小批量注射成型指南

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，以实现经济高效的原型制造和小批量生产。

在本篇综合指南中，您将了解到如何使用通过立式和工业级 3D 打印机打印的注射模具经济高效地生产数百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。

注射成型是塑料制造业所采用的一种主要工艺。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，因此广泛用于大量生产具有严格公差的相同部件。

注射成型是一种快速、高强度的工艺，可利用高温、高压将熔融材料注入模具内。而熔融材料的选择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、聚丙烯和聚氨酯等，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。 

模具通常采用 CNC 加工技术或火花加工技术 (EDM) 以金属制成。这些高成本工业方法需要专用设备、高端软件和训练有素的人员。生产金属模具通常需要四到八周时间，成本则从 2000 美元到 100000 美元以上不等，具体取决于部件的形状和复杂程度。对于小批量部件而言，采用普通制模金属和制造方法制造模具所需要的成本、时间、专业设备及技术人员通常会极大地限制这种规模的注塑成型。不过，除使用金属模具外还存在一些其他的替代方法。与金属模具相比，利用内部 3D 打印制造注射成型模具，并用于原型制作和小批量生产可显著降低成本、缩短时间，同时仍能生产出可重复使用的高质量部件。

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。

桌面级 3D 打印是快速经济地制造注射成型模具的强大解决方案。该方案所需设备极少，同时还能节省 CNC 加工时间并减少技术操作人员数量，让制造商将更多时间投入高价值任务。利用快速、灵活的内部 3D 打印来制造模具，结合注射成型的生产能力，数天内即可交付由常规热塑性材料制成的系列部件，使制造商受益匪浅。开发团队甚至能实现传统制造难以企及的复杂模具形状，并且在桌面级和工业级注射成型机上均可使用，因此更具创新性。此外，由于在投资硬模具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。 

尽管适当使用 3D 打印模具有上述好处，但仍有一些局限需要注意，我们不能奢望 3D 打印聚合物模具与金属加工模具有相同的性能。关键尺寸相对难以满足，冷却时间也因塑料材料导热慢而更长，而且打印模具在受热受压后更容易断裂。但在整个工业领域，诸多公司仍在他们的小批量注射成型工作流程中继续使用 3D 打印模具，从而快速生产成百上千个部件。无论是使用成品材料设计功能性原型、在试生产期间制作部件还是制造小批量或定制成品部件，3D 打印注射成型模具都是一种快速且颇具成本效益的方法，可助您快速生产小批量部件。

对于模具制作而言，立体光刻 (SLA) 3D 打印技术是很好的选择。该技术的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。采用立体光刻技术制作的 3D 打印件可实现完全致密且各向同性的化学粘结效果，制成的功能性模具的质量让熔融沉积成型 (FDM) 3D 打印工艺望尘莫及。桌面级 SLA 打印机（例如 Formlabs 生产的此类打印机）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。

作为中等批量（约 500 到 10000 个部件）生产的替代方案，以铝为材料进行模具加工还可以降低与制造模具相关的固定成本。铝的加工速度要比钢快五到十倍，且不易造成工具磨损，这意味着产品的周转时间更短且成本更低。此外，铝的导热速度也快于钢，因而降低了对冷却通道的需求，并使得制造商能够在简化模具设计的同时，保持较短的循环时间。

综上所述，下表概述了不同的注射成型方法和模具类型，以及根据不同产量，可以实现的最高效工艺以及最低单件成本：

注射压机的类型对小批量注射成型工艺无明显影响；传统大型工业级注射成型机也可使用 3D 打印注射成型模具。但是这些机器价格高昂，同时设施要求严格，需要技能娴熟的操作人员，因此大多数企业会将大中批量生产外包给服务提供商和合同制造商。

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。如果要以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。

