增材制造模具镶件适用于小批量注塑
来自西班牙纳瓦拉大学（University of Navarra）、伊科尔技术中心（IKOR Technology Centre）、盖克尔技术中心（GAIKER Technology Centre）及巴伦西亚国际大学（Valencian International University）的研究人员，近日在《快速成型期刊》（Rapid Prototyping Journal）联合发表了一篇系统性综述，深入探讨增材制造技术在注塑模具镶件生产中的应用潜力。该综述历时梳理了2013年至2024年间67项相关研究，覆盖聚合物与金属两大类增材制造工艺。
研究人员发现，材料喷射（Material Jetting，又称聚合物喷射成型PolyJet）、光固化立体成型（Vat Photopolymerization，通常称为光固化成型SLA）以及金属激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion，简称L-PBF）是目前报道Zui为集中的三类模具镶件增材制造路线。总体而言，增材制造被认定为一种可行的模具镶件生产方式，尤其适用于原型验证、临时工装、小批量生产及具有特定设计要求的应用场景。
三大主流工艺路线性能对比
在所有受研究工艺中，材料喷射是被引用次数Zui多的增材制造方案。其优势在于打印周期较短、成型表面质量良好，因而备受研究者青睐。光固化立体成型位居第二，同样凭借优异的表面质量，在设计验证和小批量生产场景中表现出色。
从模具寿命来看，金属激光粉末床熔融展现出Zui强劲的综合性能。综述数据显示：材料喷射镶件的Zui大注塑循环次数达到116次，光固化成型镶件为85次，而金属激光粉末床熔融镶件则突破500次。更高的机械强度与更优异的热传导能力，使金属增材制造镶件更适合相对较高产量的生产需求，但表面粗糙度仍是制约因素，后处理工序往往不可或缺。
此外，材料挤出成型（即熔融沉积成型FDM/FFF）也被纳入考察范围。由于其表面精度较差、存在层间分层风险，在功能性注塑模具镶件领域的应用相对受限。
材料选择与成型参数是关键制约
在聚合物材料方面，数字ABS（Digital ABS）是材料喷射工艺中应用Zui广泛的镶件材料，凭借经过商业验证的工装适用性、良好的拉伸性能及热变形行为，获得研究者的广泛认可。Rigid 10K则是光固化成型领域的主要推荐材料。综述同时涉及高温树脂、韧性树脂、聚醚醚酮（PEEK）、ABS、聚乳酸（）、尼龙PA6、ULTEM 1010，以及钢、铜合金、铝、钛等金属材料。
值得注意的是，在所有材料中，仅有数字ABS与Rigid 10K获得了专门面向注塑模具镶件的商业认证或明确推荐。其余材料组合仍需经历更充分的测试验证，方能建立清晰的性能边界。
注塑工艺参数对镶件寿命的影响同样不可忽视。研究表明，注射压力、模具温度和注射温度是导致镶件失效的Zui关键参数。聚合物增材制造镶件对上述条件尤为敏感——其机械性能本就低于金属镶件，高温环境更会进一步削弱其性能。为此，研究团队建议在使用聚合物镶件时，尽量降低注射温度、模具温度、流速、注射压力及保压压力。
随形冷却与点阵结构成未来突破方向
综述明确指出，增材制造并非传统模具工装的全面替代方案，而应定位为一种互补选项，应用场景集中于小批量生产、原型工装、临时模具，以及需要复杂几何结构或快速迭代的开发阶段。已报道的具体应用涵盖医疗产品、光学原型、化妆品包装、航空内饰件、电子外壳、电池模组支架及小型商用零部件等多个领域。
从现有研究局限来看，大多数文献聚焦于低熔点注塑材料（尤以聚丙烯PP为主）。研究人员呼吁未来开展针对高熔点聚合物、标准化型腔几何结构及更复杂零件设计的系统性研究，并建议深入探究拉伸强度以外的力学性能指标，包括压缩、硬度、弯曲及疲劳行为。随形冷却流道与点阵结构也被列为重要的潜力方向，前提是能够开发出导热性更高的聚合物增材制造材料。
在产业化进展方面，美国光固化（SLA）及选择性激光烧结（SLS）打印机领域的重要开发商福美来（Formlabs）近期推出了韧性1500树脂V2版本（Tough 1500 Resin V2）及第二代光固化设备，声称该树脂可使3D打印零件的机械耐久性接近注塑成型件水平，同时将工程级树脂的后处理固化时间压缩至15分钟以内。这一动态折射出行业整体趋势——持续弥合树脂3D打印与注塑成型之间的性能差距。然而，就模具镶件应用而言，核心问题不仅是树脂能否接近注塑件性能，更在于打印镶件能否在模具内部承受反复的热载荷与机械载荷。
对于国内注塑模具行业从业者而言，这一综述提供了清晰的技术选型框架：增材制造模具镶件在降低交期、实现复杂结构方面优势明显，但能否奏效，关键在于精准匹配工艺路线、材料体系与实际生产需求。国内已具备较强的金属激光粉末床熔融产业基础，若能进一步突破模具专用耐高温材料与随形冷却设计规范，有望在中高产量的细分领域率先实现增材制造模具镶件的规模化落地。