1000 个部件生产竞赛：3D 打印与注射成型

Form 4 树脂混合器锁销是 Form 4 混合器的组件，该配件可安装到 Formlabs Form 4 系列打印机的树脂槽中，用于在打印过程中保持树脂在树脂槽中的均匀性，从而提高材料性能。在这次测试中，我们对两个生产操作进行计时，比较生产 1000 个最终用途部件的时间：实际合同制造商使用注射成型，以及两台 Form 4L 大幅面树脂 3D 打印机。

混合器锁销将树脂混合器固定在 Form 4 上。

在注射成型方面，我们与一家位于台湾的合同制造商合作，该制造商为多代 Formlabs 3D 打印机制造组件，包括树脂槽、树脂盒和混合器。本次测试使用的双腔模具是用于批量生产 Form 4 树脂混合器锁销的真实模具。

在与 3D 打印的对比中，我们使用了两台大幅面 Form 4L 3D 打印机，它们专为高产量生产而设计，成型速度快，构建面积大。相关设置还包括一台 Form Wash L 和一台 Form Cure L 用于后处理。在材料方面，我们选择了 Black Resin，这是一种坚硬结实的通用树脂材料，可以制作出用于展示的哑光部件。

在实际注射成型环境中，每个周期需要 50 秒，一次生产两个部件。可以通过增加模具型腔来提高速度，从而增加每周期的制造部件数量，也可以通过改变工艺来缩短周期时间，但这是我们和合同制造商共同决定的最契合生产需要的工艺。正如下文所述，如果部件产量超过 13000 件，注射成型将成为更经济的生产方法。

使用 Form 4L，每次打印任务可以打印 78 个部件，这意味着生产 1000 个部件需要打印 13 次。Form 4 系列打印机使用的专有 Low Force Display™ 打印技术实现了快速打印，并调整了 PreForm 的打印设置编辑器，以进一步提高速度。自定义打印设置的层高为 150μm，减少了完成打印所需的层数，并提高了辐照度和曝光度，缩短了每层所需的打印时间。在此了解如何使用打印设置编辑器。

注射成型和 3D 打印部件均需要进行一些后处理过程。注射部件需要移除浇口和流道。树脂 3D 打印部件必须进行清洗和固化，并移除内部支撑。在这两种情况下，后处理都可以由操作人员在生产过程中完成，这意味着后处理只增加了最后一周期部件的生产时间。

虽然逐项比较只关注生产时间，但生产时间表从制造用于注射成型的模具开始。制作此类尺寸和复杂程度的模具通常需要数周时间，只有支付 2－3 倍的溢价才能加快速度。从最终确定的部件设计到部件后处理，一般需要 4－6 周时间，其中包括可制造性设计、模具切割、生产和加工。

由于不需要模具制作成本，3D 打印作为一种生产少量部件的廉价方式已得到广泛认可。这种良好的声誉也适用于此：以 1000 个部件计算，3D 打印的成本比注射成型低 85%。我们对数字进行了分析，发现两种方法的盈亏平衡点是 13050 个部件。

由于对模具制作的前期资金投入巨大，每个部件的注射成本随产量的变化而显著不同。用于成型混合器锁销的注射模具成本 3600 美元。此外，合同制造商对每个部件收取 32 美分的材料费、人工费和管理费。

另一方面，3D 打印无需制作模具，因此单件成本（由硬件、耗材和人工组成）随产量变化较小。

为了进行比较，我们将整个装置成本摊销为 3 年，包括购买打印机的资本投资和运营成本，包括空间、电力、维修和清洗部件的溶剂。在高产量情况下，硬件成本对单件成本的影响几乎可以忽略不计。

提及材料成本时，Form 4 树脂混合器锁销使用的是 6mL Formlabs Black Resin，如果购买 5 升装容器，现在的价格是每升 65 美元，这意味着每个部件的材料成本是 40 美分。作为一家垂直整合的制造商，Formlabs 提供了可观的数量折扣，树脂低至每升 35 美元，因此对于大批量生产来说，单件成本最多可降低 50%。请联系销售，了解有关批量树脂定价的更多信息，并为您的特定应用自定义单件成本明细。

对于 Form 4，最大的成本因素是劳动力。与 Form 4L 相比，Form 4 的构建区域更小，每个打印任务可打印的部件数量只有 Form 4L 的一半，这意味着要达到目标部件数量，需要两倍以上的打印任务量。因此，在使用 Form 4 时，操作人员准备打印和后处理打印部件的时间将是 Form 4L 的两倍多，每小时的人工成本也相应较高。我们在模型中假设每小时的人工成本为 30 美元；在单件成本计算器中可以调整该值。

计算单件成本的方法有很多种，这只是其中一种。例如，我们在计算中省略了运费和关税，因为相关费用因地而异。如果是注射成型，这可能需要额外支付 500－1000 美元，而内部 3D 打印则不会产生运费。

观看 2024 年 4 月视频的观众曾质疑 3D 打印部件是否经得起频繁使用。一直以来，SLA 树脂都非常脆，不适合用于最终用途部件，但 Formlabs 新一代通用树脂的强度和硬度与 PET 不相上下。由于 Black Resin 的强度和硬度符合部件的使用要求，因此选择该材料进行这项测试。此外，光滑的哑光黑色表面也符合该部件的审美偏好。

锁销设计要求在坚硬和可塑性之间取得平衡：必须足够坚硬才能发挥杠杆作用，同时又要具有足够的可塑性才能卡入和卡出到位。Black Resin 的机械性能可满足该部件正常使用的物理要求。如需查看该材料的其他性能，下载 Black Resin 的技术数据表。

我们制作了循环测试仪，对部件进行了数百次的锁定和解锁。测试结束时，3D 打印部件仍在正常工作。