3D打印注塑模具

3D打印最常用于原型制造和直接生產工件，但是也可用于制作傳統生產所使用的模具和工具。這篇文章將更深入地探討采用3D打印技術制作模具并用于注塑的利弊。

為什么采用3D技術生產模具？

第一個問題是為什么要選擇3D打印技術生產模具，而不是直接打印工件或者采用CNC加工的模具。 答案在于生產運行的具體要求，尤其是所要生產的工件的數量。

原型制造vs小批量生產vs大批量生產

毫無疑問，大批量的生產最好采用CNC加工的金屬模具。3D打印的模具不夠堅固耐用，即使采用最堅韌的材料打印模具，通常最多就只能經受100次的注塑。而相比之下，金屬模具可以用于生產上萬個工件。

相反，如果只需要少量的原型制造，那么最好直接采用3D打印技術。如果要進行原型制造，那么增材制造無疑是最佳選擇。當要生產的工件的數量較大，但少于100件時，采用3D打印技術制造注塑模具是最佳選擇。有時候當工件要求采用某種特定材料，但是3D打印很難完成，那這時候就只能制作模具進行小批量生產。總地來說，當工件數量是50-100時，采用3D打印注塑模具是性價比最高的方法，但是還是要視具體情況而定。

性價比

相對于采用傳統技術制作模型，3D打印模型的主要優勢就是成本低。雖然很難確定具體價格，但是采用CNC技術加工金屬模具的成本通常是幾千美元，高端的模具的CNC制作成本甚至高達五位數。用3D打印模具的材料成本非常低，通常還不到100美元。如果考慮到人力成本和其他因素，這個成本會有所上漲，但是3D打印模具絕對會比傳統生產模式便宜很多。

快速且靈活

3D打印模具的效率更高，生產周期也更短。當工件數量少于100個時，采用3D打印注塑模型大概需要2天時間，而常規的注塑模型需要花費一周以上的時間。

3D打印模型的靈活性也更高。設計經常要進行修改或者定期更新版本。如果采用傳統的注塑模型，要制作一個新的模型的費用可能高得離譜，但是若采用3D打印新模型，那么就只需要快速地調整更新3D圖檔用于打印，新模型第二天就可用于生產了。

耐用性較差

如上所述，3D打印的模型的主要缺點是耐用性較差。注塑通常需要達到高溫，遠遠超出了大多數SLA樹脂能承受的溫度范圍。當需要打印用于注塑的模型時要選擇高溫樹脂材料，但是溫度仍然是一大弱點。

3D打印材料的硬度也不如鋁和鋼材。每彈出一個工件都會在模具上產生應變，即使是最堅固的3D打印模具也不可能像傳統模具那有經受上千次的模具彈出。

加固模具

但是也有一些辦法可以提升3D打印模具的耐用性。比如經常采用的方法：將3D打印模具嵌入鋁框內。這個方法可以讓模具更加堅固，同時保護材料不受高溫影響和減少一定的磨損。在模具設計中集成通道和通風孔等功能也很重要。 通道允許多余的材料流出并顯著提升冷卻效果，而小通風口雖然只有幾毫米大，但能有助于排出氣體，避免氣體積聚而導致其他問題。

后處理

值得一提的是3D打印模具在打印完成后還需要精細打磨。即使在打印的層厚很小，模具還是會出現一定程度的層級和粗糙度，所以需要打磨和拋光，以確保最終的模具不會有層級和粗糙現象。為了盡可能地減少打磨，在打印模具時要選好模具打印擺向，確保支撐結構是在模具的背面，不影響其正面。

相同的技術，不同的工藝

像ProroFab這樣的工業級SLA設備的成型精度與CNC的加工精度相當，因此精度不成問題。雖然在某些情況下，在后處理過程中可能有需要鉆非常小的孔或輕敲出復雜的螺紋，但盡管如此，總的加工時間仍是大大短于相同的CNC加工模具。

重要的是桌面級SLA設備是絕對不適合制作模具的。除了SLA和PolyJet設備，大多數其他形式的3D打印都具有使其不適合模具生產的特性。 SLA的性價比比PolyJet更高，因此我們推薦采用SLA技術。

總結

當情況合適時，3D打印注塑成型是一個很好的選擇。尤其是在只需要進行少量原型制造，或者說是小批量生產的情況下，3D打印注塑成型就是完美的選擇。它也非常適合于設計可能進行多次修改的情況，例如通過多次迭代演變的產品。當條件合適時，這種制造形式可能比傳統方法便宜10倍以上，更不用說其效率之高。然而，如上所述，3D打印模具也在許多方面都不如傳統的金屬模具，因此需要仔細權衡各中利弊。