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射出成型 vs 3D列印:我該選哪個?(成本、速度、產量全方位比較)

打樣用 3D 列印,量產用射出成型?不完全是

3D 列印做『打樣/原型,塑膠射出成型做量產, 這是製造業的經典法則,但在 90% 的情況下,這個決策遠比您想像的複雜。

隨著 3D 列印材料的進步,以及快速模具的出現,兩者之間的界線已日漸模糊。您是需要花 5 天、5 萬元的 3D 列印?還是花 5 週、50 萬的射出成型?

選擇錯誤的製程可能導致您花了冤枉錢,或錯失了產品上市的黃金時機。本文將從 4 個關鍵點,幫您做出最明智的決策。

關鍵 1:成本結構

這是最關鍵的決策點:模具費 vs. 單件費

  • 3D 列印:
    • 模具費:$0。 這是最大的優勢。
    • 單件成本:高,且固定。 列印 1 件 100 元,列印 100 件就是 10,000 元。成本與數量呈線性增長。
    • 適合: 極小批量、設計驗證、DFM (可製造性設計)階段的快速迭代。
  • 塑膠射出成型 (減法/成型製造):
    • 模具費:極高。一套模具的費用是最大的一次性前期投資。
    • 單件成本:極低。 一旦模具完成,每件產品的成本(材料+機台工時)可能低至幾塊錢。
    • 適合: 大批量生產,追求最低的總平均成本。

兩者存在一個成本交叉點。在某個產量(例如 500 件)以下,3D 列印的「總成本」較低;但超過這個點,射出成型的總成本優勢會迅速反超。

關鍵 2:速度

這裡必須區分兩種速度:首件速度量產速度

  • 3D 列印 (首件速度快):
    • 首件速度:極快 (1-3 天)。 從 3D 圖檔到實體零件,最快 24 小時內可完成。
    • 量產速度:極慢。 列印 100 件需要 100 倍的時間。
  • 塑膠射出成型 (量產速度快):
    • 首件速度:極慢 (4-8 週)。 需要完整的 DFM 審核、模具設計、CNC 加工、拋光、試模等流程。
    • 量產速度:極快。一個射出週期可能僅需 15-30 秒,一天可生產數千件。

關鍵 3:材料選擇與強度

這是決定產品功能性的關鍵。

  • 3D 列印 (材料受限):
    • 材料選擇相對較少(主要是光敏樹脂、PLA、ABS-like、尼龍粉末)。
    • 強度較差。 由於是一層一層堆疊,其層與層之間的結合力,遠低於材料本身的強度。不適合用於高應力或衝擊的結構件。
  • 塑膠射出成型 (材料豐富):
    • 材料選擇近乎無限。您可以使用 PP, ABS, PC, PA, POM</a>,甚至添加玻璃纖維 (PA+GF) 來大幅增強剛性。
    • 強度極高。 產品是均質一體的,能 100% 展現材料的物理特性。

關鍵 4:精度與表面

產品的顏值和公差要求。

  • 3D 列印 (表面粗糙):
    • 表面:有明顯的「層紋」。 除非進行大量昂貴的後處理(打磨、噴漆),否則難以達到光滑表面。
    • 精度:公差較大 (±0.1mm ~ ±0.3mm)。
  • 塑膠射出成型 (表面精細):
    • 表面:完美複製模具表面。 模具可做到鏡面拋光、霧面咬花或皮革紋理,而這些表面處理的選擇</a> 也是 3D 列印難以提供的。
    • 精度:公差極小 (±0.02mm ~ ±0.1mm),且重複性極高,第 1 件和第 10 萬件的公差一致。

如何為射出成型專案選擇合適的塑膠材料?(PP, ABS, PC, POM 比較)

選錯材料,輕則產品功能不符預期、手感差,重則可能導致批量生產後才發現脆裂、變形、或無法通過安規認證,造成鉅額損失。

選材的 3 大核心考量:強度、耐溫、成本

市面上的塑膠材料上千種,但對於多數專案,您可以從以下三個維度開始篩選:

  1. 機械強度: 您的產品需要承受多大的衝擊?是需要像 PC 一樣的耐衝擊性,還是像 POM 一樣的高剛性與耐磨性?
  2. 耐溫性: 產品是否會在高溫環境(如引擎室、戶外曝曬)下運作?這決定了您需要關注的熱變形溫度。
  3. 成本: 這是最現實的考量。PP 的成本可能只有 PC 或 PA 的三分之一。您必須在性能與預算之間找到最佳平衡點。