想要了解构成注射成型总成本的不同因素？请阅读我们的综合指南。

小批量注射成型工作流程包含以下七个步骤：

小批量注射成型的三个主要应用分别是快速模具制作、短期注射成型，以及按需或定制注射成型。 

快速原型制造有助于公司将各种创意转化为实际的概念验证模型，推动公司将这些概念转变为外观和功能与最终产品一致的高保真原型，并引导公司完成一系列产品验证，最终实现大批量生产。

一般而言，3D 打印是快速生产原型最常用的方式。但是，在开发流程后期，如果使用与生产最终部件相同的材料和生产工艺，则需要生产稍多数量的原型。这些原型可用于测试版或现场测试等应用。制造商通过将 3D 打印模具与注射成型相结合，可以快速高效的开发功能性原型，并加速产品开发流程。 

例如，法国初创企业 Holipress 开发了一款手动注射成型机，便于工程师和产品设计师在其桌面上加工小批量塑料部件，以进行原型制造、试生产甚至制造限量的系列成品部件。

该公司为客户提供了利用 3D 打印模具实现经济、快速周转的可行性研究，使客户能够快速、经济地进行原型设计，并在推出新产品的试生产阶段验证最终制造条件。 

利用同样的制造方法（包括模具设计和材料），可以在现场对这些部件进行测试，并确保设计可用于进行规模化生产。在大量生产期间，可以轻松修改 3D 打印模具的设计以适应工具级钢材。

Holimaker 使用 3D 打印模具成功地将注射成型模具的生产周期缩短至 24 小时，如今他们在 80%－90% 的项目中使用了 3D 打印注射模具。

短期注射成型为制造商提供了一种方式，可用于为限量版产品生产小批量成品部件，或制造试验性产品，用于在客户投入过多资金前测试市场反应。 

使用小批量注射成型，可以制造精确且可重复的成品部件，且无需花费与传统注射成型相关的高昂固定成本。 

Multiplus 是一家总部位于深圳的注射成型解决方案提供商，其业务范围涵盖塑料产品从设计到制造的整个生产周期，每年可为超过 250 家客户提供服务，其中不乏一些世界 500 强企业。有的客户会有小批量生产需求，但如果采用传统的注射成型工艺，则通常会因硬模具的制造复杂而产生巨大的资金和时间成本。

随着小批量生产需求不断涌现，Multiplus 将目光转向了 3D 打印，力求通过对不同的材料进行探索来找到一种具有成本效益的方法，从而以更低的成本生产可满足小批量订单和试生产需求的塑料模具。与加工铝模具相比，利用 Formlabs 3D 打印机制造小批量注射成型模具可以节省成本、劳动力和时间，并能与公司现有的 Babyplast 工业级注射成型机完美配合。

定制或快速按需注射成型可以满足为特定目的（如人为因素、应用或场合）制造定制成品部件的需求，且通常能够缩短生产时间。数量受限且/或周转时间较短意味着使用硬模具的传统注射成型工艺效率较低，且不具备可行性。在这样的情况下，使用 3D 打印模具进行小批量注射成型成为了加快制造速度和交付定制部件的理想解决方案。

Braskem 是世界领先的石油化工公司之一，该公司的案例凸显了使用 3D 打印模具制作快速按需完成订单的巨大潜力。在新冠肺炎疫情首次汹涌来袭时，为了保障旗下全球员工的安全，该公司需要生产数千条口罩带。Braskem 认为注射成型是生产部件的理想方法，但如果没有 3D 打印技术，他们不得不将昂贵的金属模具制作外包出去，这将耗费团队的资金和宝贵的时间。

后来 Braskem 的团队转为使用 Formlabs Form 3 3D 打印机来打印口罩带模具，并使用全电动 Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot 注射成型机生产口罩带。 

凭借 3D 打印技术，该团队在收到副总裁的电子邮件后，于一周之内生产了数千条口罩带，并准备将其运往公司在世界各地的办事处。 

将 3D 打印技术与小批量注射成型整合到开发流程中，以加快产品开发速度、降低成本、缩短周转时间，并提高上市产品质量。