Przedmowa: Produkcja przechodzi rewolucję dzięki drukowi 3D i formowaniu wtryskowemu. Druk 3D i formowanie wtryskowe są wykorzystywane do tworzenia produktów fizycznych, ale działają na bardzo różne sposoby i mają różne zalety. Druk 3D nie może więc całkowicie zastąpić formowania wtryskowego.

Czym jest druk 3D?

Druk 3D, zwany również produkcją addytywną, to sposób na tworzenie rzeczy poprzez budowanie ich warstwa po warstwie. Przypomina to budowanie domu z klocków Lego, ale zamiast używać rąk, całą pracę wykonuje maszyna. Maszyna odczytuje plik komputerowy, który mówi jej, co ma robić, a następnie tworzy żądaną rzecz z plastiku, metalu lub innych materiałów.

Jedną z najlepszych rzeczy w druku 3D jest to, że można tworzyć rzeczy, które są naprawdę trudne lub nawet niemożliwe do wykonania przy użyciu innych rodzajów maszyn. Oznacza to, że możesz tworzyć wszelkiego rodzaju nowe rzeczy, których wcześniej nie mogłeś zrobić. Możesz także tworzyć rzeczy naprawdę szybko i tanio, ponieważ nie musisz wydawać dużych pieniędzy na wykonanie specjalnego narzędzia lub formy.

Czym jest formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe to metoda polegająca na podgrzaniu materiału, stopieniu go, a następnie wtłoczeniu do formy. Odbywa się to poprzez wciśnięcie go z dużą siłą. Następnie pozwala się mu ostygnąć i stwardnieć. Kiedy jest gotowe, masz przedmiot. Jest to dobry sposób na tworzenie wielu rzeczy, które są trudne do wykonania. To jeden ze sposobów, w jaki tworzymy rzeczy.

Oto jak to zrobić formowanie wtryskowe działa w następujący sposób: topisz plastikowe granulki, a następnie wystrzeliwujesz je do formy pod wysokim ciśnieniem. Forma ma kształt przedmiotu, który chcesz wykonać. Gdy plastik stygnie i twardnieje, przybiera kształt formy, a następnie wyskakuje z niej część.

Zaletą formowania wtryskowego jest to, że jest wydajne i można wyprodukować wiele rzeczy. Po zapłaceniu za formę, koszt wykonania każdej części jest dość niski, zwłaszcza jeśli wykonuje się ich dużo. Ponadto można tworzyć wszelkiego rodzaju kształty z wszelkiego rodzaju tworzyw sztucznych.

Zalety formowania wtryskowego

Formowanie wtryskowe słynie z niezrównanej wydajności w produkcji masowej, zapewniając szybki, spójny i opłacalny sposób wytwarzania produktów. Świetnie nadaje się do tworzenia części o skomplikowanych kształtach, a także zapewnia wysoką dokładność i spójność podczas produkcji wielu części. Można również używać wielu różnych materiałów i kolorów, aby zaspokoić potrzeby różnych branż.

Nadaje się do produkcji złożonych i precyzyjnych produktów

Jedną z głównych zalet formowania wtryskowego tworzyw sztucznych jest łatwość projektowania złożonych, precyzyjnych części i zespołów z tworzyw sztucznych. Formowanie wtryskowe charakteryzuje się wąskimi tolerancjami w porównaniu do innych technologii. Dlatego też jest szeroko stosowane w produkcji części samochodowych.

Swobodny wybór spośród różnorodnych materiałów

Istnieje mnóstwo tworzyw sztucznych, które można wykorzystać w procesie formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Istnieją materiały, takie jak antystatyczne tworzywa sztuczne, kauczuki termoplastyczne, tworzywa sztuczne odporne na chemikalia i materiały biokompostowalne, które są dostępne w dopasowanych kolorach lub kolorach przedmieszki.

Zautomatyzowane procesy obniżające koszty produkcji

Formowanie wtryskowe jest procesem zautomatyzowanym. W rzeczywistości większość formowanie wtryskowe procesy są wykonywane przy użyciu maszyn i robotów. Ponieważ automatyzacja obniża koszty produkcji, zmniejszają się również koszty ogólne. Dodatkowo, wraz ze zmniejszeniem nakładu pracy, zmniejsza się również całkowity koszt wytworzenia produktu.

