讓注塑加工的成本降80%可能嗎？在某些情況下還真有可能。研究顯示，對於訂單數量為2,000以內的小批量製造，採用增材製造，成本較傳統注塑成型能降低到十分之一甚至百分之一。
來自行業巨頭3D Systems的白皮書，全面解析了什麼是端到端增材製造數字工廠：軟件、硬件與材料相結合的批量製造前景。需要的點擊填寫資料，填寫後即刻獲取白皮書。我們先一起看看白皮書中的精華內容。
150年以來，傳統的注塑手段應用廣泛，但隨著材料、設備的發展，3D打印技術匹配屬性傑出的工業級材料，足以部分取代注塑成型，特別是在小工廠或者小批量生產中：當訂單數量為2,000以內的小批量製造，增材製造數字化工廠將擁有顯著優勢，在這種情況下，每個注塑成型的部件成本可能是增材製造數字化生產的 10 到100 倍。
為什麼3D打印可以部分取代注塑成型？一方面，注塑成型流程複雜，並非普遍適用；另一方面，增材製造數字化工廠的完備流程和3D打印屬性傑出的工業級材料，分別從設備和材料方面，保障了無模製造和批量生產的速度、準確性、強度和耐久性。
3D打印是小批量生產與複雜結構零部件製造的不二選擇！
1 為什麼3D打印可以部分取代注塑成型？
01/ 注塑成型流程複雜
注塑工藝作為主流製造方式為生活和製造業各環節提供了成千上萬的塑料製品，從發明至今近150年來關於注塑成型有一件事從未改變：對模具的需求。雖然CNC和3D打印技術的介入使模具的製造過程日漸快捷，但複雜的模具製造過程和工藝挑戰始終伴隨左右。
上機注塑的過程中，工程師們時常面臨來自工藝的挑戰：
- 外觀問題：凹痕、銀紋、氣泡、龜裂、分割線段差等。
- 工藝問題：充填不滿、分型面飛邊過大、粘模、不正常推出。
- 性能問題：以及翹曲、應力、密度不均勻等。
工藝參數較易調整，有些性能問題的成因可能來自多個方面：材料、設備、模具。快速找到癥結往往需要資深專家的診斷。若模具本身需要調整，時間和經濟成本讓人頭疼，小批量訂單面臨更高風險。
02/ 3D打印是基於成本與效率的選擇
沒有一種解決方案是完美的，工藝的選擇離不開經濟效益的考量。當需要數十萬產量時，模具+注塑仍然是優先選擇。價值數萬元的模具除以幾十萬，模具成本降至單件幾毛錢、注塑材料的價格優勢將隨著製造量的提升而漸具優勢。另一方面，當訂單數量為2,000以內的小批量製造，增材製造數字化工廠將擁有顯著優勢。在這種情況下，每個注塑成型的部件成本可能是增材製造數字化生產的 10 到100 倍。
除了傳統注塑成型部件的實際生產成本外，還有其他財務因素需要考慮，例如勞動力成本和供應鏈管理：額外人工、材料和CNC 加工、測試費用等。3D打印數字化生產降低了邊際成本，如果產品的外觀和功能都未如預期，可隨時在CAD內修改並立即製造——不需要設計新模具。
接下來，我們將從增材製造數字化工廠的完善運行模式和3D打印中優越的材料性能兩方面，說明小批量製造中增材製造的比較優勢。
2 增材製造數字化工廠是如何運行的？
增材製造作為新興技術已被廣泛應用於原型製造，隨著技術發展和材料進步，增材製造被越來越多地應用於批量化直接生產。那麼什麼是增材製造的數字化生產？是一字排開N多臺的3D打印機工廠，還是設計管理軟件的大規模互聯？如果把增材數字化工廠跟傳統注塑成型工廠對比，各自優勢在哪裡？
先通過視頻直觀瞭解一下增材製造數字化工廠是如何運作的：
01/ 數字化設計
直接使用CAD/CAM 軟件設計最終成品件而非模具，3D打印可滿足設計時對功能或結構要求，如有機或複雜的內部型腔、減少的部件數量以及使用更高強度的增材製造輕質材料，適用於幾乎所有結構。
02/ 原型或生產式打印
3D打印已經成為普遍的生產原型和短期生產用部件的方法，源於它節省了模具的製造時間和成本。讀取CAD/CAM數據後即可以24/7不間斷工作。無需專人值守，無模具損壞風險。多件塑料製品從成型平臺上拔地而起，速度以每分鐘毫米計算。
03/ 成本管理
軟件設計旨在實現工廠本地操作和智能支持，並通過網絡和雲連接進行遠程操作，促進智能製造的高效數據交換。機械臂將部件從樹脂桶中快速拉出完成洗滌、乾燥和固化操作。數字檢測也可以集成到打印平臺中，通過傳感器和三維掃描件實踐工業4.0策略。結合打印管理軟件，數字化工廠可使用行業標準協議（如 MTConnect 和OPC統一架構(OPC UA)）進行實時通信。可規模擴展並可在自動化生產線中運行。處理長期或短期批次、允許不同生產部件的快速切換。使製造商能夠快速迭代設計並立即生產最終用途零件。
