Vorwort: Wird der 3D-Druck das Spritzgießen ersetzen?Vielleicht nicht in absehbarer Zeit, aber der 3D-Druck hat viele Vorteile gegenüber dem Spritzgießenund eignet sich daher hervorragend für viele Prototypen und industrielle Anwendungen. Der 3D-Druck ist eine Technologie der additiven Fertigung (AM), bei der die Teile schichtweise aufgebaut werden. Sie hat viele einzigartige Vorteile gegenüber dem Spritzguss, darunter schnellere Produktionszeiten und eine verteilte Lieferkette.

In vielen Anwendungsbereichen können Sie mit dem 3D-Druck Teile schneller als mit dem Spritzgussverfahren herstellen, mit einer Genauigkeit, die der traditionellen Fertigung entspricht oder sie sogar übertrifft, und unter Verwendung kostengünstigerer und nachhaltigerer Materialien.

Dennoch stellt sich die Frage, ob der 3D-Druck die Spritzgießen gibt es schon seit den Anfängen der additiven Fertigung. Es gibt keine kurze Antwort auf diese Frage, außer der, dass der 3D-Druck das Spritzgießen vielleicht nicht in absehbarer Zeit vollständig ersetzen wird, aber er hat diese Verfahren bei vielen Anwendungen bereits überholt.

Wenn man versteht, warum der 3D-Druck für die Fertigung nützlich oder sogar optimal ist, kann man als Designer bessere Entscheidungen bei der Entwicklung von Produkten und der Auswahl von Fertigungsverfahren treffen. In diesem Artikel stellen wir die konzeptionellen Vor- und Nachteile des 3D-Drucks und des Spritzgießens, ihre Anwendungsbereiche und die Unterschiede zwischen beiden Verfahren vor.

3D-Druck

Was ichs 3D Printing?

Der 3D-Druck, auch additive Fertigung genannt, ist ein Verfahren, bei dem ein dreidimensionales Objekt durch schichtweises Hinzufügen von Material aufgebaut wird. Die Materialien können aus Kunststoff, Metall oder Keramik bestehen. Auf diese Weise lassen sich komplexe Designs schnell und präzise herstellen.

Wie funktioniert der 3D-Druckprozess?

Zu den wichtigsten Schritten in diesem Prozess gehören:

Digitaler Entwurf: Am Anfang des Prozesses steht ein digitales 3D-Modell, das mit computergestützter Design-Software (CAD) erstellt wird. Diese digitale Datei beschreibt die Form und die Spezifikationen des zu druckenden Objekts.

Model Slicing: Mithilfe einer speziellen Software wird ein digitales Modell in dünne horizontale Schichten unterteilt. Diese Schichten entsprechen den Scheiben des fertigen Produkts.

Vorbereitung des Materials: Drucken Sie mit dem Material Ihrer Wahl - Kunststoff, Metall, Keramik oder anderen für den Druck verfügbaren Materialien. Die Materialien werden in der Regel als Filament, Pulver oder Flüssigharz geliefert, je nach Art des 3D-Druckers.

Objekt drucken: Der 3D-Drucker nimmt die aufgeschnittenen Schichten des digitalen Modells und beginnt mit dem Druck. Der Drucker druckt oder verbindet dann Schicht für Schicht auf der Grundlage der Anweisungen für jede Schicht.

Zwischenschicht-Haftung: Diese Schichten kleben zusammen und bilden ein festes Objekt. Ob beim Schmelzen von Kunststofffilamenten, beim Verfestigen von flüssigem Harz mit UV-Licht oder beim thermischen Sintern von Metallpulvern mit Lasern - bei allen Arten des 3D-Drucks geht es darum, Schichten zu verbinden.

Bau des Objekts: Durch das Hinzufügen weiterer Schichten wird das Objekt allmählich dreidimensional. Fügen Sie weitere Schichten hinzu, bis das gesamte Objekt vollständig ist.

Nachbearbeitung (optional): Die Nachbearbeitung variiert je nach Art der verwendeten 3D-Drucktechnologie und der verwendeten Materialien. Dazu kann das Beschneiden von Trägern, Schleifen, Polieren oder das Auftragen einer zusätzlichen Schicht gehören, um bestimmte Oberflächenqualitätsstandards zu erfüllen.

Was sind die Vorteile des 3D-Drucks?

