从制造与工程的角度来看,塑料3D打印零件在小批量终端生产中的可行性正不断提高,但其适用性取决于具体的打印技术、材料选择及应用要求。决策的核心在于平衡设计自由度、机械性能、外观质量以及与传统工艺(如注塑成型)相比的经济分界点。
并非所有3D打印技术都适合批量生产。其中两种在制造强度高、稳定性好的零件方面尤为突出:
选择性激光烧结(SLS)与多喷射熔融(MJF): 这两种基于粉末的工艺是塑料终端件生产的最佳选择。其打印出的零件具有优异且各向同性的机械性能——即各方向强度均匀,因为零件是通过粉末熔融而非层状挤出形成的。无需支撑结构,可轻松实现复杂几何形状,非常适合小批量制造。其常用材料尼龙PA12兼具强度、刚度与一定柔韧性,适用于汽车、消费电子等领域的功能件,如铰链、外壳及管路。
熔融沉积建模(FDM): FDM也可用于终端件,但有一定限制。它适合制作夹具、治具及非外观类结构件。采用工程级热塑性塑料(如ABS、PC或PEEK),FDM制件可具备较高强度。然而其力学性能存在各向异性——Z轴方向层间结合最弱,且表面层纹明显,若为外观件则需额外后处理。
零模具成本: 这是小批量经济性的关键因素。免去模具制造的高成本与长周期,使3D打印在1至数百件范围内极具成本优势。
设计自由与结构整合: 可将复杂的装配体一体化打印,减少装配时间与潜在故障点,同时降低重量与成本。
快速迭代: 设计可即时修改并重制,支持产品在投放市场后的持续优化。
材料性能限制: 尽管可选材料种类逐渐增加,但3D打印塑料仍未完全达到注塑塑料的性能水平,如耐紫外老化、抗蠕变与化学稳定性等特性需针对应用进行验证。
表面光洁度与一致性: FDM层纹或SLS/MJF轻微颗粒感可能不符合外观件要求。若需平滑表面,需经喷砂、滚筒抛光或喷涂等工艺,增加成本与周期。
经济分界点: 3D打印的单位成本相对固定。对于结构简单的零件,当数量达到一定规模(通常为100–500件,视复杂度而定)时,注塑成型因模具成本摊销反而更具成本优势。
认证与标准化: 在如医疗器械等受监管行业,3D打印终端件的认证路径较复杂,需要严格的工艺验证与批次追溯。
当满足以下条件时,塑料3D打印是极具优势的小批量生产方案:
零件几何复杂,若采用传统工艺需昂贵的多型腔模具;
生产批量较低,不足以分摊模具投资;
上市周期要求极短,需快速交付;
产品功能及外观允许3D打印材料的特性范围。
若零件需更高的表面质量、更严的公差控制或使用非可打印工程塑料,塑料CNC加工仍是更优但成本略高的低批量生产选择。