3D 打印与压缩成型：选择哪一种？

彭菲奥娜

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发布日期： 2024 年 3 月 8 日

最后更新日期： 2025 年 1 月 22 日

您熟悉增材制造和减材制造概念吗？减法涉及去除材料以获得所需的形状，而加法意味着从材料层构建形状。这里，3D打印和压缩成型是两种增材制造方法。然而，3D 打印与压缩成型之间存在一些根本区别。

区别主要在于生产速度、效率、设计灵活性、精度和应用领域。此外，我们将在本文中通过比较来研究这两种方法的细微差别。

什么是 3D 打印？

它是一种增材制造技术，通过堆叠和融合连续的材料层来制造精确而复杂的功能零件或产品。因此，3D 打印机不使用材料块来操纵形状。相反，喷嘴根据上传设计的切片图案从下到上在打印床上逐层沉积材料。

同时，切片图案是指将 CAD 模型划分为各个水平层。每个切片代表模型的一个横截面区域，打印机沿着该横截面区域沉积材料层。

此外，您可能需要了解几种 3D 打印技术。它们遵循相同的基本原理。但是，它们在工作机制、材料兼容性和打印能力方面存在差异。以下是常见的 3D 打印技术类型。

类型	材料种类	描述/工作	优点	缺点
FDM（熔融沉积建模）	热塑性塑料（ABS、PLA、尼龙）	它将材料丝逐层熔化并挤出，以达到最终的形状。	结构稳定、成本低、材质多样	粗糙的表面和中等的精度
SLA（立体光刻）	光敏树脂	SLA 使用紫外激光固化槽中的光聚合物树脂，形成层。	高精度、光滑的表面，并创建详细的模型和原型。	材料选择有限
SLS（选择性激光烧结）	聚合物粉末（尼龙PA 12、玻璃填充尼龙	激光束在室内烧结材料粉末，通常使用惰性气体以防止氧化。	可实现复杂的几何形状	更长的交货时间和粗糙的表面纹理
DMLS（直接金属激光烧结）	金属粉末（各种合金、铝、铜、镍）	DMLA 用激光逐层融合金属粉末颗粒。	打印复杂而坚固的金属零件。	成本高且材料选择有限。

3D打印的优势

3D 打印制造有多种应用优势。它提供了设计灵活性、更快的交货时间、定制化等。这里详细阐述了典型的3D打印优势；

设计灵活性和复杂性

如果我们通过压缩成型和 3D 打印看到设计可能的复杂性，那么 3D 打印机可以创建高度复杂的几何形状和轮廓。它还比数控车床加工或注塑成型等传统方法更复杂。它不像减材制造那样限制复杂的空心截面、底切和内部晶格。

此外，复杂形状的能力直接使设计师受益。他们可以做出更具创新性和更复杂的设计来解决制造需求。此外，设计人员在进行 3D 打印设计时无需考虑拔模角度、工具通道、厚度均匀性、大型装配和其他限制。因此，它带来了最终的设计灵活性。

快速成型

生产速度快、精度高且成本效益高，使 3D 打印成为快速原型制作项目的可靠选择。对于一个零件来说，时间可能需要几分钟到几个小时，具体取决于复杂性和 3D 打印材料。此外，成本更低 3D打印原型由于零前期模具成本和简单的设计更改过程。

例如，您可以快速制作原型并测试新的无人机设计，并通过 3D 打印迭代进行必要的动态调整。同时，使用其他方法可能需要长达数月的时间。

定制和个性化

3D 打印过程涉及从数字文件直接制造，并且可以处理复杂的设计。因此，3D 打印可以根据特定需求定制零件和产品。如果您有定制设计（3D 模型），您可以使用合适的材料和打印设备将其精确地转化为物理现实。

这种定制对于医疗应用非常有益。例如，3D 打印可以为患者制造定制的植入物。

小批量生产的成本效益

小批量生产中 3D 打印零件成本较低的主要原因是它不需要模具或工具等昂贵的制造设备。与此同时，注射成型等其他方法涉及对模具的大量前期投资，这导致小批量或小批量生产的每个零件的铸造量更高。

例如，尼龙零件的小批量生产首先需要成本至少为 10, 0 00 美元的铝注塑模具，而 3D 打印则不需要这样的成本。

3D 打印的局限性

尽管3D打印有很多好处，但它也有一些局限性，例如材料选择、尺寸、精度和表面光洁度。让我们分别讨论每个缺点。

材料限制

与 CNC 加工等其他工艺相比，3D 打印的材料选择较少。事实上，与压缩成型相比，3D 打印的选择更少。 3D 打印机通常与塑料（ABS、PETG 和 TPU）、光聚合物以及一些热固性材料和金属（钢、钛和铝）兼容。

然而，3D 打印已迅速将其材料能力扩展到基本热塑性塑料之外。由于材料科学创新和新的 3D 打印技术，越来越多的材料变得兼容。

强度和耐久性较低

当 3D 打印机通过添加材料层来转换设计时，最终零件会损害机械强度。例如，FDM 零件在特定方向（通常为 Z 轴）的应力下会分层或表现不佳。此外，零件可能会失去其原始特性，例如硬度或疲劳强度。由于这些原因，零件也变得不太耐用。

