介紹
注塑是批量生產塑料零件的最常用方法。它是快速生產大量相同零件的理想選擇。
過去，經常在設計和制造過程中使用3D打印來創建和驗證原型，然后將其注塑成型。如今，打印機精度、表面光潔度和材料方面的技術發展，使3D打印機也可以直接制造模具。
本文討論了使用3D打印制造小批量注塑模具的好處，并就可能的模具配置，可用的3D打印模具材料，以及創建3D打印注塑模具的最佳設計方法提供了建議。
什么是注塑成型？
注射成型是通過在壓力下將熔化的材料注入模具中，來制造零件的過程。材料填充到模具的中空腔中，冷卻后便固化形成模具的形式。然后打開模具，彈出固體零件，然后重復該過程。使該過程自動化可以產生很高的生產率。注射成型中常用的材料是熱塑性聚合物，但是可以成型某些熱固性塑料。
與注塑成型相關的高昂的初始安裝成本，使得該技術僅在大批量生產時才具有成本效益。并且主要與在設計，工程和制造注塑模具方面的很高要求有關。因此，注塑通常僅用于以低成本生產大量相同零件。涉及幾千幾萬，有時甚至數百萬個組件的生產。
小批量注塑通常適用于10至100個零件。傳統上，由于與制造模具（注塑模具）相關的非常高的成本，這種小批量生產在財務上不可行。
用于生產大量塑料零件的工業注塑模具
為什么要使用3D打??？
重要的是要考慮模具將用于制造大量的零件。從經驗上看，模具需要由金屬（最常見的是鋁或鋼）進行CNC加工以達到很高的公差。這些材料為重復注射，打開和關閉模具以及在注塑過程中暴露的高溫提供了良好的耐磨性。但是，金屬模具在安裝制作階段確實需要初期的大量投資。
對于小批量成型，耐磨性不再是最關鍵的因素。某些3D打印技術（例如材料噴射和SLA）能夠以極高的精度生產具有出色表面光潔度的零件。當將其與現代耐高溫3D打印材料結合使用并實現3D打印的設計自由度時，這意味著3D打印模具現已成為制造小批量注塑模具的可行選擇。3D打印模具還可以快速驗證模具設計，從而降低了投資昂貴的金屬模具的財務風險。
3D打印模具最適合：
快速的周轉時間（1-2周而不是5-7周）。
產量低（50-100個零件）的應用。
可能發生更改或迭代的模具設計。
相對較小的零件（小于150毫米）。
3D打印模具配置
3D打印的注塑模具以兩種標準配置生產：
鋁制框架中的模具嵌件：這是最常見的3D打印模具配置，通?？缮a更精確的零件。模具使用3D打印，然后插入剛性的鋁制框架中，以抵抗注塑噴嘴的壓力和熱量。鋁制框架還有助于防止重復使用后模具變形。
獨立模具：在這種模具配置中，模具是完全3D打印的，并且不使用剛性鋁質支撐框架。這樣，可以將復雜的冷卻通道集成到模具中，但是使用這種方法制造的模具需要更多的3D打印材料（增加了打印成本和時間），并且在廣泛使用后更容易翹曲。
將3D打印的注塑模插入鋁制支撐架
如何設計3D打印的注塑模具
用料
3D打印材料如果滿足以下條件，則適合創建注塑模具：
·?耐高溫性-需要高的熱變形溫度以承受材料注入過程中施加到模具上的機械和熱負荷。注意，在固化過程中溫度會迅速下降。
·?高剛度/韌性-反復拆卸零件會導致模具磨損，因此需要高剛度的材料以保持模具精度。
·?高細節-注塑模具的主要要求之一是高尺寸精度和光滑的表面。高精度模具將生產出高精度零件。
滿足這些要求最好的3D打印技術是SLA和材料噴射。這些技術可以生產具有高尺寸精度的零件，是打印復雜細節和非常精細特征的理想選擇。這些技術中可用的特殊材料，例如Formlabs高溫樹脂或Stratasys Digital ABS，是模塑和加工應用的理想選擇。與這兩種材料的注塑成型最相關的性能概述如下所示。
對于工業應用，不適合使用臺式機SLA。
模具設計
描述模具特征（例如澆口，流道，通風口等）的特定技術設計不在本文的討論范圍之內。
這是設計3D打印模具時應遵循的一些良好做法的列表：
