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随着时代的发展和生产力的变革，传统与现代，传承与创新也体现在现代日趋多样化的生产方式上。
在过去的半个世纪里，拥有质量高、成本低、速度快等特点的机械加工和注塑成型工艺等传统制造技术，被奉为大批量生产的工业标准。如今，随着缩减产品生产周期需求和人们对产品个性化需求的日益高涨，给了新的制造技术崭露头角的机会。以注塑成型为代表的传统生产方式在坚守标准，而以3D打印为代表的新型生产方式则在展现增材制造能力。二者常常被拿来比较，本期笔者将从成型原理、优劣分析、生产模式、应用范围等多方面深入探讨两种技术。
成型原理 图为：注塑成型原理
注塑成型工艺始于20世纪20年代，已有近百年的发展历史，是目前使用非常广泛、成熟的工业制造技术。其是指在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。
3D打印的概念起源于上个世纪80年代，并于上世纪90年代中期，正式进入人们的生活当中。这是一种快速成型的技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属/塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
图为：选择性激光熔融成型原理图
工艺流程 注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等四个阶段，这四个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这四个阶段是一个完整的连续过程。
3D打印则可以实现一体成型，无需组装，即可呈现最终产品。
优劣势分析 注塑成型优势 •成型时要先锁紧模具后才将熔料注入，加之具有良好流动性的熔料对模腔的磨损很小，因此一套模具可生产大批量注塑制品。
图为：注塑成型设备
•成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和脱模等全部成型过程均由注塑的动作完成，从而使注塑工艺过程易于全自动化和实现程序控制。 •通过共注可成型多于一种以上的材料，可有效地成型表皮硬而心部发泡的材料，可以成型热固性塑料和纤维增强塑料。 •生产效率高，二套模具可包含数十个甚至上百个型腔，因此一次成型即可成型数十个甚至上百个塑件。 •成型塑件仅需少量修整即可使用，在成型过程中产生的废料可以重复利用，因此，注塑成型时对原料的浪费很少。
注塑成型的缺点 •注塑成型的关键器具是模具，但模具的设计、制造和试模的周期很长，投产较慢。 •由于冷却条件的限制，因此对于厚壁且变化又大的塑件成型较困难。 •由于注塑机和注塑模的造价都比较高，因此启动投资大，故不适合小批量塑件的生产。 •成型制品的质量受多种因素限制，因此对技术要求较高，掌握的难度较大。
3D打印优势 •节省材料，不用剔除边角料，提高了材料的利用率，通过摒弃生产线而降低了成本。 •能做到较高的精度和很高的复杂程度，可以制造出采用传统方法制造不出来的、非常复杂的制件。 •不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能直接把计算机中的任何形状的三维CAD图形生成实物产品。 图为：工业级3D打印设备
•可以自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短了产品研发周期。 •无需集中的、固定的制造车间，具有分布式生产的特点。 •能在数小时内成型，让设计人员和开发人员实现从平面图到实体的飞跃。
3D打印的缺点 •3D打印仍是比较昂贵的技术。由于用于增材制造的材料研发难度大、而使用量不大等原因，导致3D打印制造成本较高。 •在规模化生产方面尚不具备优势，所以，对于生产有大量刚性需求的产品来说，具有规模经济优势的大规模生产仍比重点放在个性化、定制化的3D打印生产方式更加经济。 •打印材料受到限制。3D打印技术的局限和瓶颈主要体现在材料上。目前，打印材料主要是塑料、树脂、石膏、陶瓷、砂和金属等。 •精度和质量问题。由于3D打印技术固有的成型原理及发展还不完善，其打印成型零件的精度、物理性能及化学性能等很多不能满足实际使用要求，不能作为功能性零件，只能做原型件使用，从而导致其应用大打折扣。
所有材料 顾名思义，注塑成型工艺所使用的材料为塑料，常用塑料包括聚烯烃、氯乙烯、苯乙烯系树脂、丙烯酸脂类、酰胺树脂聚、线性聚脂类、氟塑料、纤维素塑料、耐高温型树脂等。
图为：塑料材料
图为：金属粉末材料
相对于传统制造业而言，材料一直是制约3D打印快速市场化的重要因素，目前能够用于3D打印的材料包括：PLA、ABS、PVA（水溶性支撑材料）、PC、HIPS、光敏树脂、尼龙、金属 (红铜、铝、青铜、不锈钢）等 。
生产模式 注塑成型工艺只要有注塑模具，就可以低成本、大规模地生产标准化产品，因此，对于传统大批量、大规模制造来说，目前注塑成型仍然是最佳选择。
图为：注塑成型产品
而3D打印不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，得益于3D打印机异于传统注塑成型工艺的特性，越是复杂非实心的物体，加工速度越快，越节省原材料成本，因此比较擅长个性化、多样化产品的制造。
制造成本 由于注塑成型的原材料广泛易得，其大规模、快速进行标准化生产的特性，也有利于降低单个产品成本，因此，从制造成本而言，注塑成型的成本远低于3D打印技术。 不过，对于工业制造来说，3D打印真正节约成本的环节在于修改原型环节，修改原型只需要修改CAD模型，不会产生任何制造成本。
图为：3D打印成型产品
而在注塑成型中，如果原型是钢材模具，修改成本会相对较低，但如果使用的是铝合金制模工具，成本就要高出很多。
应用领域 目前，注塑成型工艺能够实现批量制造形状一致的物品，因此非常适合大批量的标准化产品制造。例如批量加工某一个部件进行标准化生产，如生产玩具、航空、航天、电子、机械等领域。
图为：注塑成型制造的零部件
图为：3D打印零部件
3D打印只需通过控制终端输入三维图像，就能将原材料打印成实物模型，甚至直接制造零件或模具。目前广泛运用于教育创客、建筑设计以及医疗行业等。
3D打印是否会取代注塑成型？ 3D打印作为新兴制造技术的代表，势头正盛，引发越来越广泛的关注和应用，注塑成型是传统且较为成熟的生产方式，创新空间有限，由此引发关于3D打印是否会取代注塑成型工艺的讨论。 对于大规模生产的普通易耗品，更多的依赖批量化生产，3D打印并不会全部替代模具，只会使模具产业加快升级步伐，变得更为简单、方便、快捷、实用。对于高端工业品，材料、工艺才是核心竞争力所在，时间成本也往往大于人力成本。 通过3D打印制作出来的注塑模具可取代用于短期产品和原型件。3D打印模具被用于生产原型件时，有助于找出设计问题，避免耗费大量资金制作设计不完善的铝制或钢制模具。
互为补充 共同完善制造业体系 3D打印技术相对传统制造技术而言是一次重大的技术革命。它能够解决传统制造业所不能解决的技术难题，对传统制造业的转型升级和结构性调整将起到积极的推动作用。但传统制造业所擅长的批量化、规模化、精益化生产，恰恰是3D打印技术的短板。因此，3D打印技术本身不能取代传统制造业，也不是要取代传统制造业，而是要为传统制造业的创新发展注入新鲜动力，成为传统制造业的有益补充。
结束语：注塑成型延续批量化制造的优越性，3D打印为小批量、个性化制造敞开了大门。“主流”和“非主流”的生产方式满足现代生产的不同需求。二者各有利弊，适用范围不尽相同，现今阶段，二者并非取代与被取代的关系，而是互为补充，填补制造短板与缺陷，完善制造体系。在具体选取中，可根据产品需求数量、成型难度、材料特性等因素综合考虑。 | 
发表于 2021-3-22 09:47:03
