Przedmowa: Czy druk 3D zastąpi formowanie wtryskowe? Być może nie w najbliższym czasie, ale druk 3D ma wiele zalet w porównaniu z formowaniem wtryskowym. formowanie wtryskoweco sprawia, że świetnie nadaje się do wielu zastosowań prototypowych i przemysłowych. Druk 3D to technologia produkcji addytywnej (AM), która polega na tworzeniu części po jednej warstwie na raz. Ma ona wiele unikalnych zalet w porównaniu z formowaniem wtryskowym, w tym krótszy czas produkcji i rozproszony łańcuch dostaw.

W wielu zastosowaniach druk 3D pozwala uzyskać części szybciej niż formowanie wtryskowe, z dokładnością równie dobrą lub lepszą niż tradycyjna produkcja i przy użyciu bardziej opłacalnych i zrównoważonych materiałów.

Biorąc to pod uwagę, pytanie o to, czy druk 3D zastąpi formowanie wtryskowe istnieje od początku produkcji dodatków uszlachetniających. Nie ma krótkiej odpowiedzi na to pytanie, poza stwierdzeniem, że chociaż druk 3D może nie zastąpić całkowicie formowania wtryskowego w najbliższym czasie, to już przewyższył te procesy w wielu zastosowaniach.

Zrozumienie, dlaczego druk 3D jest przydatny, a nawet optymalny do produkcji, może pomóc projektantom w podejmowaniu lepszych decyzji podczas opracowywania produktów i wyboru procesów produkcyjnych. W tym artykule przedstawimy koncepcyjne zalety i wady druku 3D i formowania wtryskowego, ich obszary zastosowań oraz różnice między nimi.

Druk 3D

Co to jests 3D Printing?

Drukowanie 3D, zwane również produkcją addytywną, to proces, w którym trójwymiarowy obiekt jest tworzony poprzez dodawanie materiału warstwa po warstwie. Materiały mogą być plastikowe, metalowe lub ceramiczne. Jest to sposób na szybkie i precyzyjne tworzenie złożonych projektów.

Jak działa proces druku 3D?

Kluczowe etapy tego procesu obejmują:

Projekt cyfrowy: Proces rozpoczyna się od stworzenia cyfrowego modelu 3D przy użyciu oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD). Ten cyfrowy plik opisuje kształt i specyfikacje obiektu, który ma zostać wydrukowany.

Krojenie modelu: Używanie specjalnego oprogramowania do dzielenia modelu cyfrowego na cienkie poziome sekcje. Warstwy te odpowiadają plasterkom gotowego produktu.

Przygotowanie materiału: Drukuj z wybranego materiału - plastiku, metalu, ceramiki lub innych materiałów dostępnych do drukowania. Materiały są zazwyczaj dostarczane w postaci filamentu, proszku lub płynnej żywicy, w zależności od typu drukarki 3D.

Obiekt wydruku: Drukarka 3D pobiera pocięte warstwy modelu cyfrowego i rozpoczyna drukowanie. Następnie drukarka drukuje lub łączy warstwę po warstwie w oparciu o instrukcje dla każdego plasterka.

Przyczepność międzywarstwowa: Warstwy te sklejają się ze sobą, tworząc stały obiekt. Niezależnie od tego, czy chodzi o topienie plastikowych filamentów, zestalanie płynnej żywicy za pomocą światła UV, czy termiczne spiekanie proszków metali za pomocą laserów, wszystkie rodzaje druku 3D mają za zadanie łączenie warstw.

Budowanie obiektu: W miarę dodawania kolejnych warstw obiekt stopniowo staje się trójwymiarowy. Dodawaj kolejne warstwy, aż cały obiekt będzie kompletny.

Przetwarzanie końcowe (opcjonalnie): Prace związane z obróbką końcową różnią się w zależności od rodzaju zastosowanej technologii druku 3D i użytych materiałów. Może to obejmować przycinanie podpór, szlifowanie, polerowanie lub nakładanie dodatkowej warstwy wykończenia w celu spełnienia określonych standardów jakości powierzchni.

Jakie są zalety druku 3D?

