如何估算注射成型的成本？

简而言之：塑料注射成型模具的成本介于 100 美元（小批量 3D 打印注射成型模具）到 10 万美元以上（大批量生产复杂的多型腔钢制模具）之间，该成本通常是注射成型中占比最高的固定启动成本。但这些成本可以分摊到数百或数千个部件中，因此，注射成型是在保证经济效益的情况下，大规模生产塑料部件的理想工艺。

本指南对注射成型总成本的不同构成因素进行了详细分析。

注射成型是塑料制造业采用的一种主要工艺，广泛用于大量生产具有严格公差的相同部件。该工艺兼具成本效益和极高的可重复性，可大量生产高质量部件，

这种快速、高强度的工艺利用高温、高压将熔融的材料注入模具内。而熔融材料取决于制造项目的范畴。最热门的材料是各种热塑性塑料，包括 ABS、PS、PE、PC、PP 和 TPU 等，此外金属和陶瓷也可用于注射成型。模具包含型腔，可容纳注入的熔融材料，型腔设计可严密地反映部件的最终特征。

通常，注射成型的主要成本驱动因素是模具制作成本。设计和制造模具的成本取决于所需的产量、部件设计的复杂性、模具材料以及模具的制造工艺。

简单的小批量 3D 打印模具成本可低至 100 美元，而对于大批量复杂模具生产，其设计和制造成本可能高达 10 万美元。尽管注射成型的固定启动成本相当大，但由于使用价格低廉的热塑性材料、生产周期短，并且可通过自动化技术和规模经济减少人工需求，该工艺的可变成本并不高。可变成本低意味着更高的工艺效率，并且如果产量较高，成本将分摊到数百或数千个部件中，单件成本会明显降低。

在本视频中，我们将与注射成型服务提供商 Multiplus 一同带您了解使用 3D 打印模具完成注射成型工艺的步骤。

要了解与注射成型相关的各类成本，需要对该工艺进行深入分析。

注射成型需要使用专用的机器，包括可在企业内部使用的小型桌面级注射成型机以及主要由服务提供商、合同制造商和大型制造商运营的大型工业注射成型机。

如果要小批量生产注射成型部件，小型桌面级注射成型机和 3D 打印模具是最具成本效益的选择。如果您不熟悉注射成型，想要先进行小范围的试验，可以考虑选择立式手动注射成型机，例如 Holipress 或 Galomb Model-B100。如果要中批量生产小尺寸部件，可以考虑选择小型自动注射成型设备，例如桌面级成型机 Micromolder 或液压成型机 Babyplast 10/12。

大型工业注射成型机的成本最低为 5 万美元，最高可超过 20 万美元。这些机器对设施要求更为严格，并且需要由训练有素的人员进行操作、维护和监控。因此，除非在注射成型方面具备核心竞争力，否则大多数企业会将大规模生产任务外包给服务提供商和合同制造商，在这种情况下，设备成本包含在服务成本中。

正如引言中所述，模具成本或模具制作成本往往是注射成型工艺的主要成本。

注射成型模具制作方法通常有以下三种：

• CNC 加工技术：CNC 加工机是制造高精度铝模具和不锈钢模具时最常用的工具。CNC 加工技术通过使用旋转刀具和固定部件去除多余材料。机加工可用于生产型腔设计高度复杂的模具，但可能需要多次更换刀具，导致加工速度减慢，这意味着成本会随着复杂性的增加而升高。CNC 加工机是一种复杂的工业工具，需要熟练的操作工人和专用的工作空间，因此很多公司选择将模具生产外包给服务提供商。

• 火花加工技术 (EDM)：在常规加工方法无法轻松再现高度复杂的模具设计时，通常可以使用 EDM 方法。EDM 使用工件和工具电极来制造所需的模具形状。工具电极和工件由工作液隔开，并通过在两极施加电压而反复放电。在放电过程中，工件会变为最终模具。EDM 方法的精度很高，通常不需要额外进行后处理。与 CNC 加工技术类似，很多公司也会选择将 EDM 流程外包给加工车间。

