3D打印何時能勝過注塑成型？

魔猴君  知識堂   157天前

對于許多部件而言，3D打印比注塑成型更快、更便宜、更好，但它并不總是最好的選擇。每種方法都有其優(yōu)點和缺點，而選擇它們往往取決于產(chǎn)量。

3D打印一個部件既快速又簡單，但小批量注塑成型成本過高。3D打印不需要模具或工具，您甚至不需要了解任何有關(guān)3D打印的知識就可以從3D打印服務(wù)中獲得3D打印原型。

要確定你的零件或產(chǎn)品是3D打印更好（左）還是注塑成型更好（右）并不總是一件容易的事（來源：Jawstech/Lego）

另一方面，對于數(shù)十萬或數(shù)百萬個零件而言，注塑成型是一種更有效的工藝，但在大批量生產(chǎn)中，注塑成型更具經(jīng)濟意義的確切點取決于多種變量，例如材料、零件復雜性和后處理。

但是除了數(shù)量之外，還有哪些其他原因讓您選擇3D打印來生產(chǎn)您的零件或產(chǎn)品呢？

讓我們看一下3D打印表現(xiàn)優(yōu)于注塑成型的情形，以及為什么，然后讓我們通過查看注塑成型的優(yōu)勢來給予其應(yīng)有的評價。

原型設(shè)計和迭代

歐萊雅原型實驗室的Ultimaker 3D打印機幫助公司更快地響應(yīng)產(chǎn)品趨勢（來源：歐萊雅）

幾十年來，3D打印一直是原型制作的首選技術(shù)。它在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段表現(xiàn)出色，并能快速進行設(shè)計迭代。根據(jù)材料的不同，一副撲克牌大小的零件可以在不到一小時的時間內(nèi)打印出來，這讓工業(yè)設(shè)計師有機會更有效地測試和改進他們的想法。

然而，注塑公司建議使用快速模具來制作原型，以便使用與最終產(chǎn)品相同的材料測試零件。不過，最近，公司正轉(zhuǎn)向3D打印。隨著更多材料的進步，使用與最終產(chǎn)品相同的材料3D打印原型并不困難。這種材料可以是不銹鋼等金屬，也可以是碳纖維尼龍等聚合物，甚至是技術(shù)陶瓷。這些功能更強大的原型使公司能夠在真實情況和模擬中測試他們的設(shè)計。

一旦一家公司使用工業(yè)3D打印機以工程級材料打印出原型，許多公司就會意識到其質(zhì)量與注塑成型相當，并選擇根據(jù)產(chǎn)量使用3D打印進行批量生產(chǎn)。

3D打印原型的最新應(yīng)用是制作注塑模具原型。許多工業(yè)級塑料可以承受注塑機或吹塑機的幾輪（有時是數(shù)百輪），這足以在將模具設(shè)計送去金屬加工之前對其進行現(xiàn)場測試。

復雜幾何形狀

3D打印可以生產(chǎn)這些可能需要組裝多個注塑件的單個部件（來源：Formlabs）

您可能聽說過3D打印可以實現(xiàn)機械加工或注塑成型所無法實現(xiàn)的復雜幾何形狀，但這究竟意味著什么呢？

3D打印可以制造具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)填充的部件，以減輕重量，并帶有相互纏繞的彎曲管，以及打印在其他部件內(nèi)部的部件。這些幾何形狀可能可以通過幾個步驟進行加工或模制成多個部件進行組裝，但3D打印只需一次即可完成，從而節(jié)省時間和人力。

3D打印熱交換器是通過一個流程和一個部件生產(chǎn)復雜幾何形狀的一個很好的例子。

通過3D打印，您還可以創(chuàng)建每個部件獨有的表面細節(jié)、標簽或數(shù)字，無需額外的步驟。

設(shè)計注塑部件意味著您需要考慮從模具中取出部件的過程。機械脫模過程可能會使脆弱或薄壁區(qū)域變得危險。您可能需要重新考慮您的設(shè)計以適應(yīng)制造方法的限制。使用3D打印，限制要少得多，但也有一些新的和獨特的限制。

