3D 打印会取代注塑成型吗？不，这就是为什么！

如果您在过去十年中至少阅读过一次新闻，您可能会意识到所谓的 3D 打印革命。尽管增材制造自 1980 年代以来就已在该行业中使用，但直到最近才被业余爱好者广泛使用。

RepRap 项目的创建，加上多项专利的到期，使得爱好级 3D 打印机的成本加速下降。

现在几乎每个人都可以使用 3d 打印机，很多人都想知道这项技术的局限性，尤其是如果它最终会取代注塑成型等传统生产方法。

虽然 3D 打印在工业领域肯定占有一席之地，但它不会取代传统的注塑成型生产，至少在接下来的几年内是这样。两种技术都有其优点和缺点，并且在特定领域可以胜过其他技术。虽然 3D 打印非常适合小批量生产和原型制作，但对于大批量生产来说，注塑成型仍然是最具成本效益的。

由于注塑成型的材料成本较低且功率效率高，因此在生产（大约）一百公斤以上相同产品的塑料单元时，推荐使用这种生产技术。

为什么 3D 打印比注塑成型更贵？

假设您已经有一个模具可以开始生产，那么按单位计算，注塑成型生产比 3D 打印便宜得多。这既是由于用于两种技术的塑料的实际成本以及每种技术的能源效率。

3D 打印和注塑成型的能源效率

在 200°C 和 60°C 的加热床进行打印时，工作 3d 打印机的平均消耗约为 125W/h。这意味着 3D 打印每公斤塑料平均消耗 9.61kW，而通过注塑成型生产相同数量的塑料，我们平均只需要 1.5kW。

使用每千瓦时 13 美分的平均费率（美国的合理价格），生产 1 公斤塑料的成本变为 3d 打印 1.25 美元和注塑成型 0.19 美元。

尽管这些数字是粗略的近似值，并且每种技术的确切成本取决于所使用的特定机器和正在生产的型号，但我们仍然可以得出结论，对于大致相同的产量，注塑成型在功耗方面效率更高（按6 倍以上）。

用于此计算的耗电量估计值基于我们自己对 Ender 3 v2 的测量（查看 Facundo 关于该主题的文章）。你可能已经猜到他和我家里都没有注塑机，所以我根据多个有信誉的来源的平均值进行了这些计算。

用于 3D 打印和注塑成型的塑料成本

3d 打印机每公斤材料的成本大约是用于注塑成型的塑料颗粒的 20 倍。

如果您曾经为 3D 打印机购买过灯丝，您可能会同意花 20 美元购买一卷 PLA 或 ABS 的情况并不少见。与一公斤 ABS 颗粒 1 美元的平均成本相比，现在我们肯定知道为什么我们的大多数日常生活用具都不是 3D 打印的。

注塑成型总是比 3D 打印便宜吗？

虽然我们已经确定注塑成型在生产大量特定产品方面更具成本效益，但 3d 打印机在行业中也占有一席之地。

通常，只需要生产中小批量的给定产品。这可能是原型或仅服务于利基市场的产品，因此需求有限。

对于较小的数量，模具本身的成本非常重要。粗略地说，一个单腔模具（一个简单的）可以让你回到 1000 美元到 2000 美元之间，而大型和复杂的模具可能要花费高达 75.000 美元。

要模具的价格就像要汽车的价格一样，范围很大。我的车的估值可能低于法拉利的价格。尽管如此，为了比较这两种技术，我将假设模具成本为 10.000 美元来比较这两种技术

从下图中可以看出，在生产大约 500 公斤的产品时，注塑成型比 3D 打印更具成本效益。

这个拐点（500kg）很大程度上取决于模具本身的成本。如果我们再次执行相同的计算，但假设模具价格仅为 2.000 美元（对于简单的单腔模具），我们应该决定从 3D 打印切换到大约 100 公斤的注塑成型。

什么时候应该使用 3d 打印机而不是注塑成型？

在所需产量仅为几十公斤的情况下，增材制造更为方便。它还被推荐用于快速制作新模型的原型，因为它允许设计人员迭代和优化他们的模型而不会产生大量成本。

3D 打印技术还使设计师能够设计出传统制造方法无法生产的形状。下面我用 Ender 3 v2 打印的埃菲尔铁塔是不可能用注塑成型生产的。

3d 打印比注塑慢吗？

3d 打印机肯定比注塑机慢。例如，这种机器每小时生产多达 3000 个瓶盖的情况并不少见。一台 3d 打印机将在大约 15 分钟内输出一个单位的相同物品，这意味着我们需要 750 台打印机才能匹配相同的生产率。相反，我们也可以等待 750 小时打印相同数量的单位。

话虽如此，当涉及到快速迭代和小批量生产时，3d 打印机肯定更快、更方便。在原型制作过程中也非常方便。通过增材制造技术，我们可以进行顺序设计冲刺，并快速优化和改进我们的模型，这是我们选择使用注塑成型无法做到的。

最重要的是，模具的制造可能需要长达 10 周的时间，这意味着我们必须等待至少那么长时间才能看到我们生产的第一个单元。另一方面，如果我们已经将我们设计的 G-Code 加载到 USB 记忆棒上，我们可以期望在同一天获得我们的第一个项目。

3D打印塑料和注塑塑料一样吗？

3D 打印机使用长丝线轴来生产所需的单元，而注塑成型制造通常使用小颗粒形状的塑料。话虽如此，这两种技术都使用了某些类型的热塑性塑料。

聚苯乙烯 (HIPS)、ABS 和尼龙是用于 3D 打印和注塑成型的流行材料。 PLA 是 3D 打印界最流行的塑料选择，但在注塑成型中几乎没有用例。

注塑中使用的其他常见塑料包括丙烯酸、聚丙烯和聚乙烯等。这些与业余爱好者的桌面打印机不兼容，主要是因为挤出它们需要高温。

工业级 3d 打印机（例如您可以从 Stratasys 或 3D Systems 购买的打印机）与大多数热塑性塑料兼容。有一个小警告：他们会让你退回几十万美元。

3D打印和注塑成型的优缺点

两种技术都有各自的应用，它们的性能优于另一种，因此可以肯定地说，这两种技术都将在未来几年（或几十年）内得到应用。

虽然我们已经介绍了每种技术的大部分优缺点，但让我们快速总结一下。

3D 打印相对于注塑成型的优势

• 允许快速迭代和设计改进
• 非常适合中小批量
• 允许个性化其中一项
• 实现其他技术无法生产的形状和设计
• 不需要前期成本（即模具）
• 既适合业余爱好者，也适合专业消费者

注塑成型相对于 3D 打印的优势

• 大批量时非常经济高效
• 每公斤塑料消耗更少的电力
• 输出细节精致的高品质产品
• 每小时生产大量产品
• 与大量热塑性塑料兼容
• 更坚固、更耐用的部件

结论

总之，可以肯定地说 3D 打印不会取代传统的注塑成型技术。当今的 3D 打印机无法达到注塑部件所期望的相同质量和稳健性，这一事实对增材制造来说是一个巨大的劣势。此外，该技术本身无法实现传统制造方法所能达到的令人难以置信的生产率。

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