Szybkie prototypowanie: Wynika to z faktu, że tradycyjne techniki produkcyjne obejmują powolne, czasochłonne procesy, takie jak obróbka form lub oprzyrządowania. Projektanci i inżynierowie mogą również szybciej badać koncepcje dzięki szybkiemu prototypowaniu za pomocą drukarek 3D. Skraca to cały proces rozwoju.

Personalizacja: Konfigurowalny charakter obiektów drukowanych 3D jest przydatny w wielu dziedzinach. Na przykład w dziedzinie medycyny, unikalne implanty mogą być dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjentów. Technologia ta może zaspokoić specjalne potrzeby projektowe i może być również wykorzystywana do opracowywania spersonalizowanych produktów dla konsumentów.

Zmniejszenie ilości odpadów materiałowych: W przeciwieństwie do procesów subtraktywnych, które tną materiał z większych części na surowe kawałki, druk 3D składa obiekt kawałek po kawałku. Proces ten wytwarza minimalną ilość odpadów, co czyni go ekologiczną alternatywą dla innych metod, które wytwarzają więcej odpadów, zwłaszcza jeśli formowana część jest złożona.

Nadaje się do produkcji małoseryjnej: Procesy produkcyjne są również zwykle zautomatyzowane, co czyni je niewykonalnymi w przypadku produkcji małoseryjnej i wymaga wysokich kosztów instalacji form lub oprzyrządowania. Takie narzędzia nie są ekonomicznie wykonalne na małą skalę, ale druk 3D może produkować wymagane części w bardzo małych ilościach lub nawet za jednym razem. Jest to dobre rozwiązanie dla rynków niszowych i produktów niestandardowych.

Jakie są ograniczenia druku 3D?

Ograniczenia materiałowe: Ponieważ jednak zakres materiałów do druku stale się poszerza, nadal istnieją branże, które wymagają materiałów o pewnych właściwościach, które trudno jest uzyskać automatycznie za pomocą maszyn.

Ograniczenia rozdzielczości warstwy: Ponieważ obiekty drukowane 3D są tworzone po jednej warstwie na raz, mogą być widoczne linie w różnych kolorach. Wyższa rozdzielczość warstw może w tym pomóc, ale wydłuża również czas i koszty drukowania.

Szybkość produkcji: Podczas gdy druk 3D świetnie nadaje się do szybkiego prototypowania, jego szybkość może być wadą w porównaniu z innymi technologiami do praktycznej produkcji masowej. Wykonywanie formowanych pokryw. Jest to bardziej efektywne czasowo w przypadku produkcji seryjnej na dużą skalę.

W jakich branżach powszechnie stosuje się druk 3D?

Produkcja i prototypowanie: Druk 3D świetnie nadaje się do szybkiego i wydajnego tworzenia prototypów. Pozwala firmom wypróbować projekty i sprawdzić, czy działają, zanim wydadzą dużo pieniędzy na ich produkcję. Pozwala to zaoszczędzić pieniądze i przyspieszyć realizację projektów.

Aerospace: Przemysł lotniczy wykorzystuje druk 3D do produkcji lekkich i skomplikowanych części. Mogą również tworzyć części, które są lżejsze i bardziej skomplikowane, takie jak dysze paliwowe i elementy, które utrzymują samolot razem, dzięki czemu samolot działa lepiej.

Opieka zdrowotna: IW służbie zdrowia wykorzystuje się druk 3D do produkcji urządzeń medycznych i części ciała. Mogą tworzyć rzeczy, które dokładnie pasują do ciała danej osoby, dzięki czemu działają lepiej. Mogą również tworzyć modele ciała danej osoby, aby ćwiczyć operację, zanim wykonają ją naprawdę.

Motoryzacja: W branży motoryzacyjnej wykorzystuje się druk 3D do tworzenia nowych projektów samochodów i części do nich. Mogą również tworzyć specjalne części, które są lżejsze i lepsze, dzięki czemu samochód działa lepiej. Niektóre firmy produkują nawet części do silników za pomocą druku 3D.

