3D nyomtatás kontra fröccsöntés: a megfelelő gyártási folyamat kiválasztása

A lényeg

Ha a „túl hosszú; nem olvastam” verziót keresed, itt a valóság: A 3D nyomtatás az ötletekkel való kacérkodásra való; A fröccsöntés az irántuk való elkötelezettségre szolgál. A választás általában egyetlen kérdésre vezethető vissza: hány kell? * Maradjon a 3D nyomtatásnál ha 500-nál kevesebb alkatrészt készít, még mindig finomít a dizájnon, vagy holnap reggelre „hail Mary” prototípusra van szüksége. Előre nullát fizet a szerszámokért, de „időadót” kell fizetnie minden egyes legyártott egység után.

• Húzza meg a ravaszt a fröccsöntésnél abban a pillanatban, amikvagy készen állsz 1000 egység fölé skálázni. Hatalmas előzetes számlát kell lenyelnie a fvagymáért (gondoljon 5000-50 000 dollárra), de az alkatrészenkénti költség dollárról fillérekre zuhan.

Hogy őszinte legyek, a legokosabb csapatok valójában nem választanak egyet – 3D nyomtatást használnak a gyvagys és olcsó kudarc érdekében, majd átváltanak a formázásra, hogy nagyot nyerjenek a kiskereskedelemben. Ez az útmutató pontosan leírja, hogy hol található ez a „kiegyenlítési” pont, és hogyan lehet elkerülni azokat a drága hibákat, amelyek általában megölnek egy projektet, mielőtt még elindulna.

Térjünk rá egyenesen. Van egy digitális fájlja, és szüksége van egy fizikai alkatrészre. Most jön az a pillanat, amely általában meghatározza, hogy a projekt sikeres lesz-e, vagy súlyos fejfájást okoz: Tulajdonképpen hogyan csinálod?

A legtöbben azt gondolják, hogy ez egy egyszerű választás az „új iskola” (3D nyomtatás) és a „régi iskola” (fröccsöntés) között. De őszintén? Már ritkán ilyen fekete-fehér.

Az igazi különbség

Egy pillanatra felejtsd el a tankönyveket. Íme, mi történik valójában:

• 3D nyomtatás olyan, mintha egy csúcstechnológiás ragasztópisztolyt használnánk, hogy a tárgyat rétegről rétegre hozzuk létre. Nincsenek szerszámok, nincs nagy beállítás – csak Ön, egy gép és egy digitális fájl. Ez a végső szabadság, amíg rá nem jön, hogy péntekig ezerre van szüksége.
• Fröccsöntés erőszakosabb. Az olvadt műanyagot hihetetlen nyomással egy precíziósan vágott acél „barlangba” csapod. Drága az indítás, és egy örökkévalóságig tart a beállítása, de ha a gép dübörögni kezd, megállíthatatlan vadállat.

Miért nem ez csak „Tech Talk”

Láttam, hogy rengeteg alapító romantikázik a 3D nyomtatással kapcsolatban, de rájöttem, hogy egységköltsége miatt a termékük nem értékesíthető. A másik oldalon azt tapasztaltam, hogy a mérnökök 30 000 dollárt dobtak egy acélformán egy olyan termékért, amelyet még nem is teszteltek a piacon. Ez fájdalmas hiba.

A „régi szabályok” – ahol a nyomtatás a játékokra, a formázás pedig az „igazi” gyártásra vonatkozott – halottak. Ma a vonalak elmosódnak. Ki tud nyomtatni egy hídgyártási sorozatot? Általában. Meg kell formáznia egy prototípust? Néha.

A cél

Nem azért vagyok itt, hogy előadást tartsak. Szeretnék segíteni, hogy megtalálja azt az „édes pontot” – pontosan azt a pillanatot, amikor az egyik folyamat pénzt takarít meg, a másik pedig elégetni kezdi. Megvizsgáljuk a szemcsét: az átfutási időket, a mechanikai szilárdságot és a fedezeti pont hideg, kemény matematikáját.

Készen áll arra, hogy megnézze, melyik út illik valójában a projektjéhez? Mozogjunk.

Ugorjunk közvetlenül a „Mi az a 3D nyomtatás” szakaszba? ugyanolyan élesre fogom tartani.

Nézzük a 3D nyomtatást – vagy azt, amit az iparág „additív gyártásnak” szeret nevezni. Őszintén szólva, a név mindent elárul: nullával kezdi, és csak ott ad hozzá anyagot, ahol szüksége van rá.

Tekintsd úgy, mintha tégláról téglára építenéd a házat, kivéve, hogy a tégla mikroszkopikus, a „kőműves” pedig egy lézer vagy egy digitális térképet követő fúvóka.

Technika a Való Világban

Valószínűleg hallottál róla FDM (az, amelyik úgy néz ki, mint egy robotragasztópisztoly), de ez csak a jéghegy csúcsa. Ha valamire van szüksége, ami nem úgy néz ki, mintha egy garázsban készült volna, akkor nézze meg SLA or DLP , amelyek fény segítségével a folyékony gyantát szilárd, sima üvegrészekké alakítják. Aztán ott van SLS or MJF - a nehéz ütők. Ezek lézereket használnak a nejlonpor olyan erős részekre olvasztására, amelyek valóban használhatók autómotorban vagy repülőruhában.