數字化、模擬製造和檢測生產出的塑料或金屬件，將生產工藝從對模具加工的需求中解放出來，為企業生產提供兼具靈活性和產能的製造模式。
數字化工廠流程示意圖
04/ 常見問題
增材製造數字化工廠較為適合小批量訂單的生產或複雜結構件定製，其適用區間需基於每個企業的特點定量評估。另外全新的數字化生產方式需要企業採納與之匹配的端到端管理。
3 材料才是關鍵
增材製造數字化工廠的功能日趨完善，但能否管用還得看材料性能。最重要的放在最後，看看有哪些數字化工廠打印材料值得劃重點吧：
01/ Figure4™ PRO-BLK 10
一種生產級增材製造材料，具有顛覆性的熱塑塑料類機械特性和環境穩定性，可用於塑料部件的直接生產。該材料可實現高達60 毫米/小時的快速打印速度，並簡化了包括單一固化週期和單一溶劑清洗的後處理過程，可實現卓越的吞吐量。它是一種高精度的樹脂製造部件，表面光潔度好，側壁質量優異，具有卓越的機械性能。
- 環境穩定性意味著部件在機械性能、顏色、不透明度和尺寸方面可長久保持一致
- 打印速度高達 60 毫米/小時，層厚 50 µm
- 無二次熱固化後處理，使之成為一種簡單有效的無模具生產方法
02/ Figure4™ HI TEMP 300-AMB
一種適用於需高耐熱性應用的耐超高溫塑料。無論是高壓還是低壓環境，其HDT 都在 300 攝氏度以上（0.455和 1.82MPa 下測得的 HDT 數值）。這種材料非常適合用於高溫元件的測試，包括暖通空調、家用電器、電機外殼、吹風機等。
- HDT 超過 300˚C
- 無二次熱固化後處理
03/ Figure 4™ MED-WHT 10 和Figure 4™ MEDAMB10
分別為剛性白色和半透明琥珀色生物相容性材料。這兩種材料都推薦用於需要滅菌的一般醫療應用，並且都能承受高溫，這使它們成為許多高溫工業應用的良好候選材料。Figure4™ MED-AMB 10 的半透明性也使其成為需要流體流動可視化應用的良好選擇。
- 滿足 ISO 10993-1 生物相容性標準
- 耐受 100˚C 以上的高溫
- 可使用高壓滅菌器滅菌xcx
04/ Figure 4™ EGGSHELL-AMB10
一種工藝優化材料，用於生產鑄造各種硬度的硅膠部件所用的損耗模型。它專門設計為可承受高溫高壓下的液體硅膠注射；模具填充和冷卻後，其經過專門設計的脆性使其易於從硅膠中剝離。它的琥珀色使得操作人員可看到硅膠的注塑過程，它也具有很高的HDT、高抗拉模量和較低的斷裂伸長率，這些都是首選的可注塑模具的性能。
- 專為承受高溫高壓下的硅膠注塑而設計
- 模型固定後易於剝離
- 良好的表面光潔度，移除模具後無殘留
05/ Figure 4™JCAST-GRN 10
一種高對比度的綠色材料，在直接鑄造應用中可輕鬆燃燒而無有害殘留。該材料是專為珠寶鑄造專業人員設計的，有助於快速生產精確、可複製的和細節精細的母模用於鑄造。
- 適用於各種貴金屬
- 模型穩定度高，可運輸
- 在無模具的情況下直接用於鑄造
增材製造數字化工廠的相關知識就先介紹到這裡了。可以看出，隨著材料、設備的發展日趨成熟。增材製造業適應小批量生產與複雜結構零部件製造，為各行業的無模製造和批量生產帶來了新的速度、準確性、強度和耐久性，而之前只能耗費更多時間通過傳統注塑等手段獲得。3D打印技術匹配屬性傑出的工業級材料，即使小工廠也能獲得大助益！
關於3D Systems
3D Systems提供全面的3D產品和服務，包括3D打印機、打印材料、打印管理軟件、雲計算按需定製部件和數字設計工具。公司的生態系統覆蓋了從產品設計到工廠車間的直接生產。3D Systems精準的醫療解決方案包括模擬、虛擬手術規劃、醫療、牙科設備以及給患者定製的外科手術器械的打印。作為3D打印的創始者和未來3D解決方案的開發者，3D Systems花費了30年的時間幫助專業人士和企業優化他們的設計、改造工作流程，將創新產品推向市場、驅動新的商業模式。
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