DIY 注射成型：如何使用 3D 打印模具在内部成型塑料部件

注射成型作为一种制造工艺无处不在－事实上，当今世界上大多数塑料产品都是通过注射成型制造的。虽然它是满足大规模生产需求的理想技术，但传统的 CNC 加工金属模具对于小批量生产来说成本高昂且周转时间长。

对于原型制造和小批量生产（大约 10－1000 个部件），3D 打印注射模具提供了一种节省时间同时兼具成本效益的解决方案。此外，还支持更灵活的制造方法，工程师和设计师得以测试模具设计，轻松进行修改，然后以更快的速度继续迭代设计，同时比传统的 CNC 加工便宜几个数量级。

使用立体光固化 (SLA) 3D 打印机（如 Form 3+）创建定制模具既简单又方便，让您可以利用 3D 打印和传统成型技术的优势。

在本指南中，我们将引导您完成 DIY 注射成型的过程，并分享使用 3D 打印模具在内部进行塑料注射成型所需的所有工具和技巧。

如需详细指南、设计建议和真实案例研究，请下载我们的白皮书。

为 DIY 塑料成型建造一个装置确实需要一些投资。购买正确的设备并掌握使用它需要金钱和时间。然而，在许多情况下，这些成本仍低于单个金属模具的成本，因此一旦启动并运行，最终节省的时间和成本将轻松抵消最初的努力。

以下为入门的准备内容：

• 高性能桌面级 SLA 3D 树脂打印机，如 Formlabs 的 Form 3+。Form 3+ 可以生产具有清晰特征和光滑表面光洁度的精确模具，从而生产出高质量的最终成型部件。除了 DIY 塑料成型外，SLA 3D 打印机也是整个产品开发过程中原型制造和其他应用的宝贵资产。

• 一种可以承受注射成型过程中模具温度和压力的 3D 打印材料。推荐将以下材料用于 Formlabs SLA 3D 打印机：

  • Rigid 10K Resin 是一种工业级、高度玻璃填充的材料，它提供了一种可以应对更广泛的几何形状和注射工艺的解决方案。该材料在 0.45MPa 下的热变形温度为 218°C，拉伸模量为 10000MPa，质地坚固、极硬且热稳定。

  • High Temp Resin 在 0.45MPa 下的热变形温度为 238°C，适用于注射成型。这种材料较脆，但建议使用具有高成型温度并冷却时间较短的材料。

  • Grey Pro Resin 的导热系数比 High Temp Resin 或 Rigid Resin 低，因此冷却时间更长，但更柔软，可经历数百次循环磨损。

• 立式注射机，如 Galomb Model-B100 或 Holipress。市场上有许多成本不同的立式注射机。许多低成本成型机使用手动柱塞，而一些更昂贵的装置使用螺杆或气动系统。我们的一些客户推荐了 Minijector、Morgan、APSX 或 Micromolder 等公司提供的系统。而 Babyplast 生产的桌面级自动成型机则是大量生产小型部件的完美替代。 

• 塑料颗粒选择

• 根据喜好选择设计模具插件的 CAD 软件工具，例如 Blender，您可以免费下载。

购买前，请务必根据您的生产要求仔细评估注射机。对于大型部件，仍然需要工业流程。这种 DIY 注射成型技术最适合小批量生产小部件。

Formlabs 3D 打印模具和封装组件，使用这种 DIY 注射成型工艺制成。

DIY 注射成型分步指南

1. 在 CAD 中设计模具

首先，根据喜好选择 CAD 软件工具来设计模具嵌件。我们将使用开源 Blender，但在任何其他 CAD 软件中的工作流程都应该非常相似。

下载毛坯模具嵌件设计文件－将其用于创建您的注射模具设计。这些设计还可以轻松缩放以适应大多数注射机和模具框架。或者，您也可以使用主模具框架的型腔图设计自己的模具插件。

将模芯的两个半模和您想要制作的 3D 设计导入您的 CAD 工具。

在 Blender 中，使用场景资源管理器中的眼睛图标来关闭模具的一半。根据您的喜好设置工作区后，将模具的两半设置为 Object（对象）菜单下的“wire（线）”绘制类型，如下图所示。

