小批量注塑指南

虽然注塑成型传统上被认为是一种仅用于大规模生产的制造工艺，因为其模具成本高，但利用 3D 打印制造注塑模具可以使您能够使用该工艺生产高质量和可重复的零件，用于原型设计和小批量生产。

在本综合指南中，了解如何将 3D 打印注塑模具与台式和工业机器一起使用，以高效且经济的方式生产数百个功能原型和零件，从而加速产品开发、降低成本和交货时间，并将更好的产品推向市场。

小批量注塑与传统注塑

注塑成型是制造塑料的主要工艺之一。这是一种经济高效且可重复性极强的技术，可为大批量生产生产高质量的零件。因此，它被广泛用于批量生产具有严格公差的相同零件。

注塑成型是一个快速、密集的过程，其中涉及高热量和压力，以将熔融材料注入模具内。熔融材料取决于制造项目的范围。最受欢迎的材料是各种热塑性塑料，如 ABS、PS、PE、PC、PP 或 TPU，但金属和陶瓷也可以注塑成型。模具由一个腔体组成，该腔体可容纳注入的熔融材料，旨在密切反映零件的最终特征。

模具传统上由金属通过 CNC 加工或放电加工 (EDM) 制成。这些都是昂贵的工业方法，需要专门的设备、高端软件和熟练的劳动力。因此，金属模具的生产通常需要四到八周的时间，成本从 2,000 美元到 100,000 美元以上不等，具体取决于零件的形状和复杂性。对于较小的零件数量，使用普通模具金属和制造方法制造模具所需的成本、时间、专业设备和熟练劳动力通常使这种规模的注塑成型无法实现。然而，有一些替代方法可以用金属加工模具。与金属模具相比，利用内部 3D 打印制造用于原型制作和小批量生产的注塑模具可显着降低成本和时间，同时仍能生产出高质量和可重复的零件。

在本视频中，我们与注塑成型服务提供商 Multiplus 合作，向您介绍使用 3D 打印模具进行注塑成型的各个步骤 .

桌面 3D 打印是一种以低成本快速制造注塑模具的强大解决方案。它需要的设备非常有限，同时节省了 CNC 时间和熟练的操作员来执行其他高价值任务。制造商可以从内部 3D 打印的速度和灵活性中受益，以创建模具并将其与注塑成型的生产力相结合，从而在几天内从普通热塑性塑料交付一系列单元。它们甚至可以实现传统上难以制造的复杂模具形状，并且可以在台式机和工业成型机上使用，使开发团队更具创新性。此外，产品开发受益于在投资硬模具之前迭代设计和测试最终使用材料的能力。

尽管 3D 打印模具在适当使用时可以提供这些优势，但仍有一些限制需要注意。我们不应期望 3D 打印聚合物模具的性能与机械加工的金属模具相同。关键尺寸更难满足，冷却时间更长，因为塑料中的热传递发生得更慢，并且印刷模具在热量和压力下更容易破裂。然而，整个行业的公司都在继续将 3D 打印模具应用到他们的短期注塑工作流程中，使他们能够快速生产成百上千个零件。从使用最终用途材料设计功能原型、在试生产期间制造零件，或制造小批量或定制最终用途零件，3D 打印注塑模具是一种经济高效且快速的小批量零件生产方式。

立体光固化成型 (SLA) 3D 打印技术是成型的绝佳选择。它的特点是光滑的表面光洁度和高精度，模具将转移到最终零件，也便于脱模。通过立体光刻技术生产的 3D 打印件是化学键合的，因此它们是完全致密和各向同性的，以熔融沉积建模 (FDM) 3D 打印无法实现的质量生产功能性模具。桌面 SLA 打印机（如 Formlabs 提供的打印机）可以无缝集成到任何注塑成型工作流程中，因为它们易于实施、操作和维护。

一个3D打印的注塑模芯与金属模壳组装在一起。

作为大约 500 到 10,000 个零件的中等批量生产的替代方案，用铝加工模具还可以降低与制造模具相关的固定成本。加工铝的速度比钢快五到十倍，并且对工具的磨损更少，这意味着更短的交货时间和更低的成本。铝的导热速度也比钢快，从而减少了对冷却通道的需求，并使制造商能够在保持较短周期时间的同时简化模具设计。