表面光洁度和精度

3D 打印的部件会留下可见的层痕，偶尔还会留下一些支撑材料残留物。所以，需要进行后处理，如喷砂、去毛刺，甚至机械加工。 3D 打印零件的 Ra 值可低至 4 µm（大约）。

其次，它的精确度也低于其他流行的制造技术。 3D 打印通常提供 ±0.2 毫米的精度，而 CNC 可以实现 ±0.005 毫米，压缩成型橡胶零件的精度可达 ±0.025。

大小限制

与注塑或激光切割等其他工艺相比，3D 打印具有零件尺寸限制。尺寸能力受到 3D 打印机机器的构建体积和床尺寸（打印室）的限制。例如，由于尺寸限制，3D 打印可以制造长风力涡轮机叶片。然而，通过组装单个 3D 打印的小片段，可以制造大型零件。

什么是压缩成型？

它是一种专门的聚合物成型工艺，通过在封闭的模具中压缩材料来形成所需的形状。这种制造方法对于具有优异性能的热固性复合材料很受欢迎。

此压缩成型工艺需要一个多腔压缩模具来精确获得所需形状的负几何形状。同时，模具由两半部分（固定下半部分和可移动上半部分）组成。首先，将预先计算出的材料量放入加热的模具型腔内，然后加热并压缩模具。在这里，压缩和模具加热迫使材料流过型腔并填充它。

然而，在压缩过程中设置适当的压力、温度速率和固化时间至关重要。接下来，打开模具即可露出冷却后的凝固部分。

压缩成型的优点

以下是压缩成型在各种制造应用中公认的优势。

大批量生产效率

产量是最有价值的优势，尤其是在比较压缩成型和 3D 打印时。制造模具后，您可以重复使用它来大批量制造相同的零件，最多可循环数千次。然而，模具的寿命取决于模具材料、电荷磨蚀性和其他因素。

从长远来看，这种大批量生产效率可显着降低每个零件的成本。另一方面，每个零件的成本并没有降低 3D打印量产.

出色的零件强度和耐用性

成型零件不是逐层结构，而是采用紧凑和挤压的结构形式。因此，压缩成型可提供出色的零件强度。因此，形成空隙的可能性很小，从而有助于零件具有出色的结构完整性。

根据相关的研究，在测试过程中，压塑样品的强度、硬度、拉伸强度和弹性均高于 3D 打印部件。

良好的表面光洁度

这种成型方法成型的零件具有良好的表面光洁度。这是因为压缩使材料紧密贴合模具表面。与模具表面紧密贴合。通过高度抛光的模具和最佳的加工条件，它可以实现低至 0.1 微米 (μm) 的 Ra 值。同时，型腔壁的表面光洁度对于压塑部件的光洁度至关重要。

适用于大型零件

压缩成型零件可达到的尺寸取决于模具尺寸。因此，您可以通过设计合适的模具并使用高压缩吨位来制造更大的零件。例如，飞机机翼蒙皮可以使用 CM 来实现。

随后，将炉料预先放置在模具中，而不是使用注射方法，有利于大尺寸成型。原因是压缩使材料能够均匀地分布在一个大的模具型腔中，而不受流量和压力要求的限制。

压缩成型的局限性

尽管压缩成型具有许多优点，但它在设计灵活性、模具成本、生产时间和严格的精度方面存在局限性。了解这一限制可以帮助您避免最终成型零件中可能存在的缺陷并做出更好的决策。以下是每个限制的描述；

设计复杂性有限

压缩成型更适合大型且相对简单的设计。这里，有限的设计灵活性主要是由于压缩模具的复杂模腔中的材料流动模式。如果设计具有复杂的特征，例如强烈的倾斜角度和拐角上的小细节，则材料流无法准确地填充这些空腔。

此外，材料流动限制还可能捕获压缩空气，导致形成空隙。另一方面，设计师通过 3D 打印获得了广泛的自由。

更高的模具成本

如果我们比较 3D 打印与压缩成型的模具成本，就会发现模具成本相当高。这是因为模具和其他辅助工具的前期成本很高。此外，设计上的微小改变也需要对模具进行大量投资。相反，3D 打印并不涉及如此昂贵的模具成本。

更长的循环时间

压缩成型工艺通常周期较长，即使对于压缩成型与注射成型。它涉及预热模具和装料、预装料以及相对较长的固化时间，所有这些都有助于提高生产时间。随后，生产后从模制表面去除飞边和毛刺的过程也增加了时间。

质量和精度问题

最后，塑料压缩成型很难像其他先进制造技术一样实现高精度和高质量。这是初步的，因为材料流动不如其他成型方法均匀。其次，其他质量问题可能是收缩和翘曲，因为所有热固性和热塑性材料在冷却过程中都会出现一定程度的收缩。

关于精度，压缩成型公差通常范围为 ±0.127 至 ±0.508 mm。这里，公差根据模具型腔表面质量、工艺参数和装料材料的特性而变化。

3D 打印和压缩成型之间的区别

了解了 3D 打印和压缩成型的优缺点后，让我们从不同方面对这些工艺进行正面比较。

材料选择

无论制造方法如何，材料选择是最终零件的最终性能和功能的基础。因此，拥有更多材料选择意味着有更多机会获得完全满足您要求的材料。

材料类型	3D印刷材料	压缩成型材料
热固性塑料	几乎没有，在极少数特殊场景中	环氧、酚醛、聚酯、乙烯基酯、三聚氰胺
热塑性塑料	ABS、PLA、PETG、TPU、尼龙、PEEK、PC	聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、尼龙（聚酰胺）、聚碳酸酯 (PC)、乙缩醛 (POM)
复合材料	碳纤维增强PLA、玻璃纤维增强尼龙、木材填充PLA、金属填充PLA、凯夫拉尔填充尼龙	玻璃纤维增强塑料 (GFRP)、碳纤维增强塑料 (CFRP)、片状模塑料 (SMC)、块状模塑料 (BMC)、纤维增强热固性材料
金属制品	钛、铝、铬镍铁合金、铜、金、银	在极少数场景下

与压缩成型相比，您可以找到更多 3D 打印材料选择。但是，在比较与这两种方法兼容的材料时，您需要考虑成本、您的要求、设计规范以及最终零件的预期用途。

不同生产规模的成本比较

3D 打印与压缩成型的成本在很大程度上取决于产量。压缩成型的模具成本较高，因此随着产量的增加，其成本会降低。同时，3D打印并没有通过大规模生产来大幅降低生产成本。

生产规模	3D打印	压缩成型
模型	成本低（无需模具）	成本高（需要模具）
小批量	成本适中	初始模具投资导致成本高
中等容量	生产速度较慢导致成本高	成本适中（模具成本摊销）
高音量	高成本	低价位

其次，压缩成型的成本增加且复杂，因为它需要更复杂的模具并缩短周期时间。相比之下，复杂的 3D 打印设计成本可能不会增加。由于材料使用量占总成本的很大一部分，如果复杂的零件需要较少的材料量来进行 3D 打印，则可以降低成本。

生产速度和效率

除了原型制作项目外，3D 打印的速度比成型慢。由于模具制造和工具安排的原因，压缩成型在原型制作中需要更多时间。然而，压缩成型机在冷却模具后立即进入下一个循环。因此，压缩成型速度仅局限于原型制作和小批量生产。

随后，3D打印的效率随着产量的增加而降低。然而，它可以非常高效地生产复杂部件，且无需额外成本。另一方面，压缩成型具有优异的可扩展性。它可以以相对较低的成本制造数千至数百万个一致的单元。

成品的质量和耐用性

首先，我们将比较压缩成型和3D打印的质量。成型零件的结构质量高于3D打印零件。这都是因为它们的形成过程。 3D 打印机的分层构建方法降低了零件的结构强度，而压缩成型过程中的压力使零件结构完整。因此，印刷表面的光洁度因印刷方法的不同而不同。例如，FDM打印显示层线条需要进一步精加工，而SLA方法产生更光滑的表面。同时，压缩成型可提供一致且更光滑的表面效果。

另外，哪些比较耐用呢？答案是压缩成型的。这是因为材料的均匀性以及固化过程中热和压力的影响。另一方面，分层结构给 3D 打印产品带来了漏洞。

设计灵活性

如前所述，3D 打印比压缩成型技术提供了更多的设计灵活性。模具制造本身就是一个复杂的过程，机械加工通常不支持具有复杂内部几何形状的设计。而3D打印则没有任何此类限制。

以下是 3D 打印可以实现的功能列表，但不能通过压缩成型实现。

复杂的底切
又深又小的口袋
壁厚变化较大的零件
复杂的表面图案
锋利的边缘等。

适用于各种行业和应用

由于压缩成型可以将橡胶和弹性体模制成坚固耐用的弹性部件，因此密封件和垫圈是两种最常见的应用。另一方面，3D 打印非常适合原型设计和定制制造。

行业/应用	3D 打印示例	压缩成型示例
航空航天	喷气发动机的燃料喷嘴、卫星部件的支架、无人机部件以及各种原型制作。	不太受欢迎，飞机吊顶
汽車	冷却管道、定制仪表板组件、车身零件原型和内饰组件	垫圈和密封件、橡胶软管和皮带以及减振部件。
医疗保健	定制手术模型、牙冠和牙桥、定制假肢等。	耐用医疗设备组件、实验室容器密封件、硅胶面罩等。
消费品	智能手机外壳、定制鞋类、玩具等。	手表外壳、工具和运动器材的防滑握把、密封食品储存容器
展示陈列与电子屏应用	定制外壳、各种原型设计	用于遥控器的按钮和键盘、耐用的户外照明组件、连接器的绝缘外壳