·?在設計用于SLA印刷的模具時，請確保模具的內表面已定向，因此沒有支撐物與它們接觸。這將提高其表面質量，因為這些表面上不會出現支撐痕跡，從而最大程度地減少了所需的后期處理。
·?從型腔邊緣到模具邊緣的淺排氣孔（深度為0.05毫米）將有助于在成型過程中排出殘留的空氣。
·?如果要使用3D打印模具進行20多次運行，請考慮在設計中包括用于嵌入金屬棒或管的通道。這些可以幫助加固模具，減少翹曲并縮短冷卻時間。
·?在較低的層高度上進行3D打印模具可以幫助生產更光滑的模制零件，因為模具的可見打印線會更少。
·?壓花和雕刻細節應與表面偏移至少1毫米。
設計上的具體限制取決于所使用的注塑機。但是博型科技建議在50至80噸的成型機或手動壓力機中使用通過材料噴射打印機制造的模具生產最大容積為165 cm?3的零件。
設計注塑件
與常規注塑模具一樣，設計人員應考慮：
·?添加最小2o度的拔模角，以幫助從模具中取出零件。
·?在整個零件上保持均勻的壁厚。
·?保持所有墻壁和特征盡可能的薄。
·?包括所有邊緣和角落的半徑。
·?包括薄的肋骨和角撐板以增加零件的強度，而不是增加壁厚。
注塑的拔模斜度設計
減少閃光
溢料是在注射過程中從模具的兩半之間出來的材料的名稱。當兩個半模不能完全配合在一起，不完全齊平和平坦或模具填充過多時，通常會發生這種情況。在模具設計中使用流道，以幫助減少飛邊的可能性。
如果設計為鋁制框架，請在模板背面增加0.125mm的額外厚度，以考慮壓縮力并確保完全密封。增大虎鉗中的夾緊力還可以幫助減輕飛邊，也可以拋光模具的剖分面以使其表面盡可能平整。
良好的模具設計和平坦的模具表面可減少出現飛邊的可能性
釋放化合物
與傳統模具相比，由于3D打印注塑模具中所用材料的相對易碎性，施加過大的力以從模具中取出零件會導致模具快速劣化。在注射階段之前，在模腔表面上加入脫模劑可以大大有助于零件的移除。
案例研究：塑料電機配件
本案例研究將比較制造電動機外殼的定制塑料配件。設計要求是：
·?總數為25。
·?需要高度的尺寸精度以確保緊密配合。
·?零件的重量為0.005千克（5克）。
·?該零件必須由ABS制成。
·?零件必須為黑色。
·?零件的總直徑為40毫米。
以下是可用的替代制造選項：
工業FDM ABS 3D打?。?/strong>?工業FDM 3D打印具有很高的重復性，可以生產具有高尺寸精度的零件，并且可以中小批量打印零件。用于工業FDM系統的ABS燈絲的成本通常在每公斤500-700元左右。通過FDM 3D打印生產的任何零件的主要限制是其各向異性的機械性能：零件在一個方向上明顯較弱。這意味著設計人員必須掌握零件將要承受的負載以及模型在打印平臺中的方向。
使用SLA 3D打印模具注塑ABS零件：高溫SLA樹脂能夠生產出高精度的功能性注塑模具，最適合于小批量生產。SLA樹脂的零售價約為每升1000-1500。在此示例中，臺式注塑機已用于計算，并且將3D打印模具插入了鋁支撐框架中。ABS顆粒用于成型零件，成本約為15-50。
傳統的注塑ABS零件：傳統的注塑零件具有很高的精度，出色的表面光潔度和很高的可重復性。傳統注射成型的主要缺點是高的初始安裝成本以及在成型零件的設計中強制執行的設計限制（草圖角度，恒定的壁厚等）。ABS顆粒的成本與上述相同。
后續步驟：如何通過注塑生產零件
采用3D打印模具的小批量注塑是否是您應用的最佳解決方案？然后，有兩種方法可以使您的項目繼續進行：
如果您可以使用注塑機和設計模具的專業知識，則可以選擇使用耐熱材料進行3D打印。否則，您可以將生產外包給專業的注塑成型制造商。
經驗法則
·?3D打印注塑模具是小批量注塑最經濟的方式。
·?材料噴射和SLA是最適合3D打印注塑模具的技術。
·?使用較寬的拔模斜度（2o度或更大）和脫模劑，以延長模具的使用壽命。
·?保持零件體積小于165 cm?3
·?每個3D打印模具可以使用大約30-100次（取決于要注塑的材料）。
