導讀
注塑工藝作為主流制造方式為生活和制造業各環節提供了成千上萬的塑料制品，從發明至今近150年來關于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制造過程日漸快捷，但復雜的模具制造過程和工藝挑戰始終伴隨左右。
增材制造作為新興技術已被廣泛應用于原型制造，隨著技術發展和材料進步，增材制造被越來越多地應用于批量化直接生產。那么什么是增材制造的數字化生產？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，各自優勢在哪里？
技術、材料、成本以及管理的取舍決定了注塑企業的核心競爭力。
一份來自行業*的數字工廠中也許能找到想要的答案。
試著回答這個問題，先看看兩者是如何運作的：
Part1：注塑工藝是怎么運作的？
一、注塑成型
注塑成型（Injection Molding）是將已加熱融化的材料噴射注入到模具內，經由冷卻和固化后，得到成形塑料制品的方法。適用于量產形狀復雜的產品。
二、制造模具
注塑模具的設計過程十分嚴謹耗時，從產品評估、模流分析、排位到設計修改，短則一周，長則月余。模具加工工藝歷經粗加工、精加工以及拋光等多道工藝，耗時較長啟動成本攀升。
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三、注塑成型
注塑過程包含開關安全門、鎖模、注射保壓、冷卻、開模、取出等主要步驟，重復執行作業流程以連續生產。這個過程是材料、設備、模具和參數設置的綜合管理，需要豐富的經驗和與之配套的后處理工藝。
四、常見問題
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專家的診斷。如果模具本身需要調整，時間和經濟成本讓人頭疼，小批量訂單面臨更高風險。
Part2：增材制造數字工廠是如何運行的？
一、數字化設計
直接使用CAD/CAM 軟件設計終成品件而非模具，3D打印可滿足設計時對功能或結構要求，如有機或復雜的內部型腔、減少的部件數量以及使用更高強度的增材制造輕質材料，適用于幾乎所有結構。
二、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，源于它節省了模具的制造時間和成本。讀取CAD/CAM數據后即可以24/7不間斷工作。無需專人值守，無模具損壞風險。多件塑料制品從成型平臺上拔地而起，速度以每分鐘毫米計算。
三、成品管理
軟件設計旨在實現工廠本地操作和智能支持，并通過網絡和云連接進行遠程操作，促進智能制造的高效數據交換。機械臂將部件從樹脂桶中快速拉出完成洗滌、干燥和固化操作。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。可規模擴展并可在自動化生產線中運行。處理*或短期批次、允許不同生產部件的快速切換。使制造商能夠快速迭代設計并立即生產終用途零件。
數字化、模擬制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制造模式。
四、常見問題
增材制造數字化工廠較為適合小批量訂單的生產或復雜結構件定制，有其適用區間需基于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采納與之匹配的端到端管理技能。
Part3：基于成本和效率的選擇
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制造量的提升而漸具優勢。另一方面，當訂單數量為2,000 以內的小批量制造，增材制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制造數字化生產的 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內修改并立即制造——不需要設計新模具。
Part4：材料才是關鍵
增材制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。
重要的放在后，看看有哪些數字化工廠的打印材料值得劃重點吧：
Figure 4™ PRO-BLK 10
一種生產級增材制造材料，具有顛覆性的熱塑塑料類機械特性和環境穩定性，可用于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，并簡化了包括單一固化周期和單一溶劑清洗的后處理過程，可實現的吞吐量。
它是一種高精度的樹脂制造部件，表面光潔度好，側壁質量優異，具有的機械性能。
• 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*保持一致
• 打印速度高達 60 毫米/小時，層厚 50 µm
• 無二次熱固化后處理，使之成為一種簡單有效的無模具生產方法
Figure 4™ HI TEMP 300-AMB
一種適用于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于高溫元件的測試，包括暖通空調、家用電器、電機外殼、吹風機等。
• HDT 超過 300?C
• 無二次熱固化后處理
Figure 4™ MED-WHT 10 和 Figure 4™ MED AMB 10
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*用于需要滅菌的一般醫療應用，并且都能承受高溫，這使它們成為許多高溫工業應用的良好候選材料。Figure 4™ 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
Figure 4™ EGGSHELL-AMB 10
一種工藝優化材料，用于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；模具填充和冷卻后，其經過專門設計的脆性使其易于從硅膠中剝離。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；
• 模型固定后易于剝離
• 良好的表面光潔度，移除模具后無殘留
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松燃燒而無有害殘留。該材料是專為珠寶鑄造專業人員設計的，有助于快速生產精確、可復制的和細節精細的母模用于鑄造。
• 適用于各種貴金屬
• 模型穩定度高，可運輸
• 在無模具的情況下直接用于鑄造
增材制造數字化工廠的相關知識就先介紹到這里了。可以看出，隨著材料、設備的發展日趨成熟。增材制造業適應小批量生產與復雜結構零部件制造，為各行業的無模制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打印技術匹配屬性杰出的工業級材料，即使小工廠也能獲得大助益！