Wysoce wydajne metody produkcji

Po zaprojektowaniu formy wtryskowej zgodnie ze specyfikacjami podanymi przez klienta i wstępnym zaprogramowaniu wtryskarki, rzeczywisty proces formowania wykorzystywany do produkcji części staje się bardzo szybki. Dlatego jedna forma może wytwarzać więcej produktów. Wysoka produktywność sprawia, że formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest wydajne i opłacalne.

Produkuj mniej odpadów i bądź ekologiczny

W przypadku formowania wtryskowego współczynnik powtarzalności części jest bardzo wysoki. Nawet wlewki i prowadnice (tj. resztkowe fragmenty tworzywa sztucznego utworzone przez tunel z tworzywa sztucznego, z którego docierają do właściwej formy) mogą być ponownie szlifowane w celu ponownego wykorzystania materiału.

Wady druku 3D

Druk 3D, znany również jako produkcja addytywna, zmienił sposób, w jaki myślimy o projektowaniu i produkcji. Choć oferuje niezrównaną elastyczność i możliwość personalizacji, ma też pewne ograniczenia. Proces ten jest generalnie wolniejszy niż tradycyjne metody produkcji, co czyni go mniej odpowiednim do produkcji wielkoseryjnej.

Niewystarczająco silny

W porównaniu z tradycyjnymi materiałami produkcyjnymi, większość obecnych materiałów do druku 3D nie jest wystarczająco wytrzymała. Chociaż opracowano materiały o wysokiej wytrzymałości i odporności na zużycie, nadal nie są one tak wytrzymałe jak metal. Ogranicza to niektóre zastosowania, które muszą być naprawdę mocne.

Prędkość produkcji jest stosunkowo niska

W porównaniu do tradycyjnych procesów produkcyjnych, druk 3D jest powolny. Drukowanie dużych przedmiotów zajmuje dużo czasu, ponieważ druk 3D buduje rzeczy warstwa po warstwie. Mimo że ludzie próbowali przyspieszyć druk 3D, nadal nie może on konkurować z tradycyjnymi procesami produkcyjnymi.

Materiały są drogie

Obecnie materiały stosowane w druku 3D są drogie. Niektóre ze specjalnych materiałów do druku 3D są naprawdę drogie. Utrudnia to wykorzystanie druku 3D do dużych rzeczy, zwłaszcza gdy materiały kosztują więcej niż tradycyjna produkcja.

Wykrywanie wad jest problemem

Ze względu na złożoną kontrolę procesu produkcyjnego druku 3D, który wykorzystuje produkcję warstwową i procesy produkcyjne warstwa po warstwie, jakość połączeń między warstwami nie może być tak jednolita, jak w przypadku precyzyjnych części kutych. Technologia druku 3D jest ograniczona nieodłącznymi zasadami formowania.

Części wykonane w technologii druku 3D, zwłaszcza części metalowe, mają wewnętrzne wady produkcyjne, w tym głównie puste przestrzenie, mikropęknięcia, słabe topienie i inne wady. Rozmiar tych defektów jest zazwyczaj mniejszy niż 20 μm, mniej niż próg ogólnych nieniszczących metod testowania, a defekty te są źródłem inicjacji pęknięć, poważnie wpływając na wytrzymałość zmęczeniową konstrukcji.

Trudności w precyzyjnej kontroli

W procesie drukowania 3D, od oprogramowania i sprzętu samego urządzenia po materiały formujące i procesy formowania, istnieje wiele czynników, które wpływają na jakość przetwarzania w każdym ogniwie. Praktyka inżynierska pokazuje, że kluczowymi czynnikami wpływającymi na dokładność druku 3D są kontrola mechaniczna, przetwarzanie danych modelu, charakterystyka materiału i kontrola parametrów formowania.

Czynniki te kontrolują ilość dodawanego materiału, rozmiar jednostki drukującej 3D i dokładność ruchu systemu, które określają dokładność części w kierunku akumulacji i minimalną zdolność produkcyjną części.