3D打印的主要挑戰(zhàn)是移除支撐結(jié)構(gòu)（如果首先需要的話）并確保粉末（如果使用基于粉末的技術(shù)）可以從內(nèi)部腔體中徹底清除。不要低估移除支撐結(jié)構(gòu)所需的勞動力。即使使用可溶性材料作為支撐，也需要額外的步驟。

大規(guī)模定制

特別是在醫(yī)療保健應(yīng)用中，例如這種3D打印支架，根據(jù)患者特定解剖結(jié)構(gòu)進行定制制造的能力既具有功能優(yōu)勢，又具有營銷優(yōu)勢（來源：JawsTech）

當你需要生產(chǎn)數(shù)以萬計完全相同的部件時，注塑成型通常更勝一籌。但當個別產(chǎn)品需要定制或個性化時，3D打印顯然是最佳選擇。

例如，一批20個獎杯底座中的每一件都可以個性化刻上獲獎?wù)叩拿郑瑹o需額外付費。相比之下，注塑成型需要在每個單元上添加定制雕刻板，這會增加時間和勞動力。

生產(chǎn)用戶個性化部件的能力，例如按訂單3D打印的鞋子，或者更常見的3D打印醫(yī)療設(shè)備，例如支架或手術(shù)器械，正在催生一個新興行業(yè)，其中包括Restor3D和ActivArmor等公司。

縮短交貨時間

丹麥3D打印眼鏡框制造商Monoqool選擇3D打印，因為它能夠更經(jīng)濟地生產(chǎn)客戶定制產(chǎn)品，并快速響應(yīng)眼鏡的風格趨勢（來源：Monoqool）

普遍認為，由于3D打印完全繞過了模具制作過程，因此最終部件的交付速度更快。在大多數(shù)情況下，設(shè)計完成后即可生產(chǎn)部件。

但圍繞交貨時間的更大爭論與創(chuàng)新、競爭力和市場份額有關(guān)。

模具的高價往往會扼殺創(chuàng)新。尚未達到最佳狀態(tài)的產(chǎn)品可能無論如何都需要投入生產(chǎn)，因為新一輪模具的成本太高?；蛘咧圃焐炭赡芟Ｍ匦略O(shè)計其產(chǎn)品以利用市場變化，但模具成本過高。

另一方面，使用3D打印產(chǎn)品的公司可以使每批產(chǎn)品的質(zhì)量略有提高。公司可以變得更加靈活，根據(jù)客戶需求進行調(diào)整，并向市場推出更廣泛的產(chǎn)品。

例如，上圖所示的Monoqool眼鏡是根據(jù)訂單通過3D打印而成的，設(shè)計師可以快速響應(yīng)時尚變化，而無需管理庫存過剩。

環(huán)境可持續(xù)性

用塑料廢物進行3D打?。▉碓矗篜rintYourCity）

如果您生產(chǎn)的是塑料產(chǎn)品，那么仍需要考慮許多環(huán)境因素并采取許多重要的可持續(xù)發(fā)展措施。

在可持續(xù)性方面，注塑成型與3D打印的比較結(jié)果相當均等，但有一點可能有利于后者。

3D打印使公司能夠快速按需打印，消除或減少積壓或永遠不會使用的部件。注塑成型通常有最低限度，超過這個限度后就會變得經(jīng)濟實惠，但這些多余的部件可能會被存放在倉庫中，直到被處理掉。

其次，盡管兩種技術(shù)都可以使用再生塑料，但當零件數(shù)量較少時，選擇可持續(xù)材料的成本障礙較少。

兩種方法都會在過程中產(chǎn)生廢物。3D打印會產(chǎn)生廢物，即打印后必須移除的支撐結(jié)構(gòu)（如果使用FDM技術(shù)）。粉末床熔融3D打印技術(shù)的廢物較少。

注塑成型也會產(chǎn)生廢料，例如從模腔中流出的熔融塑料，或模具本身的澆口、流道和澆口中的塑料。但是，您可以輕松地重新研磨、熔化和重復使用這種廢料。3D打印線材產(chǎn)生的廢料通常不會被重復使用，但粉末床熔合產(chǎn)生的剩余粉末可以重復使用。

