Voorwoord: Productiebedrijven kiezen steeds vaker voor 3D-printen vanwege de kosteneffectiviteit en de vele voordelen. Deze technologie heeft een solide reputatie opgebouwd in de productie-industrie en doet niet onder voor traditionele productietechnieken.

Het potentieel van 3D printen is enorm, omdat het het aantal onderdelen kan verminderen, lichtere en structureel sterkere onderdelen kan maken en de assemblagekosten kan verlagen. Door gebruik te maken van 3D printen voor productie kunnen onderdelen worden gemaakt met eigenschappen die met conventionele methoden niet of moeilijker te realiseren zijn.

Waarom is 3D printen dan zo populair? Is 3D printen goedkoper dan spuitgieten? Dit artikel onderzoekt vooral de kostenvergelijking tussen 3D printen en spuitgieten.

3D printen en spuitgietprocessen

3D-printen, ook bekend als additive manufacturing, is het proces waarbij een 3D-model wordt gemaakt van een CAD- of digitaal 3D-model. Het materiaal wordt laag voor laag aangebracht om het gewenste object te maken.

In tegenstelling, spuitgietprocessen omvatten gevestigde technieken waarbij materiaal wordt verwijderd of in een mal wordt gegoten door slijpen, boren of machinaal bewerken.

Welke factoren beïnvloeden de prijs van 3D printen?

3D printen wordt algemeen erkend als de snelste en meest kostenefficiënte methode om onderdelen te maken voor zowel prototyping als een groeiend aantal eindgebruikerstoepassingen. Bij het bepalen van de kosten voor het 3D printen van aangepaste onderdelen spelen verschillende factoren een rol.

Materialen

Elke 3D printtechnologie heeft zijn eigen specifieke polymeermateriaal. De spoelen die worden gebruikt voor FDM (fused deposition modeling) zijn meestal goedkoper, terwijl SLA-hars, SLS en MJF-poeders over het algemeen duurder zijn. De hoeveelheid materiaal die nodig is om een onderdeel te printen heeft een grote invloed op de totale prijs, vooral bij gebruik van de FDM-technologie.

Deel Volume

Grotere onderdelen vereisen meer materiaal en ruimte op de machine, wat leidt tot langere productietijden. De toename in materiaal en productietijd leidt vervolgens tot hogere kosten.

Nabewerking

Na het printproces kan extra handmatig werk nodig zijn om de assemblage af te werken. Deze afwerkingsmethodes omvatten het verwijderen van ondersteuning of poeder, schoonmaken, schuren en andere nabewerkingstechnieken, die allemaal bijdragen aan de uiteindelijke prijs van het onderdeel.

Uitrustingskosten

Deze kosten hebben betrekking op installatie- en insteltijd, operationele kosten, routinematig machineonderhoud en sporadische reparaties. Ongeacht de gebruikte productietechnologie zullen deze kosten waarschijnlijk worden gemaakt.

Een van de belangrijkste factoren die 3D printen tot een kosteneffectieve optie maakt voor tal van toepassingen, zijn de minimale instelkosten van de technologie. Dit aspect maakt 3D printen vooral voordelig voor onderdelen in kleinere volumes. Voor hogere productievolumes kan het echter ook voordeliger zijn dan CNC-verspaning en spuitgieten.

Welke belangrijke factoren moeten worden overwogen tussen 3D-printen en spuitgieten?

Productietijd

Bij het vergelijken van 3D printen met spuitgieten komt productietijd naar voren als een belangrijke differentiator. Bij spuitgietmethodes, bijvoorbeeld spuitgieten, zijn matrijzen (tooling) nodig om onderdelen te maken. De ontwikkeling van deze mallen kan 1 tot 2 maanden of meer in beslag nemen. In de context van de huidige concurrentie kan tijdsverloop de dunne lijn tussen succes en mislukking bepalen. Deze specifieke productiefase brengt aanzienlijke kosten met zich mee, waardoor de productie van kleine series economisch niet levensvatbaar is.

Met 3D-printen verandert het paradigma echter. Door de gietfase te omzeilen, kan de productie snel van start gaan zodra het ontwerp is afgerond. Dit vertaalt zich in een snellere time-to-market en zorgt zo voor een concurrentievoordeel.

