可以逼近 100%」的印象。實際的數字是這樣：
套排利用率的產業基準與演算法天花板對照帶圖
學術測試集的密度區間，對照產業實務與廠商宣稱
| 來源 | 數值 | 性質 |
|---|---|---|
| Hypertherm 官方 | 典型 70% 利用率、30% 廢料 | 廠商官方，最可靠的基準 |
| sparrow 開源演算法（KU Leuven） | 68.6% – 92.2%（13 個測試實例） | 同儕審查，ESICUP 標準測試集 |
| Airborne（複材專業） | 複材製程浪費約 20–30% | 廠商技術文章 |
| SigmaNEST | 多數客戶轉用後省料超過 4% | 廠商宣稱 |
| Lantek | 原料利用率提升 8.2% | 廠商客戶回報 |
| JETCAM（複材） | 套排效率維持 90% 以上 | 廠商宣稱 |
| 「自動排版比手動好 10–15%」 | 查無可靠來源 | 反而有研究顯示人工排版高於商用基準約 4 個百分點 |
| 最後一列值得注意：2015 年一篇論文顯示網路工人的人工排版「持續高於商用基準約 4 個百分點」。談自動化的效益時，從編程時間與一致性切入比從利用率切入更站得住腳。 | ||
零件間距：CNC 銑切的規則和雷射完全不同
這是最常被套用錯的規則。雷射與水刀的間距是依「切口寬度的倍數」計算，但CNC 銑切的切口就是刀具直徑，規則因此完全不同。
| 製程 | 零件間距 | 板材留邊 | 切口寬度 | 來源 |
|---|---|---|---|---|
| CNC Router | 刀具直徑 + 間隙 | 留邊 + 間隙 + 刀徑 | = 刀徑 | Vectric 官方文件 |
| CNC（治具夾持） | 節點間距 ≥ 0.400″（10.16mm） | — | — | SendCutSend 官方 |
| 雷射 | 0.03″（0.76mm） | 四邊各 0.25″（6.35mm） | 0.25mm | Xometry |
| 水刀 | 0.125″（3.18mm） | 四邊各 0.25″（6.35mm） | 1.02mm | Xometry |
| 通用（依切口） | 最低 3–5 倍切口寬度 | — | — | Xometry |
| Vectric 官方範例：Clearance 0.05″ + 刀徑 0.25″ = 0.3″（7.62mm）。用 φ4 刀時對應約 5mm、φ6 刀約 7mm。這代表刀徑越小、套排能排得越密——這是 CNC 銑切相對固定切口製程的一個可調變數。 | ||||
刀徑對套排密度的影響示意圖
同一批小零件，用 φ6 與 φ3 刀的間距差異
共邊切削：省的是時間，不是材料
共邊切削（common-line cutting）是讓相鄰兩件共用同一條切割路徑。在雷射與電漿上這是省料省時的標準手法，但在 CNC 銑切上要謹慎看待。
| 項目 | 數據 | 來源與註記 |
|---|---|---|
| 生產時間縮減 | 12% – 40% | Hypertherm 客戶（Olympic Steel）實測 |
| 共邊實際間隙 | 0.006″–0.012″（0.15–0.30mm） | SendCutSend 官方，依材料而異 |
| 材料節省百分比 | 查無可靠來源 | 流傳的「利用率由 75% 提升至 90%」原頁 403 無法驗證 |
| CNC 銑切的限制 | 切口 = 刀徑 | 兩件共用刀路必然吃掉一個刀徑的材料 |
| SendCutSend 甚至明文拒收共邊套排檔案：「兩個零件共用切割路徑並未考慮切口、光束寬度、刀具直徑或水刀束寬」，共邊檔案會被退件要求修改。這說明共邊需要由 CAM 軟體正確處理，不是在 CAD 裡把兩條線疊在一起就好。 | ||
物理上，φ6 刀的切口就是 6mm，兩件相鄰共用一條刀路時，中間仍會消失 6mm 的材料——這和「不共邊、各切各的」相比省下的是一趟刀路的時間，不是材料。所以共邊在 CNC 上的價值主要在縮短加工時間，與雷射／電漿的情況不同。
另一個 CNC 特有的限制：SendCutSend 規定 CNC 銑削件的材料移除量須低於 50%，否則零件容易在切削中位移或斷裂。密排到極限反而會讓固定變得不可靠。
無人機小零件的實際套排做法
把上面的原則落到具體的零件上。以一組 5 吋 FPV 的周邊小件為例：