Stomatologia: Druk 3D zrewolucjonizował również stomatologię, umożliwiając produkcję bardzo precyzyjnych uzupełnień dentystycznych (koron i mostów) oraz protez. Ułatwia to również tworzenie konkretnych modeli do operacji chirurgii stomatologicznej i planowania leczenia.

Formowanie wtryskowe

Czym jest formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe to proces produkcji tworzyw sztucznych wykorzystywany głównie do wytwarzania części z tworzyw sztucznych.

W tym procesie granulki tworzywa sztucznego są najpierw podgrzewane i topione, a następnie wtryskiwane do formy pod wysokim ciśnieniem, następnie schładzane i zestalane w formie, a na koniec forma jest otwierana i formowany produkt z tworzywa sztucznego jest wyjmowany.

Formowanie wtryskowe ma szeroki zakres zastosowań, w tym produkcję zakrętek do butelek, zabawek, krzeseł i innych przedmiotów codziennego użytku. Proces ten nadaje się nie tylko do masowej produkcji na dużą skalę, ale może również wytwarzać produkty z tworzyw sztucznych o złożonych kształtach i różnorodnych funkcjach.

Jakie są zalety formowania wtryskowego?

Bardzo wysoka wydajność produkcji: Proces formowania wtryskowego poczynił ogromne postępy w automatyzacji i kontroli numerycznej, dzięki czemu cały proces przetwarzania jest wysoce zautomatyzowany i znacznie poprawił wydajność.

Wtryskarka może w sposób ciągły produkować zgodnie z ustawioną procedurą bez zatrzymywania maszyny w celu zmiany formy, zmniejszając interwencję pracowników i błędy ludzkie, poprawiając w ten sposób wydajność produkcji.

Bardzo wysoka precyzja formowania: Proces formowania wtryskowego wykorzystuje zaawansowany sprzęt CNC i precyzyjne formy, aby osiągnąć wysoką precyzję formowania. Jednocześnie, ponieważ parametry takie jak czas i ciśnienie wtrysku mogą być precyzyjnie kontrolowane, można zapewnić dokładność wymiarową i spójność produktu.

Wszechstronność: Formowanie wtryskowe może być stosowane do produkcji szerokiej gamy materiałów, w tym tworzyw termoplastycznych, termoutwardzalnych, gumy, form odlewniczych, proszków metalowych itp. Jest wysoce elastyczne i wszechstronne.

Niski poziom odpadów: Formowanie wtryskowe może wykorzystywać do produkcji różne materiały pochodzące z recyklingu, ponownie wykorzystując wyrzucone tworzywa sztuczne, zmniejszając ilość odpadów materiałowych i zmniejszając zanieczyszczenie środowiska.

Jakie są wady procesu formowania wtryskowego?

Drogie wyposażenie i koszty pleśni: Formowanie wtryskowe wymaga precyzyjnych form i zaawansowanych wtryskarek, które są drogie. Koszty sprzętu i form są więc wysokie i nie są odpowiednie dla małych firm i osób prywatnych.

Rygorystyczne wymagania procesowe: Formowanie wtryskowe ma surowe wymagania dotyczące surowców, form, środowiska i innych aspektów. Jeśli proces jest nieprawidłowy lub nie spełnia wymagań, może to łatwo spowodować problemy z jakością produktu.

Wymaga dużego kapitału i wsparcia technicznego: Formowanie wtryskowe wymaga profesjonalnych techników i wysoce zautomatyzowanego sprzętu, więc firmy muszą mieć wystarczająco dużo pieniędzy i technologii, aby je wspierać.

Wyzwania związane z konserwacją: Zarówno wtryskarki, jak i formy wymagają regularnej konserwacji i przeglądów. Gdy sprzęt i formy pracują z dużymi prędkościami, są bardziej narażone na awarie lub uszkodzenia. Trudności w konserwacji oznaczają również wyższe koszty utrzymania.

Jakie branże są powszechnie wykorzystywane w procesie formowania wtryskowego?