A jó, a rossz és az őszinte

Miért szeretik az emberek? Gyorsaság és szabadság. Ha reggel 9-kor van egy ötleted, vacsoráig a kezedben lehet egy fizikai rész. Nincsenek öntőformák, nincsenek „szerszámok”, és nincs „ezt a formát nem lehet elkészíteni” egy rosszkedvű gépésztől. Ha egy vagy tíz alkatrészre van szüksége, a 3D nyomtatás a legjobb barátja.

De íme, amit a legtöbben elvisznek: lassú. Egy alkatrész rétegenkénti felépítése időt vesz igénybe – néha órákat, néha napokat. És beszéljünk az „alkatrészenkénti” költségről. Míg az első rész olcsó, az 1000. rész pontosan ugyanannyiba kerül, mint az első. Itt nincs „tömeges kedvezmény” a fizika törvényeiből.

Ráadásul ott van a „gabona” probléma. Akárcsak a fának, a nyomtatott részeknek is vannak rétegei. Ha ezeket a rétegeket húzza, az alkatrész elpattanhat. Egyre jobb az új gyantákkal és fémekkel, de ez még mindig olyan dolog, ami éjszaka ébren tartja a mérnököket.

neked való?

Ha még mindig finomít a dizájn, vagy ha csak néhány egyedi alkatrészre van szüksége, amelyek úgy néznek ki, mintha egy sci-fi filmhez tartoznak, ne keressen. Megtaláltad a nyertest. De ha egy raktár feltöltését tervezi? Nos, ez egy teljesen más beszélgetés.

Tovább szeretne lépni a fröccsöntéssel? Beszélhetünk arról, hogy miért olyan fejfájás elindulni, de olyan szép, ha már fut.

Most beszéljünk a nehéz ütőről: Fröccsöntés. Ha a 3D nyomtatás egy szobrász gondosan szobrot farag, a fröccsöntés egy nagy sebességű bélyeg. Fogsz egy acél- vagy alumíniumtömböt, belevéssz egy „negatív” üreget az alkatrészedből, majd félelmetesen nagy nyomással belefújod az olvadt műanyagot az üregbe. Miután kihűlt – ami másodpercek alatt megtörténik – a forma kinyílik, leejti az alkatrészt, és visszaáll. Öblítse le és ismételje meg naponta több ezer alkalommal.

Az elülső "fal"

Őszinte leszek: a fröccsöntéssel való kezdés vacak. Nem csak „nyomja meg a nyomtatást”. Meg kell tervezni a formát, ami már önmagában mérnöki bravúr. Gondolni kell a „huzatszögekre” (hogy az alkatrész ne akadjon el) és a „kapu helyeire” (ahova a műanyag behatol).

Aztán ott van a számla. Egy tisztességes acélforma könnyen megtakaríthat 5000 dollárt, 20 000 dollárt vagy akár 100 000 dollárt, mielőtt egyetlen használható alkatrészt gyártana. És a várakozás? Várhatóan 4-10 hétig fog ülni a kezén, amíg a szerszámot megmunkálják és polírozzák.

Miért zavarna?

Ennyi gond mellett miért csinálja ezt bárki? Mert ha a „szerszámozás” elkészült, a matematika az Ön javára fordul. Alkatrészenkénti költségről beszélünk, amely dollárról fillérekre csökken.

Ez azonban nem csak a pénzről szól. Fröccsöntött alkatrészek erős. Mivel a műanyag egy folytonos, nyomás alatt álló tömeg, nem pedig rétegek halmaza, a szerkezeti integritás világszínvonalú. Konkrét textúrát szeretne? „Lágy tapintású” kivitel? A „Ferrari Red” sajátos árnyalata? A fröccsöntés ezt könnyedén kezeli. A LEGO kockáidban lévő ABS-től kezdve a szívbillentyűben lévő orvosi minőségű PEEK-ig az anyagtár alapvetően végtelen.

A kompromisszum

A legnagyobb hátrány – a költségek mellett – az, hogy „be van zárva”. Ha a forma kivágása után hibát talál a tervezésben, akkor nagyon drága papírnehezéket keres, és sok magyarázkodást kell tennie a könyvelőjének. Ez egy olyan folyamat, amely megjutalmazza azokat, akik elvégezték a házi feladatukat, és készek nagyot tenni.

Lépjünk át a „Főbb különbségek” részre? Itt bontjuk le a tényleges „kiegyenlítő” matematikát, hogy megtudjuk, melyik takarítja meg a költségkeretet.

Térjünk le a sárgaréz csapokra: A döntési mátrix. Itt ér véget az elméleti dolgok és kezdődik a költségvetés. A legtöbb ember megbénul itt, de ez igazából néhány hideg, kemény változóra vezethető vissza.

1. A „kiegyenlítő” matematika

Ez a nagy. A 3D-s nyomtatással a költségek egyenletesek. Akár 1 alkatrészt, akár 100 darabot készít, a gépi időért és az anyagért fizet. Ez egy egyenes vonal.

A fröccsöntés azonban egy hatalmas függőleges tüskével kezdődik (a szerszámköltség). De ahogy többet termel, ez a költség „hígul”.

A hüvelykujj szabálya: * 1-500 egység: Szinte mindig a 3D nyomtatás a nyerő.

• 500-2000 egység: Ez a „szürke zóna”. Attól függ, mennyire bonyolult a részed.
• 2000 egység: Hagyja abba a gondolkodást, és válassza a fröccsöntést. Az alkatrészenként megtakarított fillérek végül kifizetik azt a drága formát, majd néhányat.

2. Tervezési rugalmasság kontra pontosság

Gondoljon a 3D nyomtatásra úgy, mint „Design for Anything”. Üreges rácsszerