本文旨在提供一份嚴謹、樸實的概要指南,系統介紹從原型驗證到大規模量產所涉及的核心成型工藝,幫助讀者(尤其是產品經理)產品開發的全流程中,做出更合適的決策。
避免文章過長,文章分2篇,本文為第1篇。
在深入了解各項工藝前,必須建立一個共識:模具成本(NRE Cost):一次性的前期投入,用于制造生產用的模具。這筆固定成本需要分攤到每一件產品上。單件成本(Unit Cost):生產單個產品所需的材料與加工費用。產量越大,分攤到每個產品上的模具成本就越低。因此,預估銷量是選擇工藝的根本前提。驗證階段原型試制與小批量生產的核心工藝在投入巨額模具費用之前,驗證設計是必不可少的步驟。1. 數控加工 (CNC Machining) —— 精準的“減材制造”
一句話概括: 像一位數字雕刻家,用刀具從一整塊材料(金屬或塑料)上精確地切削出所需形狀。工藝原理: 計算機程序控制高速旋轉的刀具,按照3D模型路徑對塊狀材料進行切削、鉆孔、銑削。優缺點:
- 無需開模,啟動快;精度極高(可達±0.05mm甚至更高);材料選擇廣泛。
- 單件成本高昂(材料浪費+加工耗時);生產效率低;對復雜的內部結構加工困難。
這是所有硬件產品在開模前的必經之路。 無論是評估外觀手感,還是驗證內部結構裝配(確保PCB板、電池、接口嚴絲合縫),CNC原型都是最可靠的方式。花小錢做CNC手板,能避免后期修改模具的巨額損失。2. 3D打印 —— 快速的“增材制造”
一句話概括: 與CNC相反,像搭積木一樣,將材料(光敏樹脂、尼龍粉末等)逐層堆積,構建出實體。工藝原理: 依據3D模型,通過光固化(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)等技術,逐層固化或熔接材料。優缺點:
- 無需開模;能制造任何傳統工藝無法實現的復雜結構;從圖紙到樣件的速度極快。
- 量產成本高;精度、表面光潔度和材料強度通常低于傳統工藝。
這是概念階段和早期迭代的超級利器。 當需要快速比較多種外觀方案,或驗證一個極其復雜的內部結構時,3D打印是首選。但請注意,其樣件通常只適用于外觀和基本裝配驗證,不適合做可靠性測試(如跌落)。量產階段大批量生產的主力工藝當產品設計凍結,進入大規模生產階段,以下工藝是保證效率和成本優勢的中堅力量。1. 注塑成型 (Injection Molding) —— 塑料制品之王
一句話概括: 將熔化的塑料高壓注入金屬模具,冷卻后得到高精度的塑料制品。優缺點:
- 生產效率極高,大批量下單件成本極低;尺寸穩定,重復性好;可實現復雜形狀和精細表面。
- 模具成本極高,制造周期長(4-8周);設計有約束(如拔模斜度、壁厚均勻)。
手機、家電、充電器等幾乎所有大批量消費電子產品的塑料外殼,都采用此工藝。銷量預期過萬,這是首選。另,PCB上的螺絲孔位、接口開孔、卡扣位置,都需要與結構工程師配合,轉化為注塑件上的“螺絲柱”和“加強筋”等結構,務必為這些結構特征預留空間。2. 壓鑄成型 (Die Casting) —— 金屬世界的“注塑”
一句話概括: 將熔融的金屬(主要是鋁、鋅合金)高壓注入鋼制模具成型。優缺點:
- 產品兼具金屬質感與高強度;優良的導熱和電磁屏蔽性;尺寸精度高。
- 模具成本高昂;后處理工序多(打磨、噴砂、陽極氧化等);材料限于低熔點金屬。
適用于需要堅固、高端質感或有強烈散熱需求的產品,如筆記本電腦外殼、LED燈具、高端安防設備。另,可作為天然的散熱器和EMI屏蔽罩。 如果芯片發熱量大,壓鑄金屬外殼可直接參與散熱設計,并有效抑制電磁干擾,助力EMC測試。3. 鈑金沖壓 —— 高效的金屬薄板成型
一句話概括: 用模具像壓餅干一樣,在金屬薄板上進行沖裁、彎曲、拉伸,快速成型。優缺點:
- 生產速度極快,單件成本極低;材料利用率高;產品輕薄且有一定強度。需要模具投入;
- 只能加工等厚度的板材,難以實現復雜立體結構。
產品內部那些看不見的金屬支架、固定片、電池彈片,以及服務器機箱等,都是其用武之地。另,EMI屏蔽罩是其最經典的電子應用。為PCB上的射頻模塊或敏感電路定制一個可焊接的屏蔽罩,鈑金是成本最低、最成熟的方案。工藝對比