Poprawa dokładności druku 3D wymaga zmniejszenia ilości dodawanego materiału, kontrolowania rozmiaru jednostki drukującej 3D i poprawy dokładności ruchu systemu. Możliwości te są jednak trudne do dalszej poprawy w ramach krótkoterminowych badań.

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

Druk 3D i formowanie wtryskowe są często postrzegane jako konkurencyjne technologie, z których każda ma swoje zalety i zastosowania.

Podczas gdy druk 3D oferuje personalizację i elastyczność, formowanie wtryskowe doskonale sprawdza się w przypadku wydajności produkcji wielkoseryjnej i niższych kosztów.

Porównajmy różnice między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym.

Początkowe koszty konfiguracji

Formowanie wtryskowe wiąże się z wysokimi początkowymi kosztami konfiguracji ze względu na produkcję form (np. $10,000 - $50,000), podczas gdy druk 3D ma stosunkowo niskie początkowe koszty konfiguracji, ponieważ nie są wymagane żadne formy.

Koszt jednostkowy

Formowanie wtryskowe jest niski w przypadku dużych ilości, a koszty maleją wraz ze skalą, koszty druku 3D są generalnie wyższe, zwłaszcza w przypadku jednorazowych lub małych partii.

Prędkość

Formowanie wtryskowe jest szybkie, od kilku sekund do kilku minut na część, idealne do masowej produkcji. Druk 3D jest wolniejszy i zajmuje kilka godzin na część, w zależności od złożoności i rozmiaru.

Materiały

Formowanie wtryskowe jest dostępne w szerokiej gamie materiałów, w tym różnych tworzyw sztucznych i metali, i nadaje się do zastosowań wymagających dużych obciążeń. Druk 3D jest dostępny w szerokiej gamie materiałów, w tym tworzyw sztucznych, metali i żywic, ale jego przydatność zależy od zastosowania.

Objętość

Formowanie wtryskowe jest bardzo wydajne w produkcji masowej, z wydajnością od tysięcy do milionów sztuk. Druk 3D najlepiej nadaje się do małych partii, prototypów i produktów niestandardowych.

Personalizacja

Wymiana form wtryskowych jest kosztowna i czasochłonna. Druk 3D jest wysoce .

Elastyczne i łatwe do cyfrowej modyfikacji projekty

Wytrzymałość i trwałość

Formowanie wtryskowe jest generalnie mocniejsze i lepsze dla części funkcjonalnych, drukowanie 3D może się różnić w zależności od technologii i użytych materiałów.

Precyzja i spójność

Formowanie wtryskowe jest niezwykle precyzyjne z wąskimi tolerancjami (np. ±0,005 cala), drukowanie 3D jest dokładne, ale może się różnić (np. ±0,1 mm do ±0,5 mm).

Wpływ na środowisko

Formowanie wtryskowe ma duży wpływ na środowisko ze względu na odpady materiałowe i energię zużywaną w procesie. Druk 3D może mieć mniejszy wpływ na środowisko dzięki mniejszej ilości odpadów i bardziej zrównoważonym materiałom.

Możliwości w zakresie złożoności projektu

Formowanie wtryskowe może obsługiwać złożone projekty, ale jest ograniczone ograniczeniami formy, druk 3D doskonale nadaje się do złożonych kształtów i skomplikowanych detali.

Tolerancje i jakość powierzchni

Formowanie wtryskowe ma wąskie tolerancje i dobre wykończenie bez dodatkowej obróbki, tolerancje druku 3D mogą nie być tak wąskie, a wykończenie powierzchni może wymagać dodatkowej obróbki.

Przydatność materiału do zastosowań końcowych

Formowanie wtryskowe jest świetne i dobre dla funkcjonalnych części i produktów końcowych, drukowanie 3D jest dobre dla prototypów i niefunkcjonalnych części, ale zależy to od tego, co tworzysz.

Kiedy stosować formowanie wtryskowe części z tworzyw sztucznych?

Formowanie wtryskowe jest najlepszym rozwiązaniem dla niektórych potrzeb produkcyjnych. Jest to najlepsza metoda dla projektów, w których ważna jest objętość, koszt i precyzja.

