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隨著時代的發展和生產力的變革，傳統與現代，傳承與創新也體現在現代日趨多樣化的生產方式上。
在過去的半個世紀里，擁有質量高、成本低、速度快等特點的機械加工和注塑成型工藝等傳統制造技術，被奉為大批量生產的工業標準。如今，隨著縮減產品生產周期需求和人們對產品個性化需求的日益高漲，給了新的制造技術嶄露頭角的機會。以注塑成型為代表的傳統生產方式在堅守標準，而以3D打印為代表的新型生產方式則在展現增材制造能力。二者常常被拿來比較，本期筆者將從成型原理、優劣分析、生產模式、應用范圍等多方面深入探討兩種技術。
成型原理 圖為：注塑成型原理
注塑成型工藝始于20世紀20年代，已有近百年的發展歷史，是目前使用非常廣泛、成熟的工業制造技術。其是指在一定溫度下，通過螺桿攪拌完全熔融的塑料材料，用高壓射入模腔，經冷卻固化后，得到成型品的方法。
3D打印的概念起源于上個世紀80年代，并于上世紀90年代中期，正式進入人們的生活當中。這是一種快速成型的技術，它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬/塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
圖為：選擇性激光熔融成型原理圖
工藝流程 注塑成型工藝過程主要包括填充——保壓——冷卻——脫模等四個階段，這四個階段直接決定著制品的成型質量，而且這四個階段是一個完整的連續過程。
3D打印則可以實現一體成型，無需組裝，即可呈現最終產品。
優劣勢分析 注塑成型優勢 •成型時要先鎖緊模具后才將熔料注入，加之具有良好流動性的熔料對模腔的磨損很小，因此一套模具可生產大批量注塑制品。
圖為：注塑成型設備
•成型過程的合模、加料、塑化、注射、開模和脫模等全部成型過程均由注塑的動作完成，從而使注塑工藝過程易于全自動化和實現程序控制。 •通過共注可成型多于一種以上的材料，可有效地成型表皮硬而心部發泡的材料，可以成型熱固性塑料和纖維增強塑料。 •生產效率高，二套模具可包含數十個甚至上百個型腔，因此一次成型即可成型數十個甚至上百個塑件。 •成型塑件僅需少量修整即可使用，在成型過程中產生的廢料可以重復利用，因此，注塑成型時對原料的浪費很少。
注塑成型的缺點 •注塑成型的關鍵器具是模具，但模具的設計、制造和試模的周期很長，投產較慢。 •由于冷卻條件的限制，因此對于厚壁且變化又大的塑件成型較困難。 •由于注塑機和注塑模的造價都比較高，因此啟動投資大，故不適合小批量塑件的生產。 •成型制品的質量受多種因素限制，因此對技術要求較高，掌握的難度較大。
3D打印優勢 •節省材料，不用剔除邊角料，提高了材料的利用率，通過摒棄生產線而降低了成本。 •能做到較高的精度和很高的復雜程度，可以制造出采用傳統方法制造不出來的、非常復雜的制件。 •不需要傳統的刀具、夾具、機床或任何模具，就能直接把計算機中的任何形狀的三維CAD圖形生成實物產品。 圖為：工業級3D打印設備
•可以自動、快速、直接和比較精確地將計算機中的三維設計轉化為實物模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短了產品研發周期。 •無需集中的、固定的制造車間，具有分布式生產的特點。 •能在數小時內成型，讓設計人員和開發人員實現從平面圖到實體的飛躍。
3D打印的缺點 •3D打印仍是比較昂貴的技術。由于用于增材制造的材料研發難度大、而使用量不大等原因，導致3D打印制造成本較高。 •在規模化生產方面尚不具備優勢，所以，對于生產有大量剛性需求的產品來說，具有規模經濟優勢的大規模生產仍比重點放在個性化、定制化的3D打印生產方式更加經濟。 •打印材料受到限制。3D打印技術的局限和瓶頸主要體現在材料上。目前，打印材料主要是塑料、樹脂、石膏、陶瓷、砂和金屬等。 •精度和質量問題。由于3D打印技術固有的成型原理及發展還不完善，其打印成型零件的精度、物理性能及化學性能等很多不能滿足實際使用要求，不能作為功能性零件，只能做原型件使用，從而導致其應用大打折扣。
