Предисловие: Производственные компании все чаще отдают предпочтение 3D-печати благодаря ее экономичности и многочисленным преимуществам. Эта технология завоевала прочную репутацию в производственной отрасли, встав в один ряд с традиционными технологиями производства.

Потенциал 3D-печати огромен, поскольку она позволяет сократить количество деталей, создать более легкие и прочные компоненты и снизить затраты на сборку. Использование 3D-печати в производстве позволяет создавать детали с такими характеристиками, которые недостижимы или труднодостижимы при использовании традиционных методов.

Почему же 3D-печать так популярна? Является ли 3D-печать более дешевой, чем литье под давлением? В этой статье рассматривается сравнение стоимости между 3D-печатью и литьем под давлением.

Процессы 3D-печати и литья под давлением

3D-печать, также известная как аддитивное производство, - это процесс создания 3D-модели на основе CAD или цифровой 3D-модели. Материал наносится слой за слоем, чтобы создать желаемый объект.

В отличие от, процессы литья под давлением включают в себя установленные технологии, при которых материал удаляется или заливается в форму с помощью шлифования, сверления или механической обработки.

Какие факторы влияют на цену 3D-печати?

3D-печать широко известна как самый быстрый и экономичный метод создания деталей как для прототипирования, так и для растущего числа конечных применений. При определении стоимости 3D-печати деталей на заказ учитываются различные факторы.

Материалы

Для каждой технологии 3D-печати используется свой особый полимерный материал. Катушки, используемые для FDM (моделирование методом плавленного осаждения), обычно стоят дешевле, в то время как смола для SLA, порошки для SLS и MJF, как правило, дороже. Количество материала, необходимого для печати детали, существенно влияет на общую цену, особенно при использовании технологии FDM.

Объем детали

Более крупные детали требуют больше материала и места на станке, что приводит к увеличению времени производства. Увеличение количества материалов и времени производства впоследствии приводит к росту затрат.

Постобработка

После процесса печати может потребоваться дополнительная ручная работа для окончательной доводки сборки. Эти методы отделки включают в себя удаление поддержки или порошка, очистку, шлифовку и другие методы последующей обработки, все из которых вносят свой вклад в конечную стоимость детали.

Затраты на оборудование

Эти расходы включают в себя время на установку и настройку, эксплуатационные расходы, текущее обслуживание оборудования и спорадический ремонт. Независимо от используемой технологии производства, эти расходы, скорее всего, будут иметь место.

Одним из основных факторов, делающих 3D-печать экономически выгодным вариантом для многочисленных применений, является минимальная стоимость установки технологии. Этот аспект делает 3D-печать особенно выгодной для изготовления небольших партий деталей. Однако при больших объемах производства она также может оказаться более конкурентоспособной по сравнению с обработкой на станках с ЧПУ и литьем под давлением.

Какие ключевые факторы необходимо учитывать при выборе между 3D-печатью и литьем под давлением?

Время производства

При сравнении 3D-печати с литьем под давлением ключевым фактором становится время производства. Методы литья под давлением, например, литье под давлением, требуют использования пресс-форм (оснастки) для создания деталей. Разработка таких форм может занимать от 1 до 2 месяцев и более. В условиях современной конкуренции временные интервалы могут определять тонкую грань между успехом и неудачей. Этот этап производства требует значительных затрат, делая мелкосерийное производство экономически нецелесообразным.

Однако с 3D-печатью парадигма меняется. Благодаря отсутствию этапа формовки производство может быть запущено сразу после завершения разработки дизайна. Это позволяет быстрее выводить продукцию на рынок и тем самым обеспечивать конкурентное преимущество.

Себестоимость продукции

3D-печать не влечет за собой дополнительных расходов на каждый новый продукт. Это означает, что она может производить как одну деталь, так и сотни деталей практически по одной и той же цене. Это невозможно при литье под давлением, которое часто требует дорогостоящих этапов изготовления оснастки, оправдывающих себя только при серийном производстве. Таким образом, при малосерийном производстве 3D-печать позволяет сэкономить производственные затраты.

Во-вторых, традиционные этапы производства и сборки требуют больших затрат на настройку оборудования и трудозатрат. 3D-печать может значительно сократить или даже устранить эту ситуацию, поскольку она требует минимального ручного вмешательства, исключает смену инструментов и сокращает время сборки.

Эффективность

Учитывая постоянную стоимость единицы продукции при 3D-печати, можно вносить неограниченное количество изменений в изделие без значительных затрат. Эта особенность способствует внедрению принципов дизайн-мышления, поскольку дизайнеры и инженеры могут постоянно дорабатывать и модифицировать продукт при минимальных затратах. Сосредоточившись на разработке продуктов, которые в точности соответствуют предпочтениям покупателей, компании могут потенциально увеличить продажи.

Снижение расходов, связанных с каждой итерацией проектирования, также минимизирует риски, связанные с разработкой продукта. Следовательно, при 3D-печати возникают более высокие риски, которые в конечном итоге способствуют созданию превосходных продуктов.

Кроме того, фиксированная стоимость продукта облегчает его кастомизацию. Приспособление продукции к индивидуальным требованиям клиентов улучшает общее впечатление от бренда.

Устойчивое развитие

3D-печать и экологичность тесно взаимосвязаны. Традиционные методы субтрактивного производства приводят к образованию избыточных отходов, которые зачастую непригодны для использования.

В отличие от этого, 3D-печать использует принципы аддитивного производства для создания изделий с нуля, что позволяет минимизировать количество отходов. Благодаря использованию технологий проектирования для аддитивного производства (DfAM), оптимизации топологии и генеративного дизайна можно снизить расход материалов и вес изделий. Более легкие изделия способны сократить потребление энергии при транспортировке и логистике на 40% - 60%.

Сложность представляет собой серьезную проблему при литье под давлением, влияя на стоимость продукции. Сложность деталей является ключевым фактором, увеличивающим расходы. Сложные конструкции требуют более высокой точности и опыта, что приводит к увеличению производственных затрат. Чем сложнее конструкция, тем выше сопутствующие расходы.

3D-печать предлагает множество уникальных преимуществ для производственной отрасли. Она устраняет ограничения, связанные с производством сложных конструкций. Повышение сложности не оказывает существенного влияния на стоимость производства, поскольку цена одной детали остается относительно стабильной.

Кроме того, консолидация деталей может быть реализована путем объединения нескольких деталей в одну без дополнительных затрат, что позволяет устранить или уменьшить требования к сборке и сократить время производства.

3D-печать ускоряет разработку продуктов от стадии идеи до реальных прототипов и готовых изделий с беспрецедентной скоростью, значительно превосходя процессы литья под давлением.

Как уже отмечалось ранее, он способен объединять несколько деталей, устраняя необходимость в этапе сборки и тем самым сокращая общее время изготовления конкретного изделия.

Складское хранение - важнейший аспект, в котором литье под давлением не справляется со своей задачей. Оно в первую очередь основано на массовом производстве и требует запасных частей для большинства товаров. Следовательно, литье под давлением влечет за собой обширные складские потребности, включая расходы на аренду земли, складскую инфраструктуру, рабочую силу и многое другое. Чем дольше хранятся запасы, тем меньше становится норма прибыли.

3D-печать способна произвести революцию в складском хозяйстве, обеспечив производство по требованию и выпуск небольших партий продукции, что приведет к значительной экономии средств. Такой подход может эффективно минимизировать потребности в складских помещениях и оптимизировать расходы вашей компании.

Персонализация приобретает все большее значение: 71% потребителей ожидают индивидуального взаимодействия, которое позволит им почувствовать себя особенными. Однако, литьё под давлением часто не могут персонализировать свою продукцию из-за ограничений, связанных с традиционными методами производства.

Эти технологии не приспособлены к быстрому производству новых деталей, что требует значительных инвестиций в новое оборудование, конструкции и пресс-формы для вывода новых продуктов на рынок. Такие инвестиции могут оказаться нецелесообразными для нишевых рынков.

В отличие от них, 3D-принтеры обладают удивительной гибкостью. Они исключают необходимость в дорогостоящей новой оснастке и могут легко адаптироваться к модификациям продукта. Не требуя дополнительных расходов на единицу продукции, 3D-печать становится экономически эффективным решением для крупномасштабного производства персонализированных компонентов. Таким образом, если новая тенденция нарушит существующий продукт, достаточно просто скорректировать дизайн и возобновить печать.

Приобрести

Для компаний, желающих внедрить 3D-печать в свои производственные процессы, закупки или первоначальные капиталовложения остаются незначительным препятствием. Вместо того чтобы инвестировать $1 000 в 3D-принтер, вы можете рассмотреть возможность передачи 3D-печати на аутсорсинг. Хотя этот вариант может показаться более выгодным, он не является устойчивой долгосрочной стратегией.

Возможности будущего

3D-печать постоянно развивается, предлагая неоспоримые преимущества в будущем. Многие отрасли промышленности все активнее внедряют эту технологию. Это означает, что технология будет развиваться с меньшими затратами, преодолевая свои ограничения и представляя превосходные и новые материалы, технологии и более экологичные методы производства.