Schnelles Prototyping: Der Grund dafür ist, dass herkömmliche Herstellungsverfahren langsame, zeitaufwändige Prozesse wie die Bearbeitung von Formen oder Werkzeugen erfordern. Außerdem können Designer und Ingenieure durch Rapid Prototyping mit 3D-Druckern Konzepte schneller erforschen. Dadurch wird der gesamte Entwicklungsprozess verkürzt.

Anpassungen: Die Anpassungsfähigkeit von 3D-gedruckten Objekten ist in vielen Bereichen nützlich. Im medizinischen Bereich können beispielsweise einzigartige Implantate individuell an den Patienten angepasst werden. Die Technologie kann spezielle Designanforderungen erfüllen und auch zur Entwicklung personalisierter Produkte für Verbraucher genutzt werden.

Verringern Sie den Materialabfall: Im Gegensatz zu subtraktiven Verfahren, bei denen das Material von größeren Teilen in rohe Stücke geschnitten wird, setzt der 3D-Druck das Objekt Stück für Stück zusammen. Das Verfahren erzeugt nur minimalen Abfall und ist damit eine umweltfreundliche Alternative zu anderen Verfahren, bei denen mehr Abfall anfällt, insbesondere wenn das Formteil komplex ist.

Geeignet für die Produktion von Kleinserien: Außerdem sind die Herstellungsverfahren in der Regel automatisiert, was sie für die Kleinserienproduktion unpraktikabel macht und hohe Installationskosten für Formen oder Werkzeuge erfordert. Solche Werkzeuge sind in kleinem Maßstab wirtschaftlich nicht machbar, aber der 3D-Druck kann die benötigten Teile in sehr geringen Mengen oder sogar in einem Durchgang herstellen. Dies ist gut für Nischenmärkte und maßgeschneiderte Produkte.

Wo liegen die Grenzen des 3D-Drucks?

Materielle Einschränkungen: Auch wenn die Palette der bedruckbaren Materialien immer breiter wird, gibt es immer noch einige Branchen, die Materialien mit bestimmten Eigenschaften benötigen, die sich nur schwer maschinell herstellen lassen.

Beschränkungen der Ebenenauflösung: Da 3D-gedruckte Objekte Schicht für Schicht aufgebaut werden, können Sie Linien in verschiedenen Farben sehen. Eine höhere Schichtauflösung kann hier Abhilfe schaffen, erhöht aber auch die Druckzeit und die Kosten.

Produktionsgeschwindigkeit: Der 3D-Druck eignet sich zwar hervorragend für das Rapid Prototyping, aber seine Geschwindigkeit kann im Vergleich zu anderen Technologien für die praktische Massenproduktion ein Nachteil sein. Geformte Deckel herstellen. Dies ist zeitsparender für die Serienproduktion in hohen Stückzahlen.

In welchen Branchen wird der 3D-Druck üblicherweise eingesetzt?

Fertigung und Prototyping: Der 3D-Druck eignet sich hervorragend für die schnelle und effiziente Herstellung von Prototypen. So können Unternehmen Entwürfe ausprobieren und sehen, ob sie funktionieren, bevor sie viel Geld für die Herstellung einer ganzen Reihe von Prototypen ausgeben. Das spart Geld und hilft ihnen, Dinge schneller zu erledigen.

Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird der 3D-Druck häufig eingesetzt, um leichte Teile herzustellen, die sehr kompliziert sind. Sie können auch leichtere und kompliziertere Teile herstellen, wie Treibstoffdüsen und Dinge, die das Flugzeug zusammenhalten, damit es besser funktioniert.

Gesundheitswesen: Im Gesundheitswesen wird der 3D-Druck zur Herstellung von medizinischen Geräten und Körperteilen eingesetzt. Sie können Dinge herstellen, die genau auf den Körper einer Person passen, damit sie besser funktionieren. Sie können auch Modelle des Körpers einer Person anfertigen, um Operationen zu üben, bevor sie in der Realität durchgeführt werden.

Automobilindustrie: In der Automobilbranche wird der 3D-Druck eingesetzt, um neue Autodesigns und Autoteile herzustellen. Sie können auch spezielle Teile herstellen, die leichter und besser sind, damit das Auto besser funktioniert. Einige Unternehmen stellen sogar Teile für den Motor mit 3D-Druck her.

