Słowo wstępne: Firmy produkcyjne coraz częściej decydują się na druk 3D ze względu na jego opłacalność i liczne zalety. Technologia ta zyskała solidną reputację w branży produkcyjnej, stając ramię w ramię z tradycyjnymi technikami wytwarzania.

Potencjał druku 3D jest ogromny, ponieważ może on zmniejszyć liczbę części, tworzyć lżejsze i strukturalnie mocniejsze komponenty oraz obniżyć koszty montażu. Wykorzystanie druku 3D do produkcji umożliwia wytwarzanie części o cechach, które są nieosiągalne lub trudniejsze do osiągnięcia przy użyciu konwencjonalnych metod.

Dlaczego więc druk 3D jest tak popularny? Czy druk 3D jest tańszy niż formowanie wtryskowe? W tym artykule omówiono przede wszystkim porównanie kosztów druku 3D i formowania wtryskowego.

Druk 3D i procesy formowania wtryskowego

Drukowanie 3D, znane również jako produkcja addytywna, to proces konstruowania modelu 3D z CAD lub cyfrowego modelu 3D. Materiał jest nakładany warstwa po warstwie w celu stworzenia pożądanego obiektu.

Dla kontrastu, Procesy formowania wtryskowego obejmują ustalone techniki, w których materiał jest usuwany lub odlewany do formy poprzez szlifowanie, wiercenie lub obróbkę skrawaniem.

Jakie czynniki wpływają na cenę druku 3D?

Druk 3D jest powszechnie uznawany za najszybszą i najbardziej opłacalną metodę tworzenia części zarówno do prototypowania, jak i rosnącej gamy zastosowań końcowych. Przy określaniu kosztów druku 3D niestandardowych części brane są pod uwagę różne czynniki.

Materiały

Każda technologia druku 3D ma swój własny materiał polimerowy. Szpule wykorzystywane w technologii FDM (fused deposition modeling) są zazwyczaj tańsze, podczas gdy żywica SLA, SLS i proszki MJF są zazwyczaj droższe. Ilość materiału potrzebnego do wydrukowania części będzie miała znaczący wpływ na ogólną cenę, szczególnie w przypadku korzystania z technologii FDM.

Objętość części

Większe części wymagają więcej materiału i miejsca na maszynie, co skutkuje dłuższym czasem produkcji. Wzrost ilości materiałów i czasu produkcji prowadzi z kolei do wyższych kosztów.

Przetwarzanie końcowe

Po zakończeniu procesu drukowania może być konieczna dodatkowa praca ręczna w celu sfinalizowania montażu. Te metody wykańczania obejmują usuwanie podpór lub proszku, czyszczenie, szlifowanie i inne techniki obróbki końcowej, z których wszystkie przyczyniają się do ostatecznej ceny części.

Koszty sprzętu

Wydatki te obejmują czas instalacji i konfiguracji, koszty operacyjne, rutynową konserwację maszyn i sporadyczne naprawy. Niezależnie od zastosowanej technologii produkcji, koszty te prawdopodobnie zostaną poniesione.

Jednym z głównych czynników, które sprawiają, że druk 3D jest opłacalną opcją dla wielu zastosowań, są minimalne koszty konfiguracji technologii. Aspekt ten sprawia, że druk 3D jest szczególnie korzystny w przypadku części produkowanych w mniejszych ilościach. Jednakże, może on również okazać się bardziej konkurencyjny cenowo niż obróbka CNC i formowanie wtryskowe w przypadku większych wolumenów produkcji.

Jakie kluczowe czynniki należy wziąć pod uwagę między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym?

Czas produkcji

Porównując druk 3D z formowaniem wtryskowym, czas produkcji staje się kluczowym czynnikiem różnicującym. Metody formowania wtryskowego, na przykład formowanie wtryskowe, wymagają form (oprzyrządowania) do tworzenia części. Opracowanie tych form może trwać od 1 do 2 miesięcy lub dłużej. W kontekście dzisiejszego konkurencyjnego krajobrazu, upływ czasu może dyktować cienką granicę między sukcesem a porażką. Ten konkretny etap produkcji pociąga za sobą znaczne koszty, sprawiając, że produkcja małoseryjna staje się ekonomicznie nieopłacalna.

Jednak paradygmat zmienia się wraz z drukiem 3D. Pomijając fazę formowania, produkcja może szybko rozpocząć się po sfinalizowaniu projektu. Przekłada się to na krótszy czas wprowadzenia produktu na rynek, zapewniając tym samym przewagę konkurencyjną.