总而言之，以下概述了不同的注塑成型方法和模具类型，这些方法和模具类型可根据产量实现最高效的工艺和最低的单件成本：

	小批量注塑	中批量注塑	大批量注塑
方法	内部模具生产和内部成型	外包模具生产和成型	外包模具生产和成型
需要设备	3D打印机、台式注塑机	-	-
模具	3D 打印聚合物	机加工铝	加工钢
模具成本	<$100	$2,000 - $5,000	$10,000 - $100,000
为最终部分准备时间	1-3 天	3-4 周	4-8 周
理想的产量	<500	500 - 10,000	5,000+
应用程序	快速原型制作 定制注塑 短期注塑	短期注塑	量产

注塑机的类型对小批量注塑的工艺没有显着影响；传统的大型工业注塑机也可以使用 3D 打印的注塑模具。然而，这些机器价格昂贵，设备要求严格，需要熟练的劳动力，因此，大多数企业将大中批量生产外包给服务提供商和合同制造商。

如果您刚开始接触注塑成型并希望以有限的投资对其进行测试，那么使用 Holipress 或 Galomb Model-B100 等台式手动注塑机可能是一个不错的选择。台式机 Micromolder 或液压机 Babyplast 10/12 等自动化小型注塑设备是中型小零件生产的不错选择。

想了解构成注塑成型总成本的不同因素吗？阅读我们的综合指南。

白皮书

使用 3D 打印模具进行小批量快速注塑

下载我们的白皮书，了解在注塑成型过程中使用 3D 打印模具以降低成本和缩短交货时间的指南，并查看 Braskem、Holimaker 和 Novus Applications 的实际案例研究。

阅读白皮书

小批量注塑的分步工作流程

小批量注塑的工作流程包括以下七个步骤：

1.模具设计

在您选择的 CAD 软件中为您的零件设计模具。遵守增材制造和注塑模具设计的通用设计规则。可以在我们的白皮书中找到特定于聚合物 3D 打印模具的设计建议。

将您的设计上传到 PreForm，Formlabs 打印准备软件。准备您的打印件并将其发送到您的 Formlabs 3D 打印机。

2.模具3D打印

选择一种 3D 打印材料并开始打印。 50 微米层高的刚性 10K 树脂是大多数模具设计的理想选择，因为它兼具高强度、刚度和耐热性。

如果可能，建议直接在构建平台上打印模具平面，无需任何支撑，以减少翘曲。

清洗和后固化后，您的 3D 打印模具已准备好集成到您的注塑成型过程中。

3.模具组装

在组装之前，您可以选择通过手工打磨、桌面或 CNC 加工来完成模具以满足关键尺寸。

建议将印刷模具放置在标准金属框架或主单元模具内，以承受高压并延长印刷模具的使用寿命。小心地将 3D 打印模具组装在金属框架内。根据需要添加顶针、嵌件、侧动部件和其他组件。

将组装好的模具安装到您的注塑机中。

4.合模

插入塑料颗粒，输入所需的设置，然后开始生产。建议使用较低的锁模力，尤其是在印刷模具没有金属框架保护的情况下。

可以使用 3D 打印模具注射各种热塑性塑料，例如 TPE、PP、PE、ABS、POM、ASA、PA、PC 或 TPU。

5.注射

可能需要多次拍摄才能确定您的理想工艺条件，因为许多因素都在起作用，包括零件几何形状、塑料选择、注射温度和压力以及其他参数。

尽可能降低注射压力和温度。

使用一个打印模具，Formlabs 用户通常可以在温度高达 250°C 的 TPE、PP 和 PE 等易于加工的塑料中注射 100 个零件。对于需要更高注射温度的塑料，例如 PA 或 PC，3D 打印模具的使用寿命可能会更短。

阅读我们的工艺条件文档，查看台式机和工业注塑机的测试结果。

6.冷却

聚合物印刷模具的冷却时间比金属模具长，因为塑料中的热传递比金属慢。因此，通常不建议为您的印刷模具添加冷却通道。

相反，可以通过使用压缩空气冷却模具或使用可互换的叠层来加速冷却。

7.脱模

使用顶针手动或自动脱模零件。为高粘度的热塑性塑料涂抹脱模剂。脱模剂随处可见，硅胶脱模剂（例如 Slide 或 Sprayon 产品）与 Formlabs Resins 兼容。