• 3D 打印：3D 打印是快速经济地制造注射模具的有力解决方案。该方案所需设备极少，同时还能节省 CNC 加工时间并减少熟练操作人员数量，让制造商将更多时间投入高价值任务。受益于内部 3D 打印的速度和灵活性，制造商能够创建可同时在桌面级和工业级注射成型机上使用的模具。此外，由于在投资硬模具批量生产之前能够进行设计迭代和最终使用材料测试，该方案也为产品开发带来颇多好处。立体光固化 (SLA) 3D 打印技术是注射成型的理想之选。其特点是打印出来的模具表面光滑且精度高，可转化成最终部件，而且便于脱模。采用立体光固化技术制作的 3D 打印件可实现完全致密且各向同性的化学粘结效果。桌面级 SLA 打印机（例如 Formlabs 生产的此类打印机）的起售价低于 5000 美元，且易于实施、操作和维护，可无缝集成到任何注射成型工作流程中。

开发更为复杂的模具需要具备专业知识。因此，企业通常会将注射成型工艺的某些步骤外包，例如模具的设计和制造。

对于拥有注射成型设备和工具的企业来说，如果同时了解相关技术知识，选择在内部制造模具可能是最经济的选择。如果难以获取注射成型所需的工具，选择外包可以降低与开发模具相关的成本。

在 (SLA) 树脂 3D 打印机上打印简单的小批量 3D 打印模具，成本可低至 100 美元。中批量生产铝模具（约 1000－5000 件）的成本在 2000 美元到 5000 美元之间。对于几何结构更复杂的模具，以及数量超过 10000 件的大批量生产，模具成本可能从 5000 美元到 100000 美元不等。

根据最终部件的要求，可以使用多种塑料进行注射成型，包括 ABS、PS、PE、PC、PP 或 TPU。

模具材料的采购成本因所选材料而异。热塑性塑料颗粒的价格约为 1－5 美元/千克。

材料成本取决于模型的设计、所选的材料和注射成型工艺所用的材料量。

注射成型的相关设备通常能够自行调节，依靠自动化技术完成工作。CNC 加工机、EDM 加工机和工业级 3D 打印机根据 CAD 设计的规格来生产模具。注射成型机还会依靠自动化技术将材料注入到模具中，而工业注射成型机通常会自动冷却并弹出成品部件。

人工成本包括：

• 设置/配置成本：设置人工成本集中在配置所用设备以生产模具和成品所用的时间。

• 维修成本：维修和维护任务包括更换故障部件以及使用工具执行维护过程。 

• 监控成本：尽管可以依靠自动化技术，设备操作员仍需要监控注射成型过程的进度。操作员在执行注射成型期间的薪资也是注射成型总成本的一部分。 

在内部生产时，这些成本将计入人工成本。当企业将注射成型流程外包时，服务提供商的人工和加价将计入服务成本。

下表突出显示了不同生产批量下的注射成型成本（假设生产的是某种塑料部件，如电子设备的小型外壳），以便更好地理解注射成型的成本变化情况：

^{*在本例中，设备成本未计入生产成本，因为这些工具的成本可以分摊到多个项目中。如果购买桌面级注射成型机和 SLA 3D 打印机，企业只需不到 1 万美元的成本即可开始使用注射成型。}

表中所示的三种方案为不同生产规模下实现最低单件成本的方法和模具类型。

一般来说，注射成型在大批量生产时效率最高，因为成本会分摊到数千个部件中。虽然小批量注射成型的单件成本略高，但与其他制造方法相比，小批量生产的成本仍然明显更为经济实惠。

机加工铝模具采用中批量生产时效率最高，其成本低于传统钢模具，但也足以使用数千次，具体取决于材料和设计等因素。在大多数情况下，只有使用 3D 打印模具时，小批量注射成型才有价值可言。在我们的示例中，如果使用铝模具生产 100 个部件，每个部件所占的成本为 30 美元，而传统钢模具的单件成本为 200 美元。