Koszt produkcji

Druk 3D nie wiąże się z dodatkowymi kosztami przy każdym nowym wytworzonym produkcie. Oznacza to, że może produkować zarówno jedną część, jak i setki części przy niemal takich samych kosztach. Nie jest to możliwe w przypadku formowania wtryskowego, które często wymaga kosztownych etapów oprzyrządowania, które są uzasadnione tylko wtedy, gdy produkt jest produkowany seryjnie. Dlatego w przypadku produkcji małoseryjnej druk 3D może obniżyć koszty produkcji.

Po drugie, tradycyjne etapy produkcji i montażu wymagają rozległej konfiguracji maszyn i kosztów pracy. Druk 3D może znacznie zmniejszyć lub nawet wyeliminować tę sytuację, ponieważ wymaga minimalnej interwencji ręcznej, eliminuje zmiany narzędzi i skraca czas montażu.

Skuteczność

Biorąc pod uwagę stały koszt jednostkowy druku 3D, można osiągnąć nieograniczone możliwości dostosowywania produktu bez ponoszenia znacznych kosztów. Funkcja ta wspiera integrację zasad myślenia projektowego, ponieważ projektanci i inżynierowie mogą stale udoskonalać i modyfikować produkt przy minimalnych kosztach. Koncentrując się na opracowywaniu produktów, które ściśle odpowiadają preferencjom klientów, firmy mogą potencjalnie zwiększyć sprzedaż.

Obniżenie kosztów związanych z każdą iteracją projektu minimalizuje również ryzyko związane z rozwojem produktu. W konsekwencji, druk 3D wprowadza wyższe ryzyko, które ostatecznie przyczynia się do tworzenia lepszych produktów.

Co więcej, stały koszt produktu ułatwia jego personalizację. Dostosowanie produktów do indywidualnych wymagań klientów zwiększa ogólne doświadczenie marki.

Zrównoważony rozwój

Druk 3D i zrównoważony rozwój są ze sobą ściśle powiązane. Konwencjonalne metody produkcji subtraktywnej generują nadmiar złomu, który często nie nadaje się do użytku.

W przeciwieństwie do tego, druk 3D opiera się na zasadach wytwarzania przyrostowego, aby budować produkty od podstaw, minimalizując w ten sposób ilość odpadów. Dzięki zastosowaniu technologii Design for Additive Manufacturing (DfAM), optymalizacji topologii i projektowania generatywnego, można zmniejszyć zużycie materiałów i wagę produktu. Lżejsze produkty mogą potencjalnie zmniejszyć zużycie energii w transporcie i logistyce o 40% do 60%.

Złożoność stanowi poważne wyzwanie w formowaniu wtryskowym, wpływając na koszty produktu. Złożoność części jest kluczowym czynnikiem zwiększającym koszty. Złożone projekty wymagają większej precyzji i wiedzy specjalistycznej, co powoduje wzrost kosztów produkcji. Im bardziej skomplikowany projekt, tym wyższe koszty.

Druk 3D oferuje wiele unikalnych korzyści dla branży produkcyjnej. Eliminuje ograniczenia projektowe związane z wytwarzaniem złożonych projektów. Wzrost złożoności nie wpływa znacząco na koszty produkcji, ponieważ cena za część pozostaje względnie stabilna.

Co więcej, konsolidacja części może być wdrożona poprzez połączenie wielu części w jedną część bez dodatkowych kosztów, eliminując w ten sposób lub zmniejszając wymagania montażowe i skracając czas produkcji.

Druk 3D przyspiesza rozwój produktów od etapu pomysłu do rzeczywistych prototypów i gotowych produktów w niespotykanym dotąd tempie, znacznie przewyższając procesy formowania wtryskowego.

Jak już wcześniej wspomniano, ma możliwość łączenia wielu części, eliminując potrzebę etapu montażu, a tym samym skracając całkowity czas produkcji danego produktu.

Magazynowanie jest kluczowym aspektem, w którym formowanie wtryskowe wypada słabo. Technologia ta opiera się przede wszystkim na produkcji masowej i wymaga części zamiennych do większości towarów. W związku z tym formowanie wtryskowe wiąże się z dużymi potrzebami magazynowymi, w tym kosztami związanymi z dzierżawą gruntu, infrastrukturą magazynową, siłą roboczą i nie tylko. Im dłużej przechowywane są zapasy, tym węższa staje się marża zysku.

Druk 3D ma potencjał zrewolucjonizowania operacji magazynowych poprzez ułatwienie produkcji na żądanie i produkcji małych partii, co skutkuje znacznymi oszczędnościami kosztów. Takie podejście może skutecznie zminimalizować wymagania dotyczące magazynowania i usprawnić wydatki firmy.

