Wprowadzenie: Druk 3D jest świetny i w ogóle, ale w najbliższym czasie nie zastąpi konwencjonalnego formowania wtryskowego. Obie metody mają swoje wady i zalety i mogą przewyższać się nawzajem w różnych obszarach.

Druk 3D jest dobry dla małych serii i prototypowania, ale Proces formowania wtryskowego Druk 3D jest nadal metodą produkcji wielkoseryjnej, która pozwala na wytwarzanie dużej ilości części. Ten artykuł jest o tym, dlaczego druk 3D nie zastąpi formowania wtryskowego.

Czym jest druk 3D?

Druk 3D to produkcja addytywna, co oznacza, że początkowy materiał jest tworzony warstwa po warstwie. Druk 3D tworzy trójwymiarowe obiekty poprzez odczytanie wirtualnego projektu komputerowego i odtworzenie formy przy użyciu materiałów, filamentów lub proszków.

Czym jest formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe to sposób na wytwarzanie rzeczy z tworzyw sztucznych. Jest to proces, w którym tworzywo sztuczne jest podgrzewane aż do stopienia. Stopiony plastik jest następnie wtłaczany do formy pod wysokim ciśnieniem. Po ostygnięciu tworzywa sztucznego forma jest otwierana i część jest wyjmowana.

Jest to szybki proces i jest wykorzystywany do produkcji dużej liczby identycznych elementów, od precyzyjnych komponentów inżynieryjnych po jednorazowe towary konsumpcyjne. W procesie formowania wtryskowego wybór odpowiednich materiałów do form ma kluczowe znaczenie dla trwałości i wydajności produkcji form stalowych.

Jakie są porównania kosztów formowania wtryskowego i druku 3D?

Całkowity koszt każdego projektu produkcyjnego jest bardzo ważny, ponieważ decyduje o tym, czy produkt odniesie sukces. Całkowity koszt będzie się różnić w zależności od kilku różnych czynników, takich jak koszty konfiguracji, koszty narzędzi i koszty pracy.

Poniżej przedstawiamy różnice między kosztami formowania wtryskowego i druku 3D oraz ich podział.

Początkowe koszty konfiguracji

Początkowy koszt formowania wtryskowego jest wyższy ze względu na wyższy poziom wyposażenia oraz projektowania i produkcji form. Na przykład, nawet niewielka forma (10 x 10 cm) może kosztować od $5000 do $10,000. Jednak forma może być używana przez długi czas.

Druk 3D wymaga jednak tylko kosztu drukarki i materiałów potrzebnych do rozpoczęcia projektu. Jest również elastyczny pod względem przestrzeni, a drukarki są dostępne we wszystkich rozmiarach, od małych stacjonarnych drukarek 3D po duże drukarki przemysłowe.

Koszty przetwarzania

Jak wspomniałem wcześniej, koszt form wtryskowych początkowo znacznie zwiększa całkowity koszt formy, ale w miarę wytwarzania większej liczby części koszt spada. W przypadku druku 3D, koszty form są również niższe z góry.

Również koszt formowanie wtryskowe Obejmuje takie elementy, jak jednostki sterujące, systemy usuwania części i inne drobiazgi, które zwiększają koszt formy.

Koszty materiałowe

Po pierwsze, producenci często kupują materiały luzem do projektów formowania wtryskowego, ponieważ jest to ogólnie dobre dla dużych ilości. Pozwala to zaoszczędzić pieniądze. Ponadto formowanie może obsługiwać materiały o stosunkowo niskiej jakości bez szkody dla wydajności produktu.

Ale w przypadku SLS komorę roboczą wypełnia się proszkiem. Można ponownie użyć proszku, ale nie jest to tak wydajne i droższe. Ponadto niektóre zastosowania wymagają materiałów o specjalnych właściwościach (takich jak wysoka wytrzymałość, elastyczność lub stabilność termiczna), aby uzyskać pożądaną wydajność. Materiały te kosztują więcej niż standardowe tworzywa sztuczne stosowane w formowaniu wtryskowym.

Koszty pracy

Wreszcie, koszty pracy różnią się między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym, ponieważ wpływa to na ogólną efektywność kosztową. Wysoki stopień automatyzacji druku 3D zmniejsza koszty pracy w przypadku małych partii, złożonych lub niestandardowych części. Interwencja człowieka jest wymagana tylko do konfiguracji, monitorowania i przetwarzania końcowego.

Formowanie wtryskowe jest również zautomatyzowanym, zaawansowanym procesem produkcyjnym, ale złożoność projektowania i konserwacji form prowadzi do wyższych kosztów pracy niż druk 3D.

