低量注塑成型：利用 3D 打印实现高性价比原型的实战指南

注塑成型传统上被视为仅适用于大规模量产的工艺，因其高昂的模具成本。但利用 3D 打印制造注塑模具，可让您以极低成本和极短周期，生产高质量、高重复精度的零件，用于原型验证和低量生产。

本综合指南将介绍如何结合台式与工业级注塑机，使用 3D 打印模具高效、经济地生产数百件功能原型和零件，加速产品开发、降低成本与交期、推出更优产品。

低量注塑成型与传统注塑成型的对比

注塑成型是塑料制造的主流工艺之一，具有成本效益高、重复精度极佳的特点，能为大批量生产提供紧密公差的高质量零件，因此广泛用于同类零件的大规模制造。

注塑是一个高温高压下将熔融材料注入模具的快速、高强度过程。材料取决于项目范围，最常用的是各类热塑性塑料，如 ABS、PS、PE、PC、PP、TPU，金属和陶瓷也可注塑。模具包含容纳熔融材料的型腔，设计需紧贴零件最终特征。

传统模具由金属经 CNC 加工或电火花加工（EDM）制造。这些昂贵的工业方法需要专用设备、高端软件和熟练劳动力。因此，金属模具制造通常需 4–8 周，成本从 2,000 美元到 100,000 美元不等，视零件形状和复杂度而定。对于小批量零件，制造金属模具所需的成本、时间、专用设备和熟练劳动力往往使该规模下的注塑成型难以企及。然而，存在替代金属加工模具的方案。利用内部 3D 打印制造用于原型和低量生产的注塑模具，可在大幅降低成本和时间的同时，依然生产高质量、高重复精度的零件。

视频中，我们与注塑服务商 Multiplus 合作，演示使用 3D 打印模具的注塑成型全流程。

桌面级 3D 打印是快速、低成本制造注塑模具的有力方案。它所需设备极少，为高价值任务节省 CNC 时间和熟练操作员。制造商可受益于内部 3D 打印的速度与灵活性快速制模，配合注塑成型的生产力，在数天内用常见热塑性塑料交付一批零件。甚至能实现传统工艺难以制造的复杂模具形状，且可用于台式和工业级注塑机，让开发团队更具创新空间。此外，产品开发还受益于在投入硬模前，能对设计迭代并用最终用料测试。

尽管适当使用 3D 打印模具能带来上述优势，仍需注意局限性。不应期望聚合物打印模具与机加工金属模具性能一致。关键尺寸更难达标，冷却时间更长（塑料导热较慢），打印模具在高温高压下更易损坏。但业界企业持续将 3D 打印模具纳入短流程注塑工作流，实现快速生产数百至数千件零件。从用最终用料设计功能原型、试生产阶段制造零件，到生产低量或定制最终用件，3D 打印注塑模具是限量生产的高性价比、快速路径。

光固化（SLA）3D 打印技术非常适合制模。其特征是表面光洁度光滑、精度高，模具会将这些特性传递给最终零件，也利于脱模。SLA 打印件化学键合、全致密且各向同性，能产出功能级模具，质量非熔丝制造（FDM）所能比拟。Formlabs 等桌面级 SLA 打印机易于实施、操作和维护，可无缝融入任何注塑工作流。

组装了金属模架的 3D 打印注塑模具型芯。

作为中量生产（约 500–10,000 件）的替代方案，加工铝模也能降低模具制造的固定成本。铝加工速度是钢的 5–10 倍，刀具磨损更小，意味着更短交期和更低成本。铝导热比钢快，减少冷却通道需求，允许简化模具设计同时保持短周期。

总结下表概述了不同注塑方法及根据生产量对应的最高效模具类型与最低单件成本：

	低量注塑成型	中量注塑成型	高量注塑成型
方式	内部制模与内部注塑	外包制模与注塑	外包制模与注塑
所需设备	3D 打印机、台式注塑机	-	-
模具	3D 打印聚合物	机加工铝模	机加工钢模
模具成本	<$100	$2,000 - $5,000	$10,000 - $100,000
交付零件交期	1-3 天	3-4 周	4-8 周
适用产量	<500	500 - 10,000	5,000+
应用	快速原型 定制注塑 短流程注塑	短流程注塑	大规模量产

注塑机类型对低量注塑工艺影响不大；传统大型工业注塑机也可配合 3D 打印模具使用。但这些机器昂贵、对厂房要求高、需熟练工，因此多数企业将中大量生产外包给服务商和合同制造商。

若您初涉注塑且想小投入试水，台式手动注塑机如 Holipress 或 Galomb Model-B100 是不错选择。自动化小型注塑设备如台式 Micromolder 或液压式 Babyplast 10/12 适合小零件中批量生产。

想了解构成注塑总成本的各因素？阅读我们的综合指南。

白皮书

低量快速注塑成型：3D 打印模具应用指南

下载白皮书，获取在注塑过程中使用 3D 打印模具降低成本和交期的指南，并查看 Braskem、Holimaker 和 Novus Applications 的真实案例研究。