Personalizacja staje się coraz ważniejsza, a 71% konsumentów oczekuje dostosowanych interakcji, które sprawią, że poczują się wyjątkowo. Jednak, formowanie wtryskowe często mają trudności z personalizacją swoich produktów ze względu na ograniczenia konwencjonalnych metod produkcji.

Techniki te nie są w stanie poradzić sobie z szybką produkcją nowych części, co wymaga znacznych inwestycji w nowe maszyny, projekty i formy w celu wprowadzenia nowych produktów na rynek. Takie inwestycje mogą być niepraktyczne w przypadku rynków niszowych.

Drukarki 3D oferują natomiast niezwykłą elastyczność. Eliminują potrzebę kosztownego tworzenia nowych narzędzi i mogą z łatwością dostosowywać się do modyfikacji produktu. Bez dodatkowych kosztów na wyprodukowaną jednostkę, druk 3D staje się opłacalnym rozwiązaniem do produkcji spersonalizowanych komponentów na dużą skalę. W związku z tym, jeśli nowy trend zakłóci istniejący produkt, wystarczy dostosować projekt i wznowić drukowanie.

Zakup

Dla firm, które chcą zintegrować druk 3D ze swoimi procesami produkcyjnymi, zakup lub początkowa inwestycja kapitałowa pozostaje niewielką przeszkodą. Zamiast inwestować $1,000 w drukarkę 3D, można rozważyć outsourcing druku 3D. Chociaż może się to wydawać lepszą opcją, nie jest to zrównoważona strategia długoterminowa.

Przyszłe możliwości

Druk 3D stale się rozwija, oferując wyraźne korzyści na przyszłość. Liczne branże coraz częściej korzystają z tej technologii. Oznacza to, że technologia ta będzie rozwijać się w bardziej opłacalny sposób, przezwyciężając swoje ograniczenia i prezentując lepsze i nowatorskie materiały, technologie i bardziej przyjazne dla środowiska metody produkcji.

Dlatego lepiej jest wykorzystać zalety technologii druku 3D wcześniej niż później. Formowanie wtryskowe wymaga produkcji na dużą skalę, aby rozłożyć początkowe i bieżące koszty produkcji, oprzyrządowania i pracy montażowej.

Koszt produkcji w druku 3D jest niezależny od ilości, co czyni go bardziej opłacalnym w przypadku mniejszych ilości. Ponadto druk 3D zapewnia większą elastyczność projektowania i możliwość wytwarzania produktów przy użyciu jednej maszyny, co nie zawsze jest możliwe w przypadku tradycyjnych metod.

W dziedzinie produkcji małych i średnich obiektów, druk 3D przewyższa wiele tradycyjnych metod produkcji pod względem szybkości. Ta zwiększona prędkość jest przypisywana czasowi zaoszczędzonemu na tworzeniu oprzyrządowania do odlewów i form stosowanych w procesach formowania wtryskowego.

Druk 3D oferuje liczne korzyści dla produkcji, takie jak elastyczność projektowania, zdolność do tworzenia skomplikowanych projektów, spersonalizowana produkcja masowa i ekonomiczne techniki produkcji małoseryjnej.

Jakie są zalety druku 3D w porównaniu z formowaniem wtryskowym?

Druk 3D tworzy obiekty warstwa po warstwie, w przeciwieństwie do procesów formowania wtryskowego, które polegają na wycinaniu produktów z większych bloków materiału. Ta różnica sprawia, że druk 3D generuje mniej odpadów materiałowych.

Istnieje szeroka gama technologii druku 3D, takich jak bezpośrednie osadzanie energii, drukarki na bazie żywicy (lub polimeryzacja VAT), rozpylanie spoiwa, wytłaczanie materiału, rozpylanie materiału, fuzja złoża proszkowego i laminowanie arkuszy.

Wszystkie rodzaje druku 3D można podzielić na te grupy. Ponadto technologia druku 3D zapewnia różne materiały do drukowania obiektów. Branże obecnie wykorzystujące druk 3D obejmują robotykę, lotnictwo, motoryzację, medycynę, stomatologię, sport i inne towary konsumpcyjne.

Druk 3D oferuje kilka zalet w porównaniu z formowaniem wtryskowym, w tym

Brak kosztów konfiguracji

Metody formowania wtryskowego wyróżniają się w produkcji masowej, ale nie sprawdzają się w przypadku produkcji pojedynczych prototypów, części pilotażowych, części zamiennych, niskonakładowych serii produkcyjnych, oprzyrządowania lub osprzętu ze względu na wysokie koszty konfiguracji.