Produkcja masowa

Gdy trzeba wykonać wiele części, formowanie wtryskowe jest najlepszym rozwiązaniem. Jest idealna do masowej produkcji, ponieważ może szybko i konsekwentnie wytwarzać mnóstwo części. Koszt przygotowania formy jest równoważony przez niższy koszt pojedynczej części, co pozwala zaoszczędzić sporo pieniędzy przy produkcji wielu części. Formowanie wtryskowe to najszybszy i najbardziej wydajny sposób na wyprodukowanie od tysięcy do milionów takich samych elementów, więc jest to najlepszy wybór w przypadku dużych zamówień.

Spójność i precyzja w produkcji

Formowanie wtryskowe jest znane ze swojej zdolności do produkcji części o wysokiej precyzji i jednorodności. Jest to najlepszy sposób, jeśli potrzebujesz części o wąskich tolerancjach i stałej jakości. Precyzja formowania wtryskowego oznacza, że każda część jest kopią poprzedniej, co jest ważne w branżach, w których spójność ma kluczowe znaczenie, takich jak motoryzacja i produkcja urządzeń medycznych.

Projektowanie złożonych części i detali

Gdy mamy do czynienia ze złożonymi projektami części lub potrzebujemy skomplikowanych detali, formowanie wtryskowe jest często najlepszym wyborem. Proces ten może obsługiwać złożone geometrie i drobne szczegóły, które mogą być trudne lub niemożliwe w przypadku druku 3D. Formy wtryskowe można zaprojektować tak, aby wytwarzały złożone kształty z dużą precyzją, dzięki czemu metoda ta doskonale nadaje się do części o szczegółowych cechach lub określonych wymaganiach funkcjonalnych.

Materiały i trwałość

Jeśli potrzebujesz wykonać części z określonego materiału lub o określonych właściwościach fizycznych, formowanie wtryskowe daje Ci wiele możliwości. Możesz użyć wszelkiego rodzaju tworzyw sztucznych i kompozytów, aby upewnić się, że produkt końcowy jest wystarczająco mocny, elastyczny lub odporny na ciepło. Jest to szczególnie ważne w przypadku produkcji części, które muszą być odporne na duże obciążenia mechaniczne lub czynniki środowiskowe.

Opłacalność w przypadku dużych zamówień

Kiedy produkujesz dużo części, korzyści kosztowe formowania wtryskowego naprawdę zaczynają być widoczne. Nawet jeśli z góry trzeba wydać więcej pieniędzy na zaprojektowanie formy i skonfigurowanie maszyny, koszt jednej części spada wraz z wytwarzaniem większej liczby części.

Świetne wykończenie powierzchni i dobry wygląd

Części wykonane metodą formowania wtryskowego mają doskonałe wykończenie powierzchni i zwykle nie wymagają dodatkowej pracy. W przypadku produktów konsumenckich ważne jest, aby wyglądały tak dobrze, jak działają. Formowanie wtryskowe to najlepszy sposób na tworzenie części, które wyglądają dobrze, mają ten sam kolor i są takie same w dotyku. Dlatego ludzie, którzy produkują takie rzeczy jak telefony i tostery, używają formowania wtryskowego.

Kiedy stosować druk 3D?

Druk 3D jest świetny do niektórych rzeczy i ma pewne zalety w porównaniu z innymi sposobami wytwarzania rzeczy, takimi jak formowanie wtryskowe.

Możesz szybko tworzyć rzeczy i szybko je zmieniać

Kiedy zaczynasz coś tworzyć, druk 3D jest niesamowity. Pozwala stworzyć coś, wypróbować i ulepszyć. Można tworzyć rzeczy szybko i szybko je zmieniać. Druk 3D jest naprawdę dobry do szybkiego i łatwego tworzenia rzeczy, tworzenia ich wtedy, gdy są potrzebne i wypróbowywania nowych pomysłów.

Tworzenie niestandardowych części

Druk 3D doskonale nadaje się do tworzenia niestandardowych lub spersonalizowanych części. Niezależnie od tego, czy chodzi o niestandardowe urządzenia medyczne, niestandardowe części samochodowe czy unikalne modele architektoniczne, metoda ta pozwala na dużą personalizację bez wysokich kosztów niestandardowych form do formowania wtryskowego.