注塑和3D打印中再生塑料的總體使用量相對較低，但隨著材料技術(shù)的進步，再生材料的質(zhì)量和可用性提高，預(yù)計這一數(shù)字將會增長。

內(nèi)部制造

由于設(shè)計復雜且產(chǎn)量小，自行車零件制造商Silca選擇3D打印這些空心鈦變速器吊架，而不是注塑成型（來源：Silca）

與注塑機相比，許多3D打印機價格實惠且易于使用，使任何公司都能控制生產(chǎn)方式并在內(nèi)部進行小批量生產(chǎn)。這消除了您對服務(wù)（可能是海外服務(wù)）的依賴，并使您能夠更好地控制質(zhì)量，消除交貨時間和供應(yīng)鏈中斷的問題。

支持注塑成型的論據(jù)

Skybridge Technologies的注塑部件。

當然，我們喜歡所有3D打印產(chǎn)品，但我們并不反對注塑成型。在許多情況下，注塑成型是理想的選擇。然而，在本文的研究過程中，我們在比較這兩種制造方法時遇到了很多錯誤信息和半真半假的說法，原因很簡單：我們不是在比較兩種制造方法；我們在比較幾十種制造方法。

注塑成型包括10多種制造工藝，從熱固性注塑成型到氣體輔助注塑成型，均用于生產(chǎn)各種部件。同樣，3D打印有七種主要類型，還有更多子類別。在每種情況下將工業(yè)注塑成型與桌面FDM 3D打印進行比較并不準確。

我們認為，無論注塑成型或3D打印類型如何，上述7點仍然適用。但是，其他說法則取決于您將哪種注塑成型與哪種3D打印進行比較。

哪一個更強？

當有消息稱注塑件比3D打印件更堅固時，這可能取決于技術(shù)和材料，但不能一概而論。每種類型的3D打印都涉及層，一層粘合到下一層，而注塑件是均勻的。層可能會帶來弱點，但通過適當?shù)脑O(shè)計和正確的技術(shù)，您的3D打印件可以與注塑件一樣堅固。對于重載部件，應(yīng)采取額外的預(yù)防措施，但我們敢說，對于大多數(shù)沒有顯著壓力或負載的應(yīng)用，3D打印將與注塑件一樣堅固。

Desktop Health使用Flexera材料3D打印的這些假牙展示了3D打印部件上可用的表面光潔度類型（來源：Desktop Metal）

哪種表面光滑度更好？

注塑成型在表面光潔度方面更勝一籌。

打印后整理可能涉及的額外步驟可能會增加您的成本、時間和勞動力。

顆粒狀塑料可用于注塑和3D打?。▉碓矗篢eflon）

哪一個提供更多材料選擇？

3D打印和注塑不僅有許多共同的材料，包括ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）、PP（聚丙烯）、PC（聚碳酸酯）和PA（尼龍），一些制造商還在注塑機和顆粒進料擠出3D打印機中使用完全相同的顆粒聚合物材料。這樣，客戶就可以使用相同的材料快速獲得要注塑成型的部件原型。

然而，您可能會聽說某些材料更適合某種方法。確實，更適合注塑成型的聚合物通常具有高流速、快速冷卻和壓力下的尺寸穩(wěn)定性，而用于3D打印的聚合物通常經(jīng)過配制以促進層粘合、控制冷卻和擠出精度。

雖然材料成本可能是在注塑成型和3D打印之間做出選擇的決定性因素，但材料選擇通常不是。

注塑顆粒原料是一種全球廣泛使用的商品，比3D打印細絲或3D打印塑料粉末便宜得多。如果將3D打印1,000個ABS支架與注塑相同的1,000個ABS支架進行比較，僅從材料成本上比較，注塑勝出很多。然而，總成本必須考慮模具制造，以及可能從哪里運送零件，而不是從更本地的3D打印設(shè)施或內(nèi)部制造。

注塑成型因不使用生物基材料而受到批評，但事實上它確實可以使用生物基材料。實際上，石油基材料在注塑成型中的應(yīng)用更為廣泛，但也有多種生物塑料可供選擇。

編譯整理：ALL3DP