Wdrażając technologię druku 3D, firmy mogą korzystać z niższych kosztów konfiguracji i bezpośredniej produkcji części z modeli cyfrowych. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, druk 3D eliminuje potrzebę stosowania form, zapewniając opłacalną alternatywę dla produkcji.

Inwestycja we wszechstronną drukarkę 3D pozwala na tworzenie części przy użyciu szerokiej gamy tworzyw termoplastycznych, od polimerów inżynieryjnych po wysokowydajne polimery i kompozyty polimerowe. Technologia ta oferuje elastyczność i przystępną cenę, co czyni ją idealnym rozwiązaniem produkcyjnym dla różnych potrzeb.

Krótki czas dostawy (szybki dostęp do części)

Rozpoczęcie produkcji przez formowanie wtryskowe Metody te obejmują tworzenie form, rozbudowę fabryki i pozyskiwanie bloków materiałowych. Proces ten jest szczególnie czasochłonny, a uzyskanie początkowej partii części zajmuje średnio od 15 do 60 dni. Natomiast druk 3D eliminuje te koszty, umożliwiając produkcję pierwszych części w ciągu jednego dnia.

Połączenie krótkiego czasu realizacji i opłacalnej produkcji ułatwia szybkie wejście produktów na rynek. Dodatkowo, pozwala to na szybką reakcję i dostosowanie części w czasie rzeczywistym podczas produkcji. Tworząc drukarkę 3D do użytku osobistego, masz autonomię w zakresie bezpośredniej i szybkiej produkcji wymaganych komponentów zgodnie ze swoimi specyfikacjami.

Porównanie kosztów jednostkowych

Jedną z zalet druku 3D jest to, że złożoność produkowanych części nie zwiększa kosztów produkcji. Koszt jednostkowy części wyprodukowanej za pomocą druku 3D pozostaje stały niezależnie od wielkości produkcji, niezależnie od tego, czy jest to 1 jednostka, czy 1000 jednostek. Cecha ta wynika z geometrii części, dzięki czemu druk 3D jest idealnym rozwiązaniem produkcyjnym do wytwarzania serii w określonym zakresie rozmiarów.

Brak ograniczeń dotyczących kształtu akcji

Omawiając metody produkcji subtraktywnej, materiał jest stopniowo usuwany z bloku, aż część zostanie w pełni uformowana. W tego typu procesie produkcyjnym pojawiają się dwa główne wyzwania. Po pierwsze, występują znaczne straty materiału, często sięgające 70-80% oryginalnego bloku. Po drugie, istnieją ograniczenia w dostępności bloków materiałowych, szczególnie w przypadku wysokowydajnych polimerów i kompozytów polimerowych.

Z kolei druk 3D nie ma takich ograniczeń. Części są wytwarzane przy minimalnych stratach materiału, co pozwala na skomplikowane geometrie i różnorodny zakres zintegrowanych funkcji. Na przykład, pozyskanie bloku o wymiarach 33x18x18 cm wykonanego z materiałów PEEK lub ULTEM może okazać się trudne, jeśli nie niemożliwe. Nawet jeśli byłoby to możliwe, koszt prawdopodobnie wyniósłby tysiące, a nie setki euro.

Znaczna ilość surowca stającego się plastikowymi odłamkami na hali produkcyjnej, stanowiąca 70% odpadów, podkreśla kwestię znacznego marnotrawstwa materiałów.

Druk 3D umożliwia wytwarzanie części w tym samym zakresie rozmiarów za ułamek kosztów w porównaniu z częściami obrabianymi maszynowo. Technologia ta zapewnia niezrównaną elastyczność projektowania, pozwalając projektantom uwolnić się od tradycyjnych ograniczeń, w których kształty surowców dyktują punkt wyjścia procesu projektowania.

Efektywne zarządzanie zapasami

W przeciwieństwie do formowanie wtryskowe Druk 3D umożliwia produkcję części na żądanie bezpośrednio tam, gdzie są one potrzebne. Skutkuje to zmniejszeniem potrzeb magazynowych, dzięki czemu zarządzanie zapasami jest bardziej wydajne.

W przypadku części, które są zwykle wytwarzane masowo przy użyciu konwencjonalnych metod, druk 3D umożliwia produkcję pojedynczych części w zależności od potrzeb. W tym scenariuszu magazyn musi przechowywać tylko jedną część zamienną na sztukę.