Zahnmedizin: Der 3D-Druck hat auch die Zahnmedizin revolutioniert und ermöglicht die Herstellung von hochpräzisem Zahnersatz (Kronen und Brücken) und Prothesen. Dies erleichtert auch die Erstellung spezifischer Modelle für zahnchirurgische Eingriffe und die Behandlungsplanung.

Spritzgießen

Was ist Spritzgießen?

Spritzgießen ist ein Kunststoffherstellungsverfahren, das hauptsächlich zur Herstellung von Kunststoffteilen verwendet wird.

Bei diesem Verfahren wird das Kunststoffgranulat zunächst erhitzt und geschmolzen, dann unter hohem Druck in eine Form gespritzt, anschließend abgekühlt und in der Form verfestigt, und schließlich wird die Form geöffnet und das geformte Kunststoffprodukt entnommen.

Das Spritzgießen hat eine breite Palette von Anwendungen, darunter die Herstellung von Flaschenverschlüssen, Spielzeug, Stühlen und anderen Alltagsgegenständen. Dieses Verfahren eignet sich nicht nur für die Massenproduktion, sondern auch für die Herstellung von Kunststoffprodukten mit komplexen Formen und unterschiedlichen Funktionen.

Was sind die Vorteile des Spritzgießens?

Super hohe Produktionseffizienz: Das Spritzgießverfahren hat große Fortschritte bei der Automatisierung und der numerischen Steuerung gemacht, so dass der gesamte Verarbeitungsprozess in hohem Maße automatisiert und die Effizienz erheblich verbessert wurde.

Die Spritzgießmaschine kann kontinuierlich nach dem voreingestellten Verfahren produzieren, ohne dass die Maschine angehalten werden muss, um die Form zu wechseln, wodurch der Eingriff von Arbeitern und menschlichen Fehlern reduziert und die Produktionseffizienz verbessert wird.

Höchste Präzision beim Gießen: Beim Spritzgussverfahren werden fortschrittliche CNC-Ausrüstung und hochpräzise Formen eingesetzt, um ein hochpräzises Gießen zu erreichen. Da gleichzeitig Parameter wie Einspritzzeit und -druck genau gesteuert werden können, lassen sich Maßhaltigkeit und Konsistenz des Produkts gewährleisten.

Vielseitig: Im Spritzgussverfahren kann eine breite Palette von Materialien hergestellt werden, darunter Thermoplaste, Duroplaste, Gummi, Druckgussformen, Metallpulver usw. Das Verfahren ist äußerst anpassungsfähig und vielseitig.

Wenig Abfall: Beim Spritzgießen kann eine Vielzahl von recycelten Materialien für die Produktion verwendet werden, wodurch weggeworfene Kunststoffe wiederverwendet, Materialabfälle reduziert und die Umweltbelastung verringert werden.

Was sind die Nachteile des Spritzgießverfahrens?

Teure Ausrüstung und Schimmelkosten: Das Spritzgießen erfordert hochpräzise Formen und moderne Spritzgießmaschinen, die teuer sind. Daher sind die Kosten für Ausrüstung und Formen hoch und für kleine Unternehmen und Privatpersonen nicht geeignet.

Strenge Prozessanforderungen: Für das Spritzgießen gelten strenge Anforderungen an Rohstoffe, Formen, Umwelt und andere Aspekte. Wenn das Verfahren falsch ist oder die Anforderungen nicht erfüllt, kann es leicht zu Problemen mit der Produktqualität kommen.

Erfordert viel Kapital und technische Unterstützung: Für das Spritzgießen sind professionelle Techniker und hochautomatisierte Anlagen erforderlich, so dass die Unternehmen über genügend Geld und Technologie verfügen müssen, um dies zu unterstützen.

Herausforderungen bei der Wartung: Sowohl die Spritzgießmaschinen als auch die Formen müssen regelmäßig gewartet und überprüft werden. Wenn die Geräte und Formen mit hohen Geschwindigkeiten laufen, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass sie ausfallen oder beschädigt werden. Eine schwierige Wartung bedeutet auch höhere Wartungskosten.

In welchen Branchen wird das Spritzgießverfahren üblicherweise eingesetzt?