注射成型的模具制作成本非常高，并且与许多参数和设计的复杂度都息息相关。注射成型模具通常使用铝或工具钢作为原材料进行 CNC 加工技术制作而成，也可能通过 EDM 加工或 3D 打印使工件成型。加工或打印部件需要进行后处理，以达到所需标准。处理后的模具将具备部件所需的表面几何形状、引导注射材料流动的浇道系统以及确保模具快速冷却的冷却通道等特征。

值得注意的是，大多数注射成型工艺都需要专门的冷却流程。模具冷却速度越快，注射材料凝固速度越快，可以重复的生产周期就越多。因此，冷却通道起到重要的作用（尤其是对于大批量生产），应该包含在模具设计中。对于使用 3D 打印模具的小批量生产，可以选择使用压缩空气进行手动冷却。

影响注射成型工艺并与注射模具成本直接相关的其他变量包括：

• 部件尺寸：要进行注射成型的部件越大，用于容纳部件的模具也需要越大。较大的部件往往需要更多的注射材料来完成生产周期。与相同设计但尺寸较小的模具相比，较大的模具通常制造成本更高。

• 部件设计：如果采用具有复杂几何结构的部件设计，则需要使用复杂的模具来执行项目。模具设计通常涉及两个面：A 面和 B 面。A 面也称为外表面，通常是用户看到的一面。A 面应光滑美观。B 面包含支持部件用途的隐藏结构。B 面结构可能包括加强筋和支柱等，其表面通常比 A 面粗糙得多。具有复杂 AB 面设计的模具通常比简单的模具制造成本更高。具有凹槽的复杂设计还可能需要滑动侧抽芯和型芯，导致模具成本增加。

• 产量：制造模具时所用的生产技术和材料质量取决于注射成型部件的数量。小批量项目可能只需要使用 3D 打印或简单机加工而成的铝模具，而大批量生产需要高级的钢模具，甚至可能需要使用多个模具来确保流程顺利进行，避免因为模具磨损而影响生产项目的质量。这会导致模具成本增加，但大批量模具多出的成本会分摊到更多的部件中，单件成本通常会更低。

• 部件体积和型腔大小：部件体积指的是模具型腔的大小。模具所需的型腔越多或型腔体积越大，压力时间越长。压力时间的增加会减慢生产过程，最终导致成本增加。 

可以使用在线注射成型成本估计器或注射成型服务提供商给出的报价作为基准，估算特定部件的注射成型成本。

注射成型成本估计器提供以下计算辅助选项：

• CustomPart

• ICOMold

• 3D Hubs

• Protolabs

成型成本比较表也具有类似的作用。注射成型服务提供商会使用成本比较表为潜在客户粗略估算工艺成本。 

模具的成本在很大程度上取决于模具复杂性和生产时间。建议遵循可制造性设计原则来降低注射成型部件的成本。

通过应用以下设计准则，可以降低模具的生产成本：

• 在开展注射成型项目之前先对 CAD 模型进行评估，确定项目可行性。消除潜在的工艺难点，如大倾角、倒凹和其他复杂的几何结构。

• 评估模型的设计，除去不必要的特征。这样能够缩小模具的尺寸并减少制作模型的材料用量。 

• 使用型芯－型腔法简化模具 B 面的设计。型芯－型腔法的工作原理是将型腔壁沉入模胚中，从而减少模具中锐利的拔模角并提高表面光洁度。

• 如果通用模具能够实现类似的效果，则可以使用自匹配部件，这样可以避免创建多个模具。 

由于模具制作成本较高，注射成型常被视为一种仅适用于大规模生产的制造工艺。但是，借助 3D 打印的注射成型模具，您可以使用此工艺重复生产高质量的部件，实现经济高效的原型制造和小批量生产。

立式和工业级 3D 打印机所打印的注射模具能够经济高效地生产数百到数千个功能性原型和部件，从而加快产品开发、降低成本、缩短周转时间并提高上市产品质量。