5 種最常見的射出成型材料特性 (表格比較)

為了幫助您快速決策,我們整理了五種最普及的工程塑膠。它們涵蓋了從低成本日用品到高規格工業零件的絕大多數應用。

1. PP (聚丙烯)

  • 關鍵特性:
    • 成本最低: 價格非常便宜,是大量生產的首選。
    • 耐化學性: 耐酸、耐鹼、耐多種化學溶劑。
    • 高韌性 (耐彎折): 具有出色的「鉸鏈」特性(例如:活頁蓋),可反覆彎折而不易斷裂。
    • 食品級: 本身無毒,是食品容器和醫療器材的最愛。
    • 重量輕: 密度是五者中最低的。
  • 常見應用:
    • 食品容器 (微波餐盒)、瓶蓋、醫療器材 (針筒)、收納箱、汽車保險桿。

2. ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)

  • 關鍵特性:
    • 綜合性能均衡: 它是最均衡的材料,在強度、韌性、耐溫和成本之間取得了最好的平衡。
    • 易於後加工: 表面光澤度好,非常容易進行電鍍、塗裝、印刷。
    • 強度高: 具有良好的剛性與耐衝擊性。
  • 常見應用:
    • 電子產品外殼 (滑鼠、鍵盤、電腦外殼)、儀表板、玩具 (如樂高積木)、安全帽。

3. PC (聚碳酸酯)

  • 關鍵特性:
    • 高透明度: 具有如玻璃般的透明感,透光率極佳。
    • 極佳的耐衝擊性: 俗稱「防彈膠」,是透明材料中強度最高的。
    • 尺寸穩定性: 在不同溫度下,尺寸變化小,非常精密。
    • 耐溫性 (中高): 熱變形溫度高於 ABS 和 PP。
  • 常見應用:
    • 護目鏡、車燈罩、透明水瓶、CD/DVD 光碟片、防暴盾牌。

4. POM (聚甲醛 / 塑鋼)

  • 關鍵特性:
    • 高硬度與高剛性: 具有金屬般的剛性,被稱為「塑鋼」。
    • 極佳的耐磨性: 摩擦係數極低,具「自潤滑」特性,非常耐磨。
    • 耐疲勞性: 適合用於需反覆受力的零件。
  • 常見應用:
    • 齒輪、軸承、扣具 (如背包扣)、拉鍊、汽車零件 (如油泵)。

5. PA (尼龍 / 聚醯胺)

  • 關鍵特性:
    • 耐高溫: 熱穩定性好,是五者中最耐高溫的 (特別是 PA66)。
    • 耐化學性 (耐油): 對機油、汽油等碳氫化合物有極佳的耐受性。
    • 高韌性與耐磨性: 兼具強度與韌性,不易脆裂且耐磨損。
    • (缺點) 吸濕性: 容易吸收水氣,可能導致尺寸和強度變化。
  • 常見應用:
    • 引擎室零件 (如進氣歧管)、高負載齒輪、束帶 、腳輪、釣魚線。

專家建議: 如何根據您的應用場景來選擇?

只看規格表是不夠的,有經驗的工程師會根據實際使用情境來選材。

1. 應用場景:戶外用品 (需抗 UV)

  • 陷阱: 許多人會選用 ABS 或 PC,但標準等級的 ABS/PC 在紫外線 (UV) 照射下會快速黃化和脆裂。
  • 專家建議: 應指定抗 UV 等級的 PC 或 ABS (通常會添加 UV 穩定劑)。更好的選擇是改用 ASA 材料,它被稱為戶外級的 ABS,具有優異的耐候性。

2. 應用場景:醫療器材 (需滅菌 / 生物相容性)

  • 陷阱: 誤用一般食品級材料。
  • 專家建議: 必須選用醫療等級 (Medical Grade)的塑膠。如果產品需要高溫蒸汽滅菌,耐溫僅 100°C 左右的 PP 就不適合,應改用可承受 121°C 以上的醫療級 PC。

3. 應用場景:食品接觸 (需 FDA 認證)

  • 陷阱: 認為所有塑膠都一樣。
  • 專家建議: 這是最基本的要求。材料必須通過 FDA (美國食品藥品監督管理局) 或相關的食品接觸認證。最常見且成本最低的選擇是食品級 PP