现在，可以定位模具。在注射过程中，确保物体与熔融塑料的入口完全相交。使用正交模式，通过“toggle perspective/ortho（切换透视/正交）”来简化操作。

关闭当前模具型芯的可见性，然后打开另一侧。重复此过程，确保物体与另一半模芯的入口完全相交。排列好对象后，可以使用 Blender 中的“boolean difference（布尔差分）” 功能减去两个相交对象的面积了。

选择对象的前半部分，然后选择 Modifier（修改器）菜单下的 boolean （布尔）选项。选择您正在切割的对象，并确保选择了 “difference（差分）” 操作。应用运算符，对另一侧执行相同操作。它应该类似于下图。如果您卡在此处，本教程关于将互锁组件添加到设计中的内容可能会有所帮助。

现在即可打印模具。导出每一半，确保选中 Blender 导出器中的“Selection Only（仅选择内容）”框。

2. 3D 打印模具

要 3D 打印模具，必须选择能够在注射成型过程中承受模具温度和压力的材料。 

基于内部测试结果以及客户的案例研究，我们建议根据下表中的条件选择 3D 打印树脂。在相应条件下，三星表示树脂性能最好，一星则表示性能最差。

在用于 Formlabs 专业级 3D 打印机的打印准备软件 PreForm 中设置打印只需几秒钟。如果您的模具设计需要用于打印的支撑结构，请确保在 PreForm 中定位半模，使型腔朝上。这将简化后处理并确保成型部件的高质量表面。

根据几何形状和尺寸，可以在构建平台上一次打印多个模具，以提高打印效率。

3. 注射塑料件

现在您已经设计并 3D 打印了模具，随后可以在立式塑料注射机上注射部件。 

有多种用于注射成型的材料可供选择。Formlabs 和我们的客户使用 3D 打印注射模具测试了以下材料：

• LDPE
• PP
• PA
• PE
• TPE
• TPU
• PLA
• ABS
• ASA
• HDPE
• EVA
• PS
• POM

在做出选择之前，请考虑对象的所需属性和注射机的能力。从此，只需按照注射机上的定制说明快速高效地生产您的部件。

根据注射材料，部件与模具的粘附可能会导致模具在提取过程中变质，特别是对于 TPU 或 TPE 等柔性材料。使用脱模剂是帮助将部件从模具中分离出来的一个很好的解决方案。有机硅脱模剂与 Formlabs Grey Pro Resin、High Temp Resin 和 Rigid 10K Resin 兼容。 

如果您对工作流程有疑问，请查看我们的文章常见问题解答：使用 3D 打印模具进行注射成型。

针对尝试 DIY 注射成型的设计师的提示

设计模具时，请同时考虑打印和生产成型的可行性。 

DIY 注射成型的确切方法将根据您所需的设计和体积而有所不同，但这些提示和技巧将有助于提高您的成功率。

• 要降低成品部件上打印线的可见性，请使用较小的层高（每层 50 或 25 微米，而不是默认的 100）打印模具。请注意，这会增加打印时间。

• 在垂直于拉力方向的表面上添加两至五度的拔模可简化部件移除，并最大限度地减少模具的退化。

• 可以用细砂纸打磨分型面以减少飞边。

• 考虑使用水浴加速部件冷却并减少翘曲。

• 压花和雕刻的细节应偏移表面至少 1mm。

• 若设计铝框，在模板背面额外增加 0.125mm 厚度，以产生压缩力并确保完全密封。

有关完整工艺流程以及其他最佳方法，请下载我们的白皮书。 

用 3D 打印打破常规

围绕 3D 打印和注射成型的讨论经常是对立的，但二者并非始终是对立关系。无论是通过直接进行部件 3D 打印的方式还是使用 3D 打印模具进行注射成型的方式来实现原型制作和小批量生产，都会给公司带来好处。这会让制造流程更节省时间和成本，并能加快产品面市速度。

想了解更多关于使用 3D 打印模具进行注射成型的信息吗？下载我们的白皮书，了解在注射成型过程中使用 3D 打印模具的详细指南，并查看 Braskem、Holimaker 和 Novus 应用程序的真实案例研究。

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