Spritzgießen ist ein Kunststoffverarbeitungsverfahren, das in verschiedenen Bereichen weit verbreitet ist und Kunststoffteile unterschiedlicher Art und Größe verarbeiten kann. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Bereiche aufgeführt, in denen das Spritzgießverfahren häufig zur Verarbeitung von Kunststoffteilen eingesetzt wird.

Elektronik und Elektrogeräte: Spritzgießen wird zur Herstellung von Gehäusen, Steckern, Kabeln und anderen Kunststoffteilen für elektronische Geräte verwendet. Dazu gehören Dinge wie Handygehäuse, Steckdosen, Kabelisolierungen und Halterungen für elektronische Leiterplatten.

Automobil- und Transportbereich: In der Automobilindustrie werden Spritzgießverfahren in großem Umfang zur Herstellung von Autoteilen wie Instrumententafeln, Scheinwerfergläsern, Innenteilen, Motorteilen, Karosserieteilen und verschiedenen Rohren und Verbindungen eingesetzt.

Industrie für medizinische Geräte: In der Medizinprodukteindustrie wird die Spritzgusstechnik zur Herstellung von medizinischen Geräten, medizinischen Spritzen, Infusionsbeuteln, Gehäusen für medizinische Geräte usw. verwendet.

Haus- und Haushaltsgeräteindustrie: In der Haus- und Haushaltsgeräteindustrie wird das Spritzgussverfahren zur Herstellung von Stühlen, Tischen, Fernbedienungen für Fernsehgeräte, Gehäusen für Elektrogeräte, Wasserhähnen, Badezimmerzubehör usw. verwendet.

Konsumgüterindustrie: Das Spritzgießen findet breite Anwendung bei der Herstellung verschiedener Konsumgüter wie Kunststoffflaschen, Spielzeug, Schuhsohlen, Geschirr, Verpackungsbehälter usw.

Luft- und Raumfahrtindustrie: In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird das Spritzgießen zur Herstellung von Bauteilen für Flugzeuge und Raumfahrzeuge verwendet, z. B. für Sitze, Schalen, Kanäle und die Innenausstattung von Flugzeugen.

Was sind die Unterschiede zwischen 3D-Druck und Spritzgießen?

Produktionsmodus

Das Spritzgießen ist immer noch die beste Wahl für die traditionelle Großserienfertigung. Es kann standardisierte Produkte zu niedrigen Kosten und in großem Maßstab herstellen, solange es Spritzgussformen gibt.

Der 3D-Druck eignet sich besser für die Herstellung personalisierter und vielfältiger Produkte. Er erfordert keine herkömmlichen Werkzeuge, Vorrichtungen, Werkzeugmaschinen oder Formen. Er kann jede beliebige Form aus dem Computer automatisch, schnell, direkt und relativ genau in ein physisches Modell umwandeln. Dank der Größe des 3D-Druckers können komplexe und nicht feste Objekte umso schneller bearbeitet und die Kosten für Rohstoffe eingespart werden.

Allein in Bezug auf die Herstellungskosten sind die Kosten für Spritzgießen ist weitaus geringer als die der 3D-Drucktechnologie. Für die industrielle Fertigung liegt der eigentliche Kosteneinsparungsfaktor des 3D-Drucks jedoch in der Modifizierung des Prototyps.

Die Änderung des Prototyps erfordert nur eine Änderung des CAD-Modells und verursacht keine Herstellungskosten. Zu beachten ist, dass beim Spritzgießen die Kosten relativ niedrig sind, wenn der Prototyp eine Stahlform ist, aber die Kosten sind viel höher, wenn Werkzeuge aus Aluminiumlegierungen verwendet werden.

Es ist jedoch anzumerken, dass es immer mehr Software für das Spritzguss-Prototyping gibt, so dass der 3D-Druck in Bezug auf die Kosten bald seinen Vorteil verlieren könnte.

Produktion Menge

Wer ist in Bezug auf die Produktionsmenge dominanter? Wir alle wissen, dass die Geschwindigkeit den Output bestimmt. Im Vergleich zu traditionellen Verfahren ist die Geschwindigkeit des 3D-Drucks von Kunststoffen immer noch langsamer. Für die Großserienfertigung ist das Spritzgießen derzeit noch die beste Wahl.