| 零件 | 典型尺寸 | 板厚 | 套排注意事項 |
|---|---|---|---|
| 電池托板 | 80 × 60 mm | 1.5–2 mm | 面積大，可當套排的骨架，小件排在其周邊 |
| 電調隔板 | 40 × 40 mm | 0.5–1 mm | 薄且小，必須留連接片 |
| 天線座 | 25 × 20 mm | 1–2 mm | 材料必須是 FR4 或 G-10，不能與碳板同批排 |
| 相機固定片 | 30 × 25 mm | 2 mm | 邊緣節點間距可能放不下 tab，需真空 |
| GPS 支架 | 40 × 30 mm | 1.5 mm | 同天線座，避開碳纖維 |
| 腳架墊片 | 20 × 20 mm | 2–3 mm | 小件，優先用真空 + tab 雙保險 |
| 套排時最容易犯的錯是把不同材料的零件排在同一個檔案裡。天線座與 GPS 支架必須用 FR4／G-10（碳纖維會遮蔽訊號），所以它們要另外開一個排版檔、另外上一片板。 | |||
| 序 | 原則 | 理由 |
|---|---|---|
| 1 | 先確認同一張板上的零件是同一種材料 | 天線相關件必須用 FR4／G-10 |
| 2 | 大件先放，小件填縫 | 大件的擺放彈性最低，先定位才有意義 |
| 3 | 間距設為「刀徑 + 1mm」起跳 | 依 Vectric 規則，φ6 刀約 7mm |
| 4 | 板材四邊留 8–10mm 邊 | 留給夾持與跳刀，也避免板材邊緣的品質不均 |
| 5 | 小於 30mm 的件一律留連接片 | 切斷後的殘餘面積吸附力只剩幾公斤 |
| 6 | 把關鍵邊對齊纖維方向的安全區 | 0–90° 分層少，135° 最嚴重 |
餘料怎麼用
提高利用率還有一個常被忽略的方向：系統性地使用前次加工留下的餘料。複材套排領域有公開的實例數據：
| 做法 | 省料 | 對桌上型加工的適用性 |
|---|---|---|
| 單套件跨多卷排版 | 2.7% | 量產導向，桌上型較少用 |
| 不同訂單合併套排 | 5.7% | 把幾個專案的零件湊一張板切 |
| 同卷背靠背排版 | 4.4% | 同一張板連續兩批零件緊鄰排列 |
| 系統化利用餘料 | 製造良率升至 87.3% | 建立餘料庫，小件優先用餘料切 |
| 另一個值得注意的觀念是「套排良率」與「製造良率」的落差通常在 5–10%——CAM 裡看到的 85% 利用率，實際做出來可能只有 78%，差額來自報廢、重切與夾持區。 | ||
外包時，剩下的板材留在代工廠，你付的是整片板的錢。自主加工時餘料留在你手上——把上一次切完機架剩下的板料收好，下次做電調隔板、墊片這類小件時直接用餘料切，不必再開一張新板。
實務做法很簡單：把餘料依尺寸分類收納，並在 CAM 裡建立對應的「板材尺寸」預設。小件排版時先選餘料尺寸，排不下才用新板。
常見問題
套排軟體值得買嗎？
看你的批量。研究顯示人工排版的利用率未必輸給商用軟體（2015 年一篇論文顯示網路工人的人工排版持續高於商用基準約 4 個百分點）。套排軟體真正的價值在編程時間與一致性——零件種類多、批次頻繁時，自動套排能省下大量手動排版時間。零件種類少、批量小的研發階段，手動排就夠了。
為什麼我算出來的利用率只有 60% 幾？
先確認你算的是不是「零件總面積 ÷ 板材總面積」。如果零件形狀複雜、有大量凹角，60% 幾其實是正常的——最先進演算法在複雜形狀的測試案例（SHAPES0）上也只有 68.6%。另外要記得扣掉板材四邊的留邊與夾持區，那部分本來就用不到。
零件間距可以縮到多小？
物理下限是刀具直徑——兩件之間至少要能讓刀走過去。實務下限是刀徑加上一點餘裕（Vectric 官方範例是刀徑 + 0.05″）。但不建議壓到極限：間距太小時，第一件切完後剩下的細長料條會失去剛性，切第二件時容易震動或位移。
小零件真的一定要留連接片嗎？
看你有沒有真空。切斷後的零件靠什麼固定住？如果是真空平台，要算一下該零件的殘餘面積夠不夠——1 平方英吋在側流風機系統下只有約 2 公斤吸附力，切削力隨時可能超過。如果只有雙面膠或壓板，那小零件在切斷瞬間幾乎必然會動。留連接片是最可靠、也最便宜的保險。
天線座真的不能跟碳板排在一起嗎？