Поэтому предпочтительнее использовать преимущества технологии 3D-печати раньше, чем позже. литье под давлением требует крупносерийного производства, чтобы распределить предварительные и текущие затраты на производство, оснастку и трудозатраты на сборку.

Стоимость производства при 3D-печати не зависит от количества, что делает ее более экономичной при небольших объемах. Кроме того, 3D-печать обеспечивает большую гибкость дизайна и возможность производства изделий на одном станке, что не всегда возможно при использовании традиционных методов.

В сфере производства объектов малого и среднего размера 3D-печать превосходит по скорости многие традиционные методы производства. Такая высокая скорость объясняется экономией времени на создание оснастки для отливок и форм, используемых в процессах литья под давлением.

3D-печать дает множество преимуществ производству, таких как гибкость дизайна, возможность создания сложных конструкций, персонализированное массовое производство и экономичные технологии малосерийного производства.

В чем преимущества 3D-печати по сравнению с литьем под давлением?

3D-печать создает объекты слой за слоем, в отличие от процессов литья под давлением, которые предполагают вырезание изделий из больших блоков материала. Это отличие позволяет 3D-печати создавать меньше отходов материала.

Существует широкий спектр технологий 3D-печати, таких как прямое энергетическое осаждение, принтеры на основе смолы (или НДС-полимеризация), струйное нанесение связующего, экструзия материала, струйное нанесение материала, сплавление порошкового слоя и ламинирование листов.

Все виды 3D-печати можно разделить на эти группы. Кроме того, технология 3D-печати предоставляет различные материалы для печати объектов. В настоящее время 3D-печать используется в таких отраслях, как робототехника, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, медицина, стоматология, спорт и другие потребительские товары.

3D-печать имеет ряд преимуществ перед литьем под давлением, в том числе:

Никаких затрат на установку

Методы литья под давлением отлично подходят для массового производства, но не подходят для изготовления отдельных прототипов, пилотных деталей, запасных частей, малосерийного производства, оснастки или приспособлений из-за высокой стоимости наладки.

Применяя технологию 3D-печати, компании могут получить выгоду от снижения затрат на установку и прямого изготовления деталей по цифровым моделям. В отличие от традиционных методов, 3D-печать устраняет необходимость в пресс-формах, обеспечивая экономически эффективную альтернативу для производства.

Инвестиции в универсальный 3D-принтер позволяют создавать детали из широкого спектра термопластов, от инженерных полимеров до высокоэффективных полимеров и полимерных композитов. Эта технология отличается гибкостью и доступностью, что делает ее идеальным производственным решением для самых разных задач.

Короткое время доставки (быстрое получение деталей)

Начало производства через литьё под давлением Методы включают в себя изготовление пресс-форм, наращивание производства и поиск блоков материалов. Этот процесс требует значительных временных затрат, в среднем от 15 до 60 дней на получение первой партии деталей. 3D-печать, напротив, исключает эти затраты, позволяя изготовить первые детали в течение одного дня.

Сочетание коротких сроков изготовления и экономически эффективного производства способствует быстрому выходу продукции на рынок. Кроме того, это позволяет оперативно реагировать и вносить коррективы в детали в процессе производства в режиме реального времени. Приобретая 3D-принтер для личного пользования, вы получаете возможность напрямую и оперативно изготавливать необходимые компоненты в соответствии с вашими требованиями.

Сравнение стоимости единицы продукции

Одно из преимуществ 3D-печати заключается в том, что сложность изготавливаемых деталей не увеличивает стоимость производства. Стоимость единицы детали, изготовленной с помощью 3D-печати, остается неизменной независимо от количества продукции, будь то 1 единица или 1 000 единиц. Эта особенность обусловлена геометрией детали, что делает 3D-печать идеальным производственным решением для выпуска серий в определенном диапазоне размеров.

Нет ограничений по форме запасов

При обсуждении субтрактивных методов производства материал постепенно удаляется из блока до тех пор, пока деталь не будет полностью сформирована. При таком способе производства возникают две основные проблемы. Во-первых, происходит значительная потеря материала, часто составляющая 70-80% от исходного блока. Во-вторых, существуют ограничения на доступность блоков материала, особенно в отношении высокоэффективных полимеров и полимерных композитов.

В отличие от этого, 3D-печать не имеет таких ограничений. Детали изготавливаются с минимальным расходом материалов, что позволяет создавать сложные геометрические формы и разнообразные встроенные элементы. Например, найти блок размером 33x18x18 см, изготовленный из материалов PEEK или ULTEM, может оказаться сложно, а то и невозможно. Даже если его удастся достать, стоимость, скорее всего, будет исчисляться тысячами, а не сотнями евро.