Es sei darauf hingewiesen, dass selbst große Produktionsanlagen, die die 3D-Drucktechnologie anwenden, diese Technologie im Allgemeinen nur zur Herstellung von Formen und zum Testen von Produkten verwenden. Der Kernprozess ist nicht die additive Fertigung. Unter diesem Gesichtspunkt hat das Spritzgießen die Oberhand.

Herstellungskosten

Aufgrund der breiten Verfügbarkeit von Rohstoffen für das Spritzgießen sind die großtechnischen, schnellen und standardisierten Produktionseigenschaften ebenfalls förderlich für die Senkung der Kosten für ein einzelnes Produkt. Daher sind die Kosten des Spritzgießens in Bezug auf die Herstellungskosten viel niedriger als die der 3D-Drucktechnologie.

Für die industrielle Fertigung liegt der eigentliche Kostenvorteil des 3D-Drucks jedoch in der Modifizierung des Prototyps. Die Änderung des Prototyps erfordert nur eine Änderung des CAD-Modells und verursacht keine Herstellungskosten.

Wenn es sich bei dem Prototyp um eine Stahlform handelt, sind die Kosten für die Modifikation relativ gering, aber wenn Formwerkzeuge aus einer Aluminiumlegierung verwendet werden, sind die Kosten viel höher. Dies ist auch der Grund, warum viele Unternehmen oder Einzelpersonen, die derzeit im Formenbau tätig sind, Chuangxiang 3D-Drucker für den Formenbau und Druck wählen.

Qualität der Herstellung

Ein weiterer Punkt ist, dass der 3D-Druck bei der Qualität der herzustellenden Teile begrenzt ist. Hier gewinnen die traditionellen Herstellungsverfahren. Auch wenn sich die Arten von 3D-Druckmaterialien zu erweitern scheinen, sind sie im Vergleich zum Spritzgießen immer noch nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Wenn sich also das 3D-Druckmaterial vom Endprodukt unterscheidet, können Sie nur die Form testen, was Ihnen bei physikalischen Leistungstests überhaupt nicht hilft.

Ein weiterer Punkt ist die Oberflächengüte. Auch wenn die Qualität der 3D-gedruckten Teile stark von der Leistung des Druckers abhängt, kommt sie doch nicht an polierte Stahlspritzgussformen heran. Der letzte Punkt ist die Haltbarkeit des Produkts. 3D-gedruckte Teile sind auch ein wenig hinter Spritzgussteilen zurück.

Anwendungsbereiche

Gegenwärtig kann das Spritzgussverfahren die Massenproduktion von Produkten mit einheitlichen Formen ermöglichen und eignet sich daher sehr gut für die Massenproduktion von standardisierten Produkten.

Beim 3D-Druck muss nur ein dreidimensionales Bild über das Steuerterminal eingegeben werden, und dann können Rohstoffe in physische Modelle gedruckt oder sogar direkt Teile oder Formen hergestellt werden, was den Produktentwicklungszyklus effektiv verkürzen kann. 3D-Drucker für die dreidimensionale Produktion sind weit verbreitet in den Bereichen Hersteller, Architekturdesign, Formenbau usw.

Es ist jedoch anzumerken, dass es immer mehr Software für das Spritzguss-Prototyping gibt, so dass der 3D-Druck in Bezug auf die Kosten bald seinen Vorteil verlieren könnte.

Schlussfolgerung

Kurz gesagt, der 3D-Druck hat viele Vorteile bei der schnellen Herstellung von Prototypen, der individuellen Anpassung, der Verringerung des Materialabfalls und bei der Produktion kleiner Serien. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass er das Spritzgießen in der Fertigung vollständig ersetzen wird. Spritzgießen hat nach wie vor erhebliche Vorteile in Bezug auf hohe Produktionseffizienz, hohe Formgenauigkeit, große Vielseitigkeit und geringen Abfall.

Darüber hinaus erhöhen Fortschritte in der Spritzgusstechnik, wie die Integration digitaler Designwerkzeuge und Automatisierung, weiterhin die Effizienz und Flexibilität des Verfahrens. Während der 3D-Druck in bestimmten Anwendungen und Branchen weiterhin eine wichtige Rolle spielen wird, werden die beiden Fertigungsverfahren wahrscheinlich nebeneinander existieren und dort eingesetzt werden, wo ihre jeweiligen Stärken am vorteilhaftesten sind.