Kiedy część jest oddawana do użytku, generowana jest część zamienna, która pojawia się na półce następnego dnia. Wykorzystując możliwości druku 3D, magazyny zasadniczo stają się wirtualne, co prowadzi do znacznego zmniejszenia wymaganej przestrzeni magazynowej i związanych z tym wydatków.

Wysoce konfigurowalny

Pojedyncze części, prototypy i pomoce produkcyjne mogą być wytwarzane przy znacznie niższych kosztach dzięki drukowi 3D w porównaniu do metod formowania wtryskowego. Umożliwia to odważne eksperymenty projektowe i sprzyja nieszablonowemu myśleniu, co często prowadzi do znaczących innowacji.

Co więcej, możliwość wprowadzania nieograniczonych zmian w istniejących produktach w oparciu o opinie klientów ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia najlepszego doświadczenia klienta. Wykorzystując moc druku 3D, firmy mogą obniżyć koszty i szybkość iteracyjnego rozwoju produktu nawet o 90% w porównaniu z metodami formowania wtryskowego.

Dodatkowo, dzięki technologii druku 3D, prototypy mogą być tworzone przy użyciu prawdziwych materiałów pochodzących z różnych gałęzi przemysłu, zapewniając, że części są autentycznymi funkcjonalnymi prototypami, a nie tylko wizualnymi replikami. Co więcej, technologia ta pozwala również na produkcję części pilotażowych, a nawet pełnych serii produkcyjnych w przyszłości.

Koszty konfiguracji i oprzyrządowania to kolejny obszar, w którym druk 3D wyraźnie się wyróżnia, ponieważ nie wymaga żadnych inwestycji w żadnym z tych obszarów. W przeciwieństwie do tego, formowanie wtryskowe pociąga za sobą koszty oprzyrządowania i często opłaty konfiguracyjne za każdym razem, gdy część jest formowana. Jak wspomniano wcześniej, analiza DFM może pomóc obniżyć koszty oprzyrządowania, ale nadal istnieje możliwość, że oprzyrządowanie będzie wiązało się ze znacznymi kosztami początkowymi.

Co więcej, druk 3D oferuje niesamowite możliwości zmniejszenia liczby części, tworzenia lżejszych i strukturalnie mocniejszych komponentów oraz zmniejszenia kosztów montażu. Produkując części przy użyciu technologii druku 3D, możliwe staje się uzyskanie cech części, które są nieosiągalne lub trudniejsze do wyprodukowania tradycyjnymi metodami.

Ważne jest, aby pamiętać, że druk 3D nie wymaga osprzętu, form ani różnego rodzaju narzędzi. Pomaga to zrównoważyć dodatkowe koszty obserwowane do tej pory. Kluczową kwestią jest ogólna wartość uzyskana z druku 3D, która okazuje się niezwykła w coraz większej liczbie zastosowań i branż. Z czasem pewne dodatkowe koszty związane z drukiem 3D mogą obniżyć wydatki na produkcję i zapewnić większą elastyczność projektowania oraz wyższą jakość części.

Wnioski

Podsumowując, podczas gdy formowanie wtryskowe koncentruje się przede wszystkim na produkcji, drukowanie 3D wnosi wartość dodaną w całym łańcuchu dostaw. Druk 3D umożliwia większą elastyczność projektowania i produkcji, oszczędność materiałów, zmniejszenie kosztów magazynowania i wysyłki, skrócenie czasu wprowadzenia produktu na rynek, poprawę jakości produktu i efektywność kosztową.

W porównaniu do formowania wtryskowego, druk 3D oferuje szybszą iterację produktu i oszczędność kosztów. W przypadku wykrycia wady projektowej po wydrukowaniu części w 3D, plik CAD można łatwo dostosować i wydrukować do kolejnej iteracji w ciągu kilku dni.

Z drugiej strony, każda modyfikacja projektu w formowaniu wtryskowym pociąga za sobą znaczne koszty związane z przeróbką formy. Co więcej, formowanie wtryskowe często wymaga bardziej skomplikowanych wstępnych prac projektowych, ponieważ tworzenie formy obejmuje złożony proces z wieloma czynnikami do rozważenia.

Efektywność kosztowa druku 3D w porównaniu do formowanie wtryskowe metody różnią się w zależności od czynników takich jak materiały, złożoność projektu, przepustowość i wymagania jakościowe. W przypadku produkcji małoseryjnej, prototypowania lub złożonych projektów, drukowanie 3D może być bardziej opłacalne. Jednak w przypadku produkcji na dużą skalę, metody formowania wtryskowego, takie jak formowanie wtryskowe lub obróbka CNC, mogą oferować niższe koszty jednostkowe.