Значительное количество сырья, превращающегося в пластиковые осколки на заводе, составляющее 70% отходов, подчеркивает проблему значительных материальных отходов.

3D-печать позволяет изготавливать детали того же размера за меньшую стоимость по сравнению с механической обработкой. Эта технология обеспечивает беспрецедентную гибкость проектирования, позволяя дизайнерам освободиться от традиционных ограничений, когда исходные формы сырья диктуют отправную точку процесса проектирования.

Эффективное управление запасами

В отличие от литьё под давлением методы, 3D-печать позволяет производить детали по запросу непосредственно там, где они требуются. Это приводит к сокращению складских запасов, что делает управление ими более эффективным.

Для деталей, которые обычно изготавливаются оптом традиционными методами, 3D-печать позволяет производить отдельные детали по мере необходимости. В этом случае на складе необходимо хранить только одну запасную часть.

Когда деталь вводится в эксплуатацию, создается запасная деталь, которая появляется на полке уже на следующий день. Используя возможности 3D-печати, склады, по сути, становятся виртуальными, что приводит к значительному сокращению необходимых складских площадей и сопутствующих расходов.

Высокая настраиваемость

Отдельные детали, прототипы и вспомогательные средства производства могут быть изготовлены с помощью 3D-печати со значительно меньшими затратами по сравнению с методами литья под давлением. Это позволяет смело экспериментировать с дизайном и способствует развитию нестандартного мышления, что часто приводит к значительным инновациям.

Кроме того, возможность вносить неограниченные изменения в существующие продукты на основе отзывов клиентов имеет решающее значение для обеспечения наилучшего потребительского опыта. Используя возможности 3D-печати, предприятия могут снизить стоимость и скорость итеративной разработки продукции до 90% по сравнению с методами литья под давлением.

Кроме того, технология 3D-печати позволяет создавать прототипы с использованием реальных материалов, поставляемых из различных отраслей промышленности, что гарантирует, что детали являются подлинными функциональными прототипами, а не просто визуальными копиями. Более того, эта технология также позволяет производить пилотные детали или даже полноценные серийные изделия в будущем.Настройки и инструменты.

Затраты на установку и оснастку - еще одна область, где 3D-печать явно выигрывает, поскольку она не требует инвестиций ни в одну из этих сфер. В отличие от этого, литье под давлением требует затрат на оснастку и часто на настройку каждый раз, когда деталь отливается в форму. Как уже говорилось, DFM-анализ может помочь сократить расходы на оснастку, но все же существует вероятность того, что оснастка потребует значительных предварительных затрат.

Кроме того, 3D-печать открывает невероятные возможности для уменьшения количества деталей, создания более легких и конструктивно прочных компонентов и снижения затрат на сборку. При изготовлении деталей с помощью технологии 3D-печати можно добиться таких характеристик, которые недостижимы или сложны для производства традиционными методами.

Важно помнить, что 3D-печать не требует приспособлений, пресс-форм или различных видов оснастки. Это помогает компенсировать дополнительные расходы, наблюдаемые до сих пор. Ключевым моментом является общая ценность 3D-печати, которая становится заметной для все большего числа приложений и отраслей. Со временем некоторые дополнительные расходы, связанные с 3D-печатью, могут снизить производственные затраты и привести к большей гибкости дизайна и более качественным деталям.

Заключение

В то время как литье под давлением ориентировано в первую очередь на производство, 3D-печать позволяет повысить ценность всей цепочки поставок. 3D-печать позволяет повысить гибкость проектирования и производства, экономить материалы, сократить расходы на складирование и доставку, сократить время выхода на рынок, повысить качество продукции и экономическую эффективность.

По сравнению с литьем под давлением 3D-печать обеспечивает более быструю итерацию изделий и экономию средств. В случае обнаружения недостатков конструкции после 3D-печати детали, файл CAD можно легко скорректировать и напечатать еще одну итерацию в течение нескольких дней.

С другой стороны, каждое изменение конструкции при литье под давлением влечет за собой значительные расходы, связанные с переделкой пресс-формы. Кроме того, литье под давлением часто требует более сложной предварительной конструкторской работы, поскольку создание пресс-формы - это сложный процесс, в котором необходимо учитывать множество факторов.

Экономическая эффективность 3D-печати по сравнению с литьё под давлением Методы зависят от таких факторов, как материалы, сложность конструкции, производительность и требования к качеству. Для малосерийного производства, создания прототипов или сложных конструкций 3D-печать может быть более экономичной. Однако для крупносерийного производства более низкую удельную стоимость могут обеспечить методы литья под давлением, такие как литье под давлением или обработка с ЧПУ.