所有材料 顧名思義，注塑成型工藝所使用的材料為塑料，常用塑料包括聚烯烴、氯乙烯、苯乙烯系樹脂、丙烯酸脂類、酰胺樹脂聚、線性聚脂類、氟塑料、纖維素塑料、耐高溫型樹脂等。
圖為：塑料材料
圖為：金屬粉末材料
相對于傳統制造業而言，材料一直是制約3D打印快速市場化的重要因素，目前能夠用于3D打印的材料包括：PLA、ABS、PVA（水溶性支撐材料）、PC、HIPS、光敏樹脂、尼龍、金屬 (紅銅、鋁、青銅、不銹鋼）等 。
生產模式 注塑成型工藝只要有注塑模具，就可以低成本、大規模地生產標準化產品，因此，對于傳統大批量、大規模制造來說，目前注塑成型仍然是最佳選擇。
圖為：注塑成型產品
而3D打印不需要傳統的刀具、夾具、機床或任何模具，就能快速、直接和比較精確地將計算機中的三維設計轉化為實物模型，得益于3D打印機異于傳統注塑成型工藝的特性，越是復雜非實心的物體，加工速度越快，越節省原材料成本，因此比較擅長個性化、多樣化產品的制造。
制造成本 由于注塑成型的原材料廣泛易得，其大規模、快速進行標準化生產的特性，也有利于降低單個產品成本，因此，從制造成本而言，注塑成型的成本遠低于3D打印技術。 不過，對于工業制造來說，3D打印真正節約成本的環節在于修改原型環節，修改原型只需要修改CAD模型，不會產生任何制造成本。
圖為：3D打印成型產品
而在注塑成型中，如果原型是鋼材模具，修改成本會相對較低，但如果使用的是鋁合金制模工具，成本就要高出很多。
應用領域 目前，注塑成型工藝能夠實現批量制造形狀一致的物品，因此非常適合大批量的標準化產品制造。例如批量加工某一個部件進行標準化生產，如生產玩具、航空、航天、電子、機械等領域。
圖為：注塑成型制造的零部件
圖為：3D打印零部件
3D打印只需通過控制終端輸入三維圖像，就能將原材料打印成實物模型，甚至直接制造零件或模具。目前廣泛運用于教育創客、建筑設計以及醫療行業等。
3D打印是否會取代注塑成型？ 3D打印作為新興制造技術的代表，勢頭正盛，引發越來越廣泛的關注和應用，注塑成型是傳統且較為成熟的生產方式，創新空間有限，由此引發關于3D打印是否會取代注塑成型工藝的討論。 對于大規模生產的普通易耗品，更多的依賴批量化生產，3D打印并不會全部替代模具，只會使模具產業加快升級步伐，變得更為簡單、方便、快捷、實用。對于高端工業品，材料、工藝才是核心競爭力所在，時間成本也往往大于人力成本。 通過3D打印制作出來的注塑模具可取代用于短期產品和原型件。3D打印模具被用于生產原型件時，有助于找出設計問題，避免耗費大量資金制作設計不完善的鋁制或鋼制模具。
互為補充 共同完善制造業體系 3D打印技術相對傳統制造技術而言是一次重大的技術革命。它能夠解決傳統制造業所不能解決的技術難題，對傳統制造業的轉型升級和結構性調整將起到積極的推動作用。但傳統制造業所擅長的批量化、規模化、精益化生產，恰恰是3D打印技術的短板。因此，3D打印技術本身不能取代傳統制造業，也不是要取代傳統制造業，而是要為傳統制造業的創新發展注入新鮮動力，成為傳統制造業的有益補充。
結束語：注塑成型延續批量化制造的優越性，3D打印為小批量、個性化制造敞開了大門。“主流”和“非主流”的生產方式滿足現代生產的不同需求。二者各有利弊，適用范圍不盡相同，現今階段，二者并非取代與被取代的關系，而是互為補充，填補制造短板與缺陷，完善制造體系。在具體選取中，可根據產品需求數量、成型難度、材料特性等因素綜合考慮。 | 
發表于 2021-3-22 09:47:03
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