阅读白皮书

低量注塑成型分步工作流

低量注塑成型工作流包含以下七步：

1. 模具设计

在您选择的 CAD 软件中设计零件模具。遵循增材制造和注塑模具设计通用规则。针对聚合物 3D 打印模具的设计建议见白皮书。

将设计导入 Formlabs 打印准备软件 PreForm。准备打印并发送至 Formlabs 3D 打印机。

2. 模具 3D 打印

选择 3D 打印材料并开始打印。50 微米层高的 Rigid 10K Resin 是大多数模具设计的理想选择，兼具高强度、高刚性和耐热性。

建议尽可能将模具平放、直接贴合构建平台打印，无需支撑，以减少翘曲。

清洗和后固化后，3D 打印模具即可集成至注塑流程。

3. 模具装配

装配前，可选择手工打磨、台式或 CNC 加工对模具进行精修以满足关键尺寸。

建议将打印模具置入标准金属模架或 Master Unit Die 中，以抵抗高压并延长打印模具寿命。小心将 3D 打印模具装入金属模架。按需添加顶针、嵌件、侧向抽芯等部件。

将组装好的模具安装到注塑机上。

4. 模具合模

装入塑料粒子，输入所需参数，开始生产。建议使用较低合模力，尤其是打印模具未受金属模架保护时。

3D 打印模具可注塑多种热塑性塑料，如 TPE、PP、PE、ABS、POM、ASA、PA、PC、TPU 等。

5. 注塑

可能需要几次试模才能找到理想工艺条件，因素包括零件几何、塑料选择、注塑温度压力等参数。

尽可能降低注塑压力和温度。

Formlabs 用户通常单模具可注塑数百件易加工塑料（TPE、PP、PE），温度高达 250°C。对于需更高注塑温度的 PA 或 PC 等塑料，3D 打印模具寿命可能缩短。

阅读工艺条件文档，查看台式和工业注塑机的测试结果。

6. 冷却

聚合物打印模具冷却时间比金属模具长，因塑料导热较慢。因此通常不建议在打印模具中添加冷却通道。

相反，可通过压缩空气吹冷模具，或使用可互换模具叠加来加速冷却。

7. 脱模

人工或用顶针自动脱模。高粘度热塑性塑料需涂脱模剂。市面常见硅基脱模剂如 Slide 或 Sprayon 产品，与 Formlabs 树脂兼容。

低量注塑成型应用场景

低量注塑成型的三大主要应用为快速原型、短流程注塑和按需/定制注塑。

注塑快速原型

快速原型帮助企业将创意转化为逼真的概念验证，推进至外观和功能均接近最终产品的高保真原型，并引导产品通过一系列验证阶段走向量产。

通常 3D 打印是制作快速原型最常用方式。但在开发后期，往往需要用相同材料和生产工艺制造稍大批量的相同原型，用于 Beta 测试和现场测试等应用。结合 3D 打印模具与注塑成型，制造商能快速高效开发功能原型，加速产品开发流程。

例如，法国初创公司 Holimaker 开发台式手动注塑机，让工程师和产品设计师能在桌面上小批量加工塑料零件，用于原型、试生产甚至限量最终用件。

公司为客户提供可行性研究，用 3D 打印模具实现快速经济的交付。这让客户能快速经济地原型验证设计，并在新产品导入的试生产阶段验证最终制造条件。

这些足球钉鞋的预生产原型采用三种热塑性塑料在 3D 打印模具中注塑成型：POM（180°C）、PA 6.6（270°C）、PP（210°C）。

通过使用相同制造方法（含模具设计和材料），这些零件可用于现场测试，确保设计具备量产就绪性。3D 打印模具设计随后易于改编为量产用的工具钢模具。

使用 3D 打印模具，Holimaker 将注塑模具制造交期缩短至 24 小时，如今其 80%–90% 的项目使用 3D 打印注塑模具。

短流程注塑成型

短流程注塑成型为制造商提供小批量最终用件生产手段，适用于仅限量生产的产品，或在投入巨资前先试生产一批测试市场反应。

低量注塑成型提供了在无传统注塑高额固定成本下，制造精准、可重复最终用件的机会。

Multiplus 是总部位于深圳的注塑解决方案提供商，覆盖从设计到塑料产品制造的全周期，年服务 250+ 客户，含多家财富 500 强企业。部分客户需要小批量生产，传统注塑因硬模制造复杂而昂贵耗时。

使用 3D 打印注塑模具新出炉的 ABS 控制盒外壳。

随着小批量生产需求增长，Multiplus 引入 3D 打印探索不同材料，寻找为小订单和试生产制造低成本塑料模具的路径。采用 Formlabs 3D 打印机制造低量注塑模具，相比机加工铝模降低了成本、人工和时间，且能无缝配合其 Babyplast 工业注塑机使用。

按需或定制注塑成型

定制或快速按需注塑成型用于为特定目的（如人因工程、应用场景、特定场合）制造定制最终用件，往往要求极短交期。有限产量和/或短交期使传统硬模注塑既低效又不可行。此时，3D 打印模具低量注塑是加速交付定制零件的理想方案。

全球领先石化企业 Braskem 的案例凸显了 3D 打印模具满足快速按需订单的价值。新冠疫情首波期间，公司需生产数千条口罩带保护全球员工。Braskem 认定注塑成型为理想工艺，但无 3D 打印则须外包昂贵金属模具，耗费资金和宝贵时间。

Braskem 结合 3D 打印模具与传统工业注塑机，快速注塑生产口罩带。

Braskem 团队采用 Formlabs Form 3 3D 打印机打印带子模具，配合全电动 Cincinnati Milacron 110 吨 Roboshot 注塑机生产带子。

借助 3D 打印，团队在收到副总裁邮件一周内即生产数千条带子，并准备发往全球办事处。

开启低量注塑成型之旅

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