Złożone kształty i projekty

Jedną z największych zalet druku 3D jest to, że może on obsługiwać złożone kształty i projekty, które byłyby trudne lub niemożliwe do wykonania za pomocą formowania wtryskowego. Oznacza to, że możesz robić rzeczy, które nigdy wcześniej nie były możliwe, takie jak tworzenie części o wewnętrznych kształtach, podcięciach i dziwnych kształtach.

Produkcja małoseryjna i limitowana

Druk 3D jest idealny do produkcji małych ilości i ograniczonych serii. Jest to opłacalna alternatywa dla projektów, w których nie potrzeba wielu części, więc nie trzeba wydawać mnóstwa pieniędzy na formy wtryskowe. Jest to szczególnie korzystne dla startupów i małych firm, które nie mają zbyt wielu produktów.

Mniej odpadów i zrównoważona produkcja

Zrównoważony rozwój ma duże znaczenie w produkcji, a druk 3D jest bardziej ekologiczną opcją. Zamiast wycinać materiał w celu nadania kształtu, jak w przypadku tradycyjnych metod, wykorzystuje on tylko materiał potrzebny do zbudowania części. Oznacza to mniej odpadów.

Różnice w zastosowaniu między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym

Jeśli chodzi o druk 3D i formowanie wtryskowe, wybór często zależy od zastosowania. Każdy z nich ma swoje mocne strony i jest lepiej dostosowany do różnych potrzeb produkcyjnych.

Druk 3D doskonale nadaje się do dostosowywania i złożonych projektów, podczas gdy formowanie wtryskowe jest preferowanym wyborem do wysokonakładowej, opłacalnej produkcji. Przyjrzyjmy się bliżej, gdzie każda z nich jest powszechnie stosowana w różnych branżach.

Prototypy

Druk 3D pozwala na szybkie zmiany w projekcie i możliwość szybkiego testowania wielu iteracji. Formowanie wtryskowe doskonale nadaje się do prototypów na końcowym etapie, które muszą wyglądać i czuć się jak rzeczywisty produkt.

Części niestandardowe: Druk 3D doskonale sprawdza się w przypadku produktów niestandardowych lub niestandardowych komponentów o unikalnych wymaganiach. Formowanie wtryskowe jest opłacalne w przypadku niestandardowych części o dużej objętości, ale każdy projekt wymaga formy.

Złożone projekty

Druk 3D może tworzyć złożone detale i skomplikowane kształty, których nie można wykonać innymi metodami. Formowanie wtryskowe jest ograniczone złożonością formy i jest lepsze dla prostych kształtów.

Produkcja małoseryjna

Druk 3D jest tani w przypadku małych partii i nie wymaga dużych inwestycji z góry. Formowanie wtryskowe jest drogie, ponieważ trzeba zapłacić za formę i konfigurację.

Produkcja masowa

Druk 3D nie nadaje się do masowej produkcji ze względu na niską prędkość i wysoki koszt jednostkowy. Formowanie wtryskowe jest bardzo wydajne i znacznie obniża koszt jednostkowy w produkcji masowej.

Urządzenia medyczne

Druk 3D nadaje się do niestandardowych implantów medycznych i protez, podczas gdy formowanie wtryskowe jest wykorzystywane do masowej produkcji materiałów medycznych, takich jak strzykawki i fiolki.

Części lotnicze

Druk 3D jest odpowiedni dla lekkich, złożonych komponentów, podczas gdy formowanie wtryskowe jest odpowiednia dla produktów o dużej objętości, takich jak części kabin.

Części samochodowe

Druk 3D jest ograniczony do prototypowania i specjalistycznych komponentów, podczas gdy formowanie wtryskowe jest odpowiednie dla produktów o dużej objętości, takich jak części kabin.

Części samochodowe

Druk 3D jest ograniczony do projektowania prototypów i grup zawodowych, podczas gdy formowanie wtryskowe dominuje w produkcji standardowych części o dużej objętości.

Towary konsumpcyjne

Druk 3D świetnie sprawdza się w przypadku niestandardowych lub limitowanych edycji, a formowanie wtryskowe jest świetne do tworzenia wielu rzeczy, takich jak zabawki i artykuły gospodarstwa domowego.