Productiekosten

3D-printen brengt geen extra kosten met zich mee voor elk nieuw geproduceerd product. Dit betekent dat het één onderdeel en honderden onderdelen kan produceren tegen bijna dezelfde kosten. Dit is niet mogelijk met spuitgieten, waarvoor vaak dure gereedschapsfasen nodig zijn die alleen gerechtvaardigd zijn als het product in serie wordt geproduceerd. Daarom kan 3D printen voor de productie van kleine aantallen productiekosten besparen.

Ten tweede vereisen de traditionele productie- en assemblagestappen uitgebreide machine-instellingen en arbeidskosten. 3D printen kan deze situatie sterk verminderen of zelfs elimineren omdat er minimale handmatige interventie nodig is, gereedschapswissels niet meer nodig zijn en de assemblagetijd korter wordt.

Doeltreffendheid

Gezien de consistente kosten per eenheid bij 3D-printen, kunnen onbeperkte productaanpassingen worden gerealiseerd zonder aanzienlijke kosten. Deze eigenschap ondersteunt de integratie van design thinking principes omdat ontwerpers en ingenieurs het product voortdurend kunnen verfijnen en aanpassen tegen minimale kosten. Door zich te richten op het ontwikkelen van producten die nauw aansluiten bij de voorkeuren van de klant, kunnen bedrijven hun verkoop mogelijk stimuleren.

Het verlagen van de kosten die gepaard gaan met elke iteratie van het ontwerp minimaliseert ook de risico's die gepaard gaan met productontwikkeling. 3D printen introduceert dus hogere risico's, die uiteindelijk bijdragen aan de creatie van superieure producten.

Bovendien vergemakkelijkt de vaste kostprijs per product maatwerk. Door producten af te stemmen op de individuele wensen van de klant wordt de algehele merkbeleving verbeterd.

Duurzaamheid

3D printen en duurzaamheid zijn nauw met elkaar verweven. Conventionele subtractieve productiemethoden genereren overtollig afvalmateriaal dat vaak onbruikbaar is.

Bij 3D-printen daarentegen worden additieve productieprincipes gebruikt om producten vanaf nul op te bouwen, waardoor afval wordt geminimaliseerd. Door Design for Additive Manufacturing (DfAM), topologieoptimalisatie en generatief ontwerp te integreren, kunnen materiaalgebruik en productgewicht worden verminderd. Lichtere producten hebben het potentieel om het energieverbruik in transport en logistiek met 40% tot 60% te verminderen.

Complexiteit vormt een grote uitdaging bij spuitgieten en heeft invloed op de productkosten. De complexiteit van onderdelen is een belangrijke factor die de kosten opdrijft. Complexe ontwerpen vereisen meer precisie en expertise, wat leidt tot hogere productiekosten. Hoe ingewikkelder het ontwerp, hoe hoger de bijbehorende kosten.

3D printen biedt tal van unieke voordelen voor de productie-industrie. Het elimineert de ontwerpbeperkingen die gepaard gaan met de productie van complexe ontwerpen. De toename in complexiteit heeft geen significante invloed op de productiekosten, omdat de prijs per onderdeel relatief stabiel blijft.

Bovendien kan onderdelenconsolidatie worden geïmplementeerd door meerdere onderdelen zonder extra kosten te combineren tot een enkel onderdeel, waardoor assemblage niet of minder nodig is en de productietijd korter wordt.

3D-printen versnelt de ontwikkeling van producten van de ideefase tot echte prototypes en afgewerkte producten met een ongekende snelheid en overtreft spuitgietprocessen aanzienlijk.

Zoals eerder opgemerkt, kan het meerdere onderdelen samenvoegen, waardoor een assemblagefase niet meer nodig is en de totale productietijd van een bepaald product korter wordt.

Opslag is een cruciaal aspect waar spuitgieten tekortschiet. Het draait vooral om massaproductie en voor de meeste goederen zijn reserveonderdelen nodig. Daarom brengt spuitgieten uitgebreide opslagbehoeften met zich mee, inclusief kosten voor grondhuur, magazijninfrastructuur, arbeid en meer. Hoe langer de voorraad wordt opgeslagen, hoe kleiner de winstmarge wordt.

3D-printen heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in magazijnactiviteiten door on-demand productie en productie van kleine batches mogelijk te maken, wat leidt tot aanzienlijke kostenbesparingen. Deze aanpak kan de vereisten voor opslag tot een minimum beperken en de kosten voor uw bedrijf stroomlijnen.