Jakie są główne różnice między formowaniem wtryskowym a drukiem 3D?

Objętość

Formy wtryskowe są bardzo ważne w formowaniu wtryskowym. Trzeba zaprojektować i wykonać formy. To sprawia, że formowanie wtryskowe nie jest zbyt dobre do prototypowania i produkcji małoseryjnej. Z drugiej strony, w druku 3D nie ma takich kłopotów z narzędziami. Gdy masz już projekt do druku 3D i filament, maszyna może urzeczywistnić twój projekt bez żadnego zamieszania.

Druk 3D świetnie nadaje się więc do prototypowania z tysiącami serii, chyba że inne technologie nie są w stanie zapewnić wymaganej złożoności. Kolejną fajną rzeczą jest to, że formy wtryskowe drukowane w 3D są popularne do formowania tworzyw sztucznych. Formowanie wtryskowe jest jednak bardzo tanie w przypadku średnich i dużych serii. Po stworzeniu formy można wykonać miliony cykli.

Złożoność projektu i personalizacja

Druk 3D jest królem, jeśli chodzi o złożoność, zwłaszcza jeśli porównać formowanie wtryskowe z drukowaniem 3D. Może wykonywać ostre narożniki, podcięcia i inne złożone elementy. Z drugiej strony, formowanie wtryskowe ma pewne ograniczenia w przypadku złożonych geometrii, takich jak proste kąty pochylenia, przepływ materiału w ostrych narożnikach itp.

Ponadto, jeśli produkujesz nawet tysiące części, te same powody sprawiają, że druk 3D jest lepszy w przypadku niestandardowych części i produktów.

Rozmiar części

Po pierwsze, formowanie wtryskowe jest elastyczne w szerokim zakresie rozmiarów, od małych obudów elektronicznych po duże zderzaki samochodowe. Trzeba jednak użyć odpowiedniego sprzętu do formowania wtryskowego i narzędzi (form). Na przykład duże wtryskarki mogą formować części o długości do 1,5 metra lub większej.

Zazwyczaj drukarki 3D lepiej sprawdzają się w przypadku małych komponentów i produktów. Jednak ostatnie innowacje rozszerzyły możliwości rozmiarów drukowanych w 3D produktów i części (300 mm x 300 mm x 400 mm lub więcej).

Tolerancje części

Druk 3D ma mniejsze tolerancje niż formowanie wtryskowe. W przypadku części z tworzyw sztucznych formowanych wtryskowo wynosi ona od ±0,05 mm do ±0,50 mm. Z drugiej strony, tolerancje dla elementów drukowanych w technologii 0,127D mogą wynosić nawet ±3 mm.

Tolerancje zależą również od rodzaju materiału, technologii, oprzyrządowania, sprzętu i doświadczenia produkcyjnego.

Czas realizacji

Wykonanie formy wtryskowej to precyzyjny i czasochłonny proces, który może zająć od kilku tygodni do kilku miesięcy. Drukowanie 3D i inne rodzaje form wtryskowych mogą być mniej czasochłonne. Gdy forma jest już gotowa, formowanie wtryskowe staje się bardzo wydajne i skraca czas realizacji zamówień.

Z drugiej strony, druk 3D pozwala na szybką realizację początkowej produkcji. Wynika to z faktu, że nie są potrzebne narzędzia, takie jak formy, a początkowy czas konfiguracji jest znacznie krótszy.

Siła

Różnica w wytrzymałości między częściami drukowanymi 3D i formowanymi wtryskowo sprowadza się do sposobu ich wykonania. Po pierwsze, jak wytrzymałe są części drukowane 3D? Części drukowane 3D są tworzone poprzez budowanie warstw, co czyni je słabszymi i mniej sztywnymi w bocznym kierunku działania siły.

Z drugiej strony, części formowane są wykonane z pojedynczego wylewu. Dzięki temu są mocniejsze. Ciepło i ciśnienie procesu formowania tworzyw sztucznych usuwa wszelkie pęcherzyki powietrza i zapewnia, że cały materiał jest stopiony razem.

Tak więc formowanie wtryskowe zapewnia mocniejszą i sztywniejszą część niż drukowanie 3D. Jedyną rzeczą, o której należy pomyśleć, jest materiał, ponieważ ostateczna wytrzymałość zależy również od rodzaju użytego surowca.

Wykończenie powierzchni

Porównajmy teraz wygląd części. Gdy stopiony materiał jest wtłaczany do formy pod wpływem ciśnienia i ciepła, jego powierzchnia staje się gładka po ostygnięciu i stwardnieniu. Zależy to jednak również od tego, jak gładkie są ścianki formy.