Formowanie wtryskowe to metoda przetwarzania tworzyw sztucznych, która jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach i może przetwarzać części z tworzyw sztucznych o różnych typach i rozmiarach. Poniżej znajdują się niektóre z głównych obszarów, w których proces formowania wtryskowego jest często wykorzystywany do przetwarzania części z tworzyw sztucznych.

Elektronika i urządzenia elektryczne: Formowanie wtryskowe jest wykorzystywane do produkcji obudów, złączy, kabli i innych plastikowych części do sprzętu elektronicznego. Obejmuje to takie rzeczy jak obudowy telefonów komórkowych, gniazda, izolację przewodów i uchwyty do płytek elektronicznych.

Branża motoryzacyjna i transportowa: Przemysł motoryzacyjny szeroko wykorzystuje procesy formowania wtryskowego do produkcji części samochodowych, takich jak tablice przyrządów, soczewki reflektorów, części wewnętrzne, części silnika, części nadwozia oraz różne rury i połączenia.

Branża urządzeń medycznych: W branży urządzeń medycznych technologia formowania wtryskowego jest wykorzystywana do produkcji urządzeń medycznych, strzykawek medycznych, worków infuzyjnych, obudów sprzętu medycznego itp.

Przemysł AGD i RTV: W branży AGD proces formowania wtryskowego jest wykorzystywany do produkcji krzeseł, stołów, pilotów do telewizorów, obudów urządzeń elektrycznych, kranów, akcesoriów łazienkowych itp.

Przemysł dóbr konsumpcyjnych: Formowanie wtryskowe jest szeroko stosowane w produkcji różnych towarów konsumpcyjnych, takich jak plastikowe butelki, zabawki, podeszwy butów, zastawa stołowa, pojemniki do pakowania itp.

Przemysł lotniczy: W przemyśle lotniczym formowanie wtryskowe jest wykorzystywane do produkcji komponentów do samolotów i statków kosmicznych, w tym siedzeń, skorup, kanałów i wnętrz samolotów.

Jakie są różnice między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym?

Tryb produkcji

Formowanie wtryskowe jest nadal najlepszym wyborem dla tradycyjnej produkcji wielkoseryjnej na dużą skalę. Może wytwarzać znormalizowane produkty przy niskich kosztach i na dużą skalę, o ile istnieją formy wtryskowe.

Druk 3D jest lepszy w wytwarzaniu spersonalizowanych i zróżnicowanych produktów. Nie wymaga tradycyjnych narzędzi, uchwytów, obrabiarek ani żadnych form. Może bezpośrednio przekształcić dowolny kształt komputera w model fizyczny automatycznie, szybko, bezpośrednio i stosunkowo dokładnie. Dzięki dużemu rozmiarowi drukarki 3D, im bardziej złożone i niestałe są obiekty, tym szybciej są one przetwarzane, a koszty surowców są oszczędzane.

Jeśli chodzi o same koszty produkcji, koszt formowanie wtryskowe jest znacznie niższy niż w przypadku technologii druku 3D. Jednak w przypadku produkcji przemysłowej, prawdziwa oszczędność kosztów druku 3D polega na modyfikacji prototypu.

Modyfikacja prototypu wymaga jedynie modyfikacji modelu CAD i nie wiąże się z żadnymi kosztami produkcji. Należy zauważyć, że w przypadku formowania wtryskowego, jeśli prototypem jest forma stalowa, koszt jest stosunkowo niski, ale jeśli używane są narzędzia do formowania ze stopu aluminium, koszt jest znacznie wyższy.

Warto jednak zauważyć, że oprogramowania do prototypowania wtryskowego jest coraz więcej, więc pod względem kosztów druk 3D może wkrótce stracić swoją przewagę.

Ilość produkcji

Kto jest bardziej dominujący pod względem wielkości produkcji? Wszyscy wiemy, że szybkość determinuje wydajność. W porównaniu z tradycyjnymi procesami, prędkość druku 3D z tworzyw sztucznych jest wciąż niższa. W przypadku produkcji na dużą skalę, formowanie wtryskowe jest obecnie nadal najlepszym wyborem.