不能，這不是套排問題而是材料問題。碳纖維沿纖維方向的導電率約 3.6 × 10⁴ S/m，在 GPS 與圖傳頻段的行為等同金屬遮蔽層；FR4 約 3.3 × 10⁻¹³ S/m，兩者差 17 個數量級。天線相關件必須用 FR4 或 G-10，所以它們本來就是不同的板材、不同的排版檔。
資料來源
- Hypertherm, Nesting Software（典型套排 70% 材料利用率、30% 廢料）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.hypertherm.com/solutions/technology/cam-software/nesting-software/
- Hypertherm 客戶案例 Olympic Steel（最低保證 70% 利用率；共邊切削使生產時間減少 12–40%）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.hypertherm.com/resources/more-resources/customer-stories/olympic-steel/
- Gardeyn, Vanden Berghe & Wauters (2025), An open-source heuristic to reboot 2D nesting research, arXiv:2509.13329（ESICUP 標準測試集密度 68.6%–92.2%） — https://arxiv.org/html/2509.13329v1
- Vectric Docs, Nest Parts（最小間距 = 刀具直徑 + Clearance；官方範例 0.05″ + 0.25″ = 0.3″）— 擷取日期 2026-09-03 — https://docs.vectric.com/docs/V10.0/Cut2DPro/ENU/Help/form/Nest%20Parts/
- SendCutSend, Nesting Guidelines（節點間距 ≥ 0.400″；共邊間隙 0.006–0.012″；拒收共邊檔案；CNC 銑削件材料移除量須低於 50%）— 擷取日期 2026-09-03 — https://sendcutsend.com/guidelines/nesting/
- Xometry, DXF Nesting Best Practices（雷射／水刀／電漿的間距、留邊與切口寬度）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.xometry.com/resources/sheet/dxf-nesting-best-practices/
- Airborne, Making the Composites Cutting Room Highly Efficient（複材製程浪費約 20–30%）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.airborne.com/making-the-composites-cutting-room-highly-efficient/
- Plataine, Nesting Yield vs Manufacturing Yield（套排良率與製造良率落差 5–10%；餘料利用實例）— 擷取日期 2026-09-03 — https://www.plataine.com/blog/nesting-yield-vs-manufacturing-yield/
- Vasantha et al. (2015), International Journal of Production Research 54(14):4104-4125（網路工人的人工排版持續高於商用基準約 4 個百分點） — https://strathprints.strath.ac.uk/54653/
- Zhu, Ming, Wang et al. (2021), Materials 14(18):5210（CFRP 導電率張量） — https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8467610/
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