小批量注塑成型应用

小批量注塑的三个主要应用是快速成型、短期注塑和按需或定制注塑。

注塑成型快速原型

快速原型设计可帮助公司将想法转化为现实的概念证明，将这些概念推进为外观和工作方式与最终产品相似的高保真原型，并引导产品通过一系列验证阶段以实现大规模生产。

一般来说，3D 打印是生产快速原型的最常见方式。然而，在开发过程的后期阶段，通常需要使用与最终零件相同的材料和生产工艺生产稍大体积的相同原型。然后，这些原型可用于 Beta 版和现场测试等应用。将 3D 打印模具与注塑成型相结合，制造商可以快速高效地开发功能原型并加快产品开发过程。

例如，法国初创公司 Holimaker 开发了一种手动注塑机，使工程师和产品设计师能够在他们的桌面上少量加工塑料零件，用于原型、试生产，甚至是有限系列的最终用途零件。

该公司为其客户提供可行性研究，使用 3D 打印模具实现快速且经济实惠的周转。这使他们的客户能够在新产品推出的试生产阶段快速且经济地进行原型设计并验证最终制造条件。

这些足球冰爪的预生产原型使用三种不同的热塑性塑料在 3D 打印模具中注塑成型：POM (180°C)、PA 6.6 (270°C)、PP (210°C)。

通过使用相同的制造方法，包括模具设计和材料，这些部件可以在现场进行测试，并确保设计已准备好大规模生产。 3D 打印的模具设计可以在批量生产过程中轻松适应工具级钢。

使用 3D 打印模具，Holimaker 成功地将生产注塑成型模具的交货时间缩短到 24 小时，他们今天在 80% 到 90% 的项目中使用了 3D 打印注塑模具。

短期注塑

短期注塑成型为制造商提供了一种方法，可以为仅少量生产的产品生产更小系列的最终用途零件，或者在向合资企业投入过多资金之前生产试制产品以测试市场。

使用小批量注塑提供了制造准确且可重复的最终用途零件的机会，而无需与传统注塑成型相关的高昂固定成本。

Multiplus 是一家总部位于深圳的注塑解决方案提供商，涵盖从塑料产品设计到制造的整个生产周期，每年为超过 250 家客户提供服务，其中包括一些财富 500 强公司。其中一些客户需要小批量生产，由于制造硬模具的复杂性，这在传统上是昂贵且耗时的注塑成型。

使用 3D 打印注塑模具全新注塑成型的 ABS 控制箱外壳。

随着对小批量生产的需求开始增长，Multiplus 转向 3D 打印来探索不同的材料，试图找到一种具有成本效益的方法，为较小的订单和试生产运行生产更便宜的塑料模具。与加工铝制模具相比，使用 Formlabs 3D 打印机制造小批量注塑模具可以降低成本、劳动力和时间，并且可以与他们的 Babyplast 工业注塑机无缝配合使用。

按需或定制注塑

为特定目的（例如人为因素、应用或场合）制造定制的最终用途零件可能需要定制或快速按需注塑成型，通常会在加急的时间内完成。有限的体积和/或较短的交货时间意味着使用硬模具的传统注塑成型既不高效也不可行。在这些情况下，使用 3D 打印模具进行小批量注塑成型是加快流程和交付定制零件的理想解决方案。

Braskem 是世界领先的石化公司之一，它的例子强调了使用 3D 打印成型来满足快速按需订单的案例。在第一波 COVID-19 大流行期间，该公司需要生产数千条口罩带以保护其全球员工。 Braskem 认为注塑成型是生产零件的理想方法，但如果无法使用 3D 打印，他们将不得不外包昂贵的金属模具，这会浪费团队的金钱和宝贵的时间。

Braskem使用3D打印模具结合传统工业注塑机对口罩带进行快速注塑成型。

Braskem 的团队转向注塑成型，使用 Formlabs Form 3 3D 打印机打印其带子的模具，并使用全电动 Cincinnati Milacron 110 Ton Roboshot 注塑机开发带子。

通过利用 3D 打印，该团队在收到副总裁的电子邮件并准备将它们运送到世界各地的办事处后一周内生产了数千条带子。

开始使用小批量注塑

通过将 3D 打印和小批量注塑成型融入您的开发过程，加快产品开发、降低成本和缩短交付周期，并将更好的产品推向市场。