Należy zauważyć, że nawet wielkoskalowe linie produkcyjne, które stosują technologię druku 3D, zazwyczaj wykorzystują tę technologię jedynie do tworzenia form i testowania produktów. Podstawowym procesem nie jest produkcja addytywna. Z tego punktu widzenia formowanie wtryskowe ma przewagę.

Koszt produkcji

Ze względu na szeroką dostępność surowców do formowania wtryskowego, jego wielkoskalowa, szybka i znormalizowana charakterystyka produkcji sprzyja również obniżeniu kosztów pojedynczego produktu. Dlatego też, pod względem kosztów produkcji, koszt formowania wtryskowego jest znacznie niższy niż w przypadku technologii druku 3D.

Jednak w przypadku produkcji przemysłowej, prawdziwa oszczędność kosztów druku 3D polega na modyfikacji prototypu. Modyfikacja prototypu wymaga jedynie modyfikacji modelu CAD i nie wiąże się z żadnymi kosztami produkcji.

W przypadku formowania wtryskowego, jeśli prototypem jest forma stalowa, koszt modyfikacji będzie stosunkowo niski, ale jeśli używane są narzędzia do formowania ze stopu aluminium, koszt będzie znacznie wyższy. Jest to również powód, dla którego wiele firm lub osób zajmujących się obecnie projektowaniem form wybiera drukarki 3D Chuangxiang do projektowania i drukowania form.

Jakość produkcji

Inną kwestią jest to, że druk 3D jest ograniczony pod względem jakości części, które może wykonać. Tradycyjne procesy produkcyjne wygrywają tutaj. Nawet jeśli rodzaje materiałów do druku 3D wydają się być coraz szersze, to wciąż jest to tylko kropla w morzu w porównaniu do formowania wtryskowego. Jeśli więc materiał do druku 3D różni się od produktu końcowego, można testować tylko kształt, co w ogóle nie pomaga w testowaniu wydajności fizycznej.

Kolejną kwestią jest wykończenie powierzchni. Mimo że jakość drukowanych w 3D części zależy w dużej mierze od wydajności drukarki, nadal nie jest ona nawet zbliżona do polerowanych stalowych form wtryskowych. Ostatnią kwestią jest trwałość produktu. Części drukowane 3D są również nieco w tyle za częściami formowanymi wtryskowo.

Obszary zastosowania

Obecnie proces formowania wtryskowego pozwala osiągnąć masową produkcję produktów o jednolitych kształtach, więc jest bardzo odpowiedni do masowej produkcji standardowych produktów.

Druk 3D wymaga jedynie wprowadzenia trójwymiarowego obrazu za pośrednictwem terminala sterującego, a następnie może drukować surowce do fizycznych modeli, a nawet bezpośrednio wytwarzać części lub formy, co może skutecznie skrócić cykl rozwoju produktu. Drukarki 3D do produkcji trójwymiarowej są szeroko stosowane w branży producentów, projektowania architektonicznego, projektowania modeli form itp.

Warto jednak zauważyć, że oprogramowania do prototypowania wtryskowego jest coraz więcej, więc pod względem kosztów druk 3D może wkrótce stracić swoją przewagę.

Wnioski

Krótko mówiąc, druk 3D ma wiele zalet w zakresie szybkiego prototypowania, dostosowywania, zmniejszania ilości odpadów materiałowych i nadaje się do produkcji małoseryjnej. Jest jednak mało prawdopodobne, aby całkowicie zastąpił formowanie wtryskowe w produkcji. Formowanie wtryskowe nadal ma znaczące zalety pod względem wysokiej wydajności produkcji, wysokiej precyzji formowania, dużej wszechstronności i niskiej ilości odpadów.

Ponadto postępy w technologii formowania wtryskowego, takie jak integracja cyfrowych narzędzi projektowych i automatyzacja, nadal zwiększają jej wydajność i elastyczność. Podczas gdy druk 3D będzie nadal odgrywał istotną rolę w niektórych zastosowaniach i branżach, oba procesy produkcyjne będą prawdopodobnie współistnieć i będą wykorzystywane tam, gdzie ich mocne strony będą najbardziej korzystne.