Personalisatie wordt steeds belangrijker: 71% van de consumenten verwacht interacties op maat waardoor ze zich speciaal voelen. Echter, spuitgieten hebben vaak moeite om hun producten te personaliseren vanwege de beperkingen van conventionele productiemethoden.

Deze technieken zijn niet geschikt voor de snelle productie van nieuwe onderdelen, waardoor aanzienlijke investeringen in nieuwe machines, ontwerpen en matrijzen nodig zijn om nieuwe producten op de markt te brengen. Dergelijke investeringen zijn misschien niet praktisch voor nichemarkten.

3D printers bieden daarentegen een opmerkelijke flexibiliteit. Ze maken dure nieuwe gereedschappen overbodig en kunnen gemakkelijk productaanpassingen doorvoeren. Zonder extra kosten per geproduceerde eenheid, komt 3D printen naar voren als een kosteneffectieve oplossing voor grootschalige productie van gepersonaliseerde onderdelen. Als een nieuwe trend een bestaand product verstoort, past u gewoon het ontwerp aan en gaat u verder met printen.

Koop

Voor bedrijven die 3D printen willen integreren in hun productieworkflows, blijft de aanschaf of initiële kapitaalinvestering een kleine hindernis. In plaats van $1.000 te investeren in een 3D printer, kunt u overwegen om uw 3D printwerk uit te besteden. Hoewel dit een superieure optie lijkt, is het geen duurzame langetermijnstrategie.

Mogelijkheden voor de toekomst

3D-printen is voortdurend in ontwikkeling en biedt duidelijke voordelen voor de toekomst. Tal van industrieën omarmen deze technologie in toenemende mate. Dit betekent dat de technologie zich op een kosteneffectievere manier zal ontwikkelen, haar beperkingen zal overwinnen en superieure en nieuwe materialen, technologieën en milieuvriendelijkere productiemethoden zal presenteren.

Daarom is het beter om de voordelen van 3D-printtechnologie eerder vroeger dan later te benutten. spuitgieten vereist grootschalige productie om de aanloop- en lopende kosten van productie, gereedschap en assemblage te spreiden.

De productiekosten van 3D printen zijn onafhankelijk van de hoeveelheid, waardoor het kosteneffectiever is voor kleinere volumes. Bovendien biedt 3D-printen een grotere ontwerpflexibiliteit en de mogelijkheid om producten met één enkele machine te produceren, een mogelijkheid die bij traditionele methoden niet altijd aanwezig is.

Op het gebied van de productie van kleine tot middelgrote voorwerpen overtreft 3D-printen veel traditionele productiemethoden in snelheid. Deze verhoogde snelheid wordt toegeschreven aan de tijd die wordt bespaard bij het maken van gereedschappen voor de gietstukken en mallen die worden gebruikt in spuitgietprocessen.

3D-printen biedt tal van voordelen voor de productie, zoals ontwerpflexibiliteit, de mogelijkheid om ingewikkelde ontwerpen te maken, gepersonaliseerde massaproductie en economische productietechnieken voor kleine aantallen.

Wat zijn de voordelen van 3D printen in vergelijking met spuitgieten?

3D printen creëert objecten laag voor laag, in tegenstelling tot spuitgietprocessen waarbij producten uit grotere blokken materiaal worden gesneden. Dit verschil zorgt ervoor dat 3D printen minder materiaalafval genereert.

Er is een breed scala aan 3D printtechnologieën, zoals directe energiedepositie, harsgebaseerde printers (of VAT polymerisatie), binder jetting, materiaal extrusie, materiaal jetting, poederbedfusie en plaatlaminatie.

Alle soorten 3D printen kunnen in deze groepen worden ingedeeld. Daarnaast biedt 3D printtechnologie verschillende materialen voor het printen van objecten. Industrieën die momenteel gebruik maken van 3D printen zijn robotica, lucht- en ruimtevaart, auto's, medische, tandheelkundige, sport- en andere consumentengoederen.

3D printen biedt verschillende voordelen ten opzichte van spuitgieten, waaronder:

Geen installatiekosten

Spuitgietmethodes blinken uit in massaproductie, maar schieten tekort als het gaat om de productie van individuele prototypes, proefonderdelen, reserveonderdelen, productieseries in kleine aantallen, gereedschap of opspanmiddelen vanwege de hoge instelkosten.

Door gebruik te maken van 3D printtechnologie kunnen bedrijven profiteren van lagere instelkosten en de directe productie van onderdelen op basis van digitale modellen. In tegenstelling tot traditionele methoden zijn er bij 3D-printen geen mallen nodig, waardoor een kosteneffectief alternatief voor productie ontstaat.

Investeren in een veelzijdige 3D-printer maakt het mogelijk om onderdelen te maken met een breed scala aan thermoplasten, van technische polymeren tot hoogwaardige polymeren en polymeercomposieten. Deze technologie biedt flexibiliteit en betaalbaarheid, waardoor het een ideale productieoplossing is voor uiteenlopende behoeften.

Korte levertijd (krijg snel onderdelen)

Productiestart door spuitgieten methoden omvat het maken van matrijzen, het opstarten van de fabriek en het sourcen van materiaalblokken. Het proces is bijzonder tijdrovend en duurt gemiddeld 15 tot 60 dagen om de eerste partij onderdelen te maken. 3D-printen daarentegen elimineert deze kosten en maakt de productie van de eerste onderdelen binnen een dag mogelijk.

De combinatie van korte doorlooptijden en kosteneffectieve productie maakt het mogelijk om producten snel op de markt te brengen. Bovendien kan er tijdens de productie snel worden gereageerd en kunnen onderdelen in realtime worden aangepast. Wanneer u een 3D printer voor persoonlijk gebruik installeert, heeft u de autonomie om de benodigde onderdelen direct en snel te produceren volgens uw specificaties.

Vergelijking van eenheidskosten

Een voordeel van 3D printen is dat de complexiteit van de te maken onderdelen de productiekosten niet verhoogt. De kosten per eenheid van een onderdeel dat wordt geproduceerd met 3D printen blijven consistent, ongeacht de productiehoeveelheid, of dat nu 1 eenheid of 1.000 eenheden is. Deze eigenschap wordt toegeschreven aan de geometrie van het onderdeel, waardoor 3D printen een ideale productieoplossing is voor het produceren van series binnen een specifiek formaatbereik.

Geen voorraadvormbeperkingen

Als we het hebben over subtractieve productiemethoden, wordt er geleidelijk materiaal uit het blok verwijderd totdat het onderdeel volledig gevormd is. Er zijn twee belangrijke uitdagingen bij dit type productieproces. Ten eerste treedt er aanzienlijk materiaalverlies op, vaak tot 70-80% van het oorspronkelijke blok. Ten tweede zijn er beperkingen in de beschikbaarheid van materiaalblokken, vooral als het gaat om hoogwaardige polymeren en polymeercomposieten.

3D-printen daarentegen kent deze beperkingen niet. De onderdelen worden gemaakt met minimale materiaalverspilling, waardoor ingewikkelde geometrieën en een breed scala aan geïntegreerde functies mogelijk zijn. Het kan bijvoorbeeld moeilijk, zo niet onmogelijk, zijn om een blok van 33x18x18 cm te vinden dat gemaakt is van PEEK- of ULTEM-materiaal. Zelfs als het verkrijgbaar zou zijn, zouden de kosten waarschijnlijk eerder in de duizenden dan in de honderden euro's lopen.

Een aanzienlijke hoeveelheid grondstof die plastic scherven werden op de fabrieksvloer, goed voor 70% verspilling, onderstreept het probleem van aanzienlijke materiaalverspilling.

Met 3D printen kunnen onderdelen met dezelfde afmetingen worden gemaakt tegen een fractie van de kosten in vergelijking met machinaal bewerkte onderdelen. Deze technologie biedt een ongeëvenaarde ontwerpflexibiliteit, waardoor ontwerpers zich kunnen bevrijden van de traditionele beperkingen waarbij standaardvormen van ruwe materialen het uitgangspunt van het ontwerpproces bepalen.

Effectief voorraadbeheer

In tegenstelling tot spuitgieten Met 3D-printen kunnen onderdelen op aanvraag direct op de plek worden geproduceerd waar ze nodig zijn. Hierdoor is er minder voorraad nodig, wat het voorraadbeheer efficiënter maakt.

Voor onderdelen die meestal in bulk worden gemaakt met behulp van conventionele methoden, maakt 3D-printen de productie van afzonderlijke onderdelen naar behoefte mogelijk. In dit scenario hoeft een magazijn slechts één reserveonderdeel per onderdeel op te slaan.

Wanneer een onderdeel in gebruik wordt genomen, wordt er een vervangend onderdeel gegenereerd dat de volgende dag op de plank ligt. Door gebruik te maken van de mogelijkheden van 3D-printen worden magazijnen in wezen virtueel, wat leidt tot een aanzienlijke vermindering van de benodigde opslagruimte en de bijbehorende kosten.

Zeer aanpasbaar

Afzonderlijke onderdelen, prototypes en productiehulpmiddelen kunnen met 3D-printen aanzienlijk goedkoper worden gemaakt dan met spuitgietmethoden. Dit maakt gedurfde ontwerpexperimenten mogelijk en stimuleert out-of-the-box denken, wat vaak leidt tot significante innovatie.

Bovendien is de mogelijkheid om onbeperkt wijzigingen aan te brengen aan bestaande producten op basis van feedback van klanten cruciaal om de beste klantervaring te garanderen. Door gebruik te maken van de kracht van 3D-printen kunnen bedrijven de kosten en snelheid van iteratieve productontwikkeling tot 90% verlagen in vergelijking met spuitgietmethodes.

Bovendien kunnen met 3D printtechnologie prototypes worden gemaakt van echte materialen uit verschillende industrieën, zodat de onderdelen authentieke functionele prototypes zijn in plaats van louter visuele replica's. Bovendien maakt deze technologie het ook mogelijk om in de toekomst proefonderdelen of zelfs volledige productieseries te produceren. Bovendien kunnen met deze technologie in de toekomst ook proefonderdelen of zelfs volledige productieseries worden gemaakt.Instellingen en gereedschappen.

De installatie- en gereedschapskosten zijn een ander gebied waarin 3D printen duidelijk uitblinkt, omdat het op geen van beide gebieden investeringen vereist. Spuitgieten daarentegen brengt gereedschapskosten en vaak setupkosten met zich mee telkens wanneer een onderdeel wordt gevormd. Zoals eerder besproken, kan DFM-analyse helpen om de gereedschapskosten te verlagen, maar het blijft mogelijk dat het maken van gereedschap aanzienlijke aanloopkosten met zich meebrengt.

Bovendien biedt 3D-printen ongelooflijke mogelijkheden om het aantal onderdelen te verminderen, lichtere en structureel sterkere onderdelen te maken en de assemblagekosten te verlagen. Door onderdelen te maken met behulp van 3D-printtechnologie wordt het mogelijk om onderdelen te maken die met traditionele methoden niet of moeilijker te maken zijn.

Het is cruciaal om in gedachten te houden dat voor 3D printen geen opspanningen, mallen of verschillende soorten gereedschap nodig zijn. Dit compenseert de extra kosten die tot nu toe zijn waargenomen. De belangrijkste overweging is de totale waarde van 3D printen, die opmerkelijk blijkt te zijn voor een toenemend aantal toepassingen en industrieën. Na verloop van tijd kunnen bepaalde extra kosten in verband met 3D printen de productiekosten verlagen en resulteren in een grotere ontwerpflexibiliteit en onderdelen van hogere kwaliteit.

Conclusie

Kortom, terwijl spuitgieten vooral gericht is op productie, voegt 3D-printen waarde toe in de hele toeleveringsketen. 3D-printen zorgt voor meer flexibiliteit in ontwerp en productie, materiaalbesparing, minder opslag- en verzendkosten, kortere time-to-market, betere productkwaliteit en kostenefficiëntie.

In vergelijking met spuitgieten biedt 3D-printen een snellere product iteratie en kostenbesparing. Als er een ontwerpfout wordt ontdekt na het 3D-printen van een onderdeel, kan het CAD-bestand eenvoudig worden aangepast en binnen een paar dagen worden geprint voor een nieuwe iteratie.

Aan de andere kant brengt elke ontwerpwijziging bij spuitgieten aanzienlijke kosten met zich mee door het herwerken van de matrijs. Bovendien vereist spuitgieten vaak een ingewikkelder ontwerp vooraf omdat het maken van de matrijs een complex proces is waarbij met meerdere factoren rekening moet worden gehouden.

De kosteneffectiviteit van 3D printen in vergelijking met spuitgieten methoden varieert afhankelijk van factoren zoals materialen, complexiteit van het ontwerp, verwerkingscapaciteit en kwaliteitseisen. Voor de productie van kleine aantallen, prototypes of complexe ontwerpen kan 3D-printen kosteneffectiever zijn. Voor grootschalige productie kunnen spuitgietmethoden zoals spuitgieten of CNC-bewerking echter lagere kosten per eenheid bieden.