Edukacja/Badania

Druk 3D jest dobry do nauki i eksperymentowania, formowanie wtryskowe nie jest zwykle używane, ponieważ jego przygotowanie jest bardzo kosztowne,

Dlaczego druk 3D nie może całkowicie zastąpić formowania wtryskowego?

Cena

Zarówno FDM, jak i formowanie wtryskowe wykorzystują materiał ABS. ABS do formowania wtryskowego kosztuje 10 000 juanów za tonę, czyli 10 juanów. Jeden kilogram, plus kilka centów tonera, koszt surowca jest właśnie taki. Patrząc wstecz, FDM wykorzystuje filament ABS, który kosztuje około 50 za kilogram. Różnica w kosztach materiałów jest prawie 5-krotna.

Wykorzystanie materiałów

Mówi się, że druk 3D to produkcja addytywna, która pozwala oszczędzać materiały. Jednak wiele osób może nie wiedzieć, że formowanie wtryskowe faktycznie oszczędza materiały. Formowanie wtryskowe ma bardzo dojrzały proces recyklingu i ponownego wykorzystania odpadów, a materiał z dyszy można ponownie zainwestować, nawet nie lądując na ziemi. Po powrocie do leja zasypowego w celu ponownego użycia, 25-kilogramowy worek surowców jest prawie równoważny 25 kg produktu.

Prędkość

Ogólnie rzecz biorąc, nie jest dużym problemem przetworzenie dwóch form w ciągu jednej minuty w przypadku formowania wtryskowego, aby zapewnić dobrą jakość produktu. Drukowanie FDM i FDM powinno być rejestrowane w godzinach.

Wytrzymałość produktu i dokładność formowania

Słowo formowanie wtryskowe jest bardzo jasne. Po stopieniu surowca z tworzywa sztucznego jest on wtryskiwany do formy pod określonym ciśnieniem. Ciśnienie będzie nadal utrzymywane przez pewien czas po tym, jak surowiec wypełni formę, a następnie po pewnym czasie po schłodzeniu można go usunąć z formy.

Proces ten zapewnia odpowiednią wytrzymałość i precyzję produktu. Klocki Lego, klocki Lego wyprodukowane 10 lat temu i klocki Lego produkowane dzisiaj mogą dobrze do siebie pasować. Jeśli FDM jest używany do produkcji klocków Lego, trudno jest kontrolować dokładność do tego poziomu.

Ponadto FDM jest drukowany warstwa po warstwie. Ta metoda nie może zagwarantować, że produkt będzie gładki. Przy wystarczającej wytrzymałości ten sam klocek Lego można podnieść i użyć, jeśli zostanie upuszczony i nadepnięty, ale nie można go użyć ponownie, jeśli jest drukowany w technologii FDM.

Podsumowując, formowanie wtryskowe ma swoje zalety, ponieważ ewoluowało. Te zalety sprawiają, że nie widzę możliwości zastąpienia go drukiem 3D. Druk 3D ma swoje zalety jako wyspecjalizowana i spersonalizowana metoda przetwarzania, ale chcę zastąpić formowanie wtryskowe. Uważam, że jest to nadal trudna metoda.

Wnioski

Jeśli chodzi o wybór między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii. Należą do nich przepustowość, złożoność projektu, koszt i zamierzone zastosowanie. Druk 3D jest świetny, ponieważ jest bardzo elastyczny. Można go używać do szybkiego prototypowania, dostosowywania i tworzenia złożonych projektów. Idealnie nadaje się do produkcji małoseryjnej, zwłaszcza gdy potrzebne są unikalne lub złożone części.

Z drugiej strony, formowanie wtryskowe doskonale nadaje się do produkcji wielkoseryjnej. Jest ekonomiczna, precyzyjna i spójna. Jest to najlepszy sposób, gdy trzeba wykonać wiele takich samych części. Jest to szczególnie dobre rozwiązanie, gdy potrzebne są mocne i trwałe części. Jeśli chodzi o porównanie druku 3D i formowania wtryskowego, każda z tych metod ma swoje zalety. Musisz przyjrzeć się swojemu projektowi i zdecydować, który z nich jest dla Ciebie odpowiedni.