Z drugiej strony, obiekty drukowane 3D mogą mieć widoczne linie warstwy materiału. Chropowatość (Ra) drukowanych w 3D produktów z tworzyw sztucznych wynosi zazwyczaj od 1,6 do 25 µm. Z drugiej strony, w przypadku części formowanych wynosi ona od 0,1 do 0,2 mikrona.

Odpady materiałowe

Podczas formowania wtryskowego dochodzi do marnotrawstwa materiału. Zdarza się to w bramach i prowadnicach, wlewach i wypraskach. Ale można je odzyskać w następnym cyklu.

Z drugiej strony, druk 3D jest bardzo wydajny materiałowo. Nie marnuje żadnego materiału (z wyjątkiem czasami podpór strukturalnych).

Jakie są zalety i wady formowania wtryskowego?

Jakie są zalety formowania wtryskowego?

Charakteryzuje się wysoką produktywnością i niskimi kosztami jednostkowymi, zwłaszcza w produkcji masowej. Formowanie wtryskowe sprawia, że wytwarzane części są precyzyjne z partii na partię. Można tworzyć formy, które obsługują złożone elementy i podcięcia. Można go używać do wszelkiego rodzaju rzeczy, od klamek samochodowych po strzykawki medyczne.

Zachowuje oryginalne właściwości mechaniczne materiału lub je poprawia. Części, które wychodzą z formy wyglądają świetnie, więc nie trzeba z nimi wiele robić.

Jakie są wady formowania wtryskowego?

Pierwszą wadą jest duża inwestycja początkowa w sprzęt do formowania i formy wtryskowe. Złożone geometrie części są ograniczone ze względu na ograniczenia projektowe, takie jak kąty zanurzenia i przepływ materiału. Koszty jednostkowe są zbyt wysokie dla małych partii. Odpady z tworzyw sztucznych podnoszą kwestie zrównoważonego rozwoju i ochrony środowiska.

Jakie są wady i zalety druku 3D?

Jakie są zalety druku 3D?

Początkowa inwestycja w konfigurację i oprzyrządowanie jest niska, dzięki czemu jest opłacalna w przypadku produkcji małoseryjnej. Może tworzyć bardziej złożone kształty niż formowanie wtryskowea zmiany w projekcie można szybko dostosować.

Drukarki 3D mogą szybko wytwarzać prototypy do iteracji projektu i rozwoju produktu. Druk 3D umożliwia uzyskanie wysoce spersonalizowanych części. Jako proces addytywny, wytwarza mniej odpadów niż technologie subtraktywne.

Jakie są wady druku 3D?

Druk 3D do masowej produkcji jest generalnie wolniejszy niż formowanie wtryskowe. Może być jednak skuteczny, jeśli złożoność projektu nie jest kompatybilna z formowaniem. Rozmiar części jest ograniczony rozmiarem łoża i możliwościami drukarki. Wydrukowane powierzchnie często wykazują linie warstw. W związku z tym do uzyskania gładkiej powierzchni mogą być wymagane dodatkowe procesy wykańczające.

Jak wybrać: Formowanie wtryskowe czy druk 3D?

Jeśli chodzi o wybór między formowaniem wtryskowym a drukiem 3D w produkcji, należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników.

Partia

Liczba potrzebnych części jest ważnym czynnikiem przy podejmowaniu decyzji o wyborze procesu. Formowanie wtryskowe świetnie nadaje się do produkcji wielu części (ponad 1000 części na serię). Jeśli potrzebujesz tylko kilku części (mniej niż 10), drukowanie 3D jest tańsze i łatwiejsze.

Jeśli korzystasz z prostych procesów druku 3D, takich jak FDM lub SLS, z tanich tworzyw sztucznych, takich jak ABS, PC, Nylon, i wykonujesz jedną część lub kilka części (takich samych i nie takich samych), druk 3D jest zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem. MJF jest również dobrą opcją do produkcji średnich ilości (10-1000) i jest bardzo powszechny.

Podsumowując, jeśli produkujesz wiele części, formowanie wtryskowe jest najlepszym rozwiązaniem. Jeśli produkujesz kilka części, druk 3D jest najlepszym rozwiązaniem.

Złożoność projektu

Aby wykonać część metodą formowania wtryskowego, należy najpierw wykonać formę. Nie tworzy się formy części, ale formę projektu części. Projektowanie modelu CAD do formowania wtryskowego nie jest łatwe, ponieważ należy wziąć pod uwagę wiele rzeczy.

Na przykład, jeśli w projekcie części występują kąty proste, trudno jest wyjąć część z formy. Jeśli masz delikatne obszary, musisz być z nimi bardzo ostrożny. Ale jeśli chcesz stworzyć coś złożonego, druk 3D jest najlepszym rozwiązaniem. Bez względu na to, jak skomplikowany jest projekt, druk 3D może go wykonać przy bardzo niewielkim wysiłku.

Podsumowując, upewnij się, że twój projekt może być formowany wtryskowo. Jeśli nie, zmień go. Jeśli może, pomyśl o druku 3D.

Czas iteracji

Formowanie wtryskowe zajmuje dużo czasu, ponieważ trzeba przeanalizować projekt i zbudować idealną formę (10-20 dni). Druk 3D ma znacznie krótszy czas realizacji niż formowanie wtryskowe. W Xometry części drukowane 3D można otrzymać w ciągu zaledwie 3 dni.

Podsumowując, jeśli potrzebujesz części od razu, skorzystaj z druku 3D.

Personalizacja

Po zbudowaniu formy do formowania wtryskowego jej zmiana jest kosztowna i czasochłonna. Formowanie wtryskowe nie nadaje się do dostosowywania części lub wprowadzania zmian w istniejącym projekcie. To, co wychodzi z formy, jest częścią końcową, a jej zmiana jest bardzo trudna.

Z drugiej strony, druk 3D świetnie nadaje się do dostosowywania części. Wszystko, czego potrzebujesz, to zmodyfikowany lub dostosowany plik CAD. Jest to więc świetne rozwiązanie do prototypowania i testowania części.

Podsumowując, jeśli chcesz stworzyć prototyp lub dostosować coś do swoich potrzeb, powinieneś skorzystać z druku 3D.

Wytrzymałość materiału

Części formowane wtryskowo są wykonane w jednym, solidnym kawałku, co czyni je mocniejszymi, ponieważ nie ma szwów ani słabych punktów. Części drukowane 3D są wytwarzane warstwa po warstwie, co czyni je słabszymi. Części drukowane w 3D mają widoczne linie i wady strukturalne, których zwykle nie widać w przypadku części formowanych wtryskowo.

Podsumowując, jeśli potrzebujesz czegoś mocnego, wybierz formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych.

Wykończenie powierzchni

Nawet jeśli drukowane w 3D warstwy są małe i znajdują się blisko siebie, nadal można je zobaczyć. Oznacza to, że powierzchnia gotowego obiektu jest nierówna, niezależnie od tego, jak szczegółowe są warstwy. Jest to problem, jeśli chcesz tworzyć rzeczy, które ocierają się o inne rzeczy, takie jak części maszyn, które dotykają i poruszają się. Po wydrukowaniu trzeba wygładzić powierzchnię, co wymaga dodatkowej pracy.

W przeciwieństwie do tego, podczas wtryskiwania plastiku do formy, tworzywo sztuczne jest wprowadzane jako pojedyncza warstwa o gładkiej powierzchni. Nie trzeba martwić się o linie i warstwy formy. Ponadto, części formowane wtryskowo można wygładzić po ich wykonaniu.

Wnioski: Jeśli chcesz uzyskać ładne wykończenie powierzchni, wybierz formowanie wtryskowe.

Straty materialne

Formowanie wtryskowe jest wydajne, ponieważ wykorzystuje tylko materiał potrzebny do każdego projektu. To sprawia, że jest to świetny sposób na masową produkcję przedmiotów bez martwienia się o odpady. Z drugiej strony, niektóre technologie druku 3D tracą materiał podczas budowania struktur podporowych, a nawet jeśli materiał w proszku może być ponownie użyty, można go użyć tylko kilka razy, zanim przestanie działać tak dobrze.

Wniosek: Druk 3D nie generuje wielu odpadów, takich jak struktury podporowe, które muszą zostać usunięte w przypadku nieudanych wydruków w postprodukcji, ale gdy jest używany do produkcji jednorazowych lub małych partii, odpady nie są tak duże, podczas gdy w przypadku dużych partii odpady są ogromne. Jeśli więc masz dużą niestandardową partię, możesz pomyśleć o formowaniu wtryskowym, ponieważ nie musisz martwić się o odpady materiałowe.

Wnioski

Oba procesy są dobre w produkcji plastikowych rzeczy, ale są dobre w różnych rzeczach. Formowanie wtryskowe jest dobry do tworzenia wielu małych i dużych skomplikowanych części. Druk 3D jest dobry do wytwarzania kilku skomplikowanych części. Druk 3D nie zastąpi więc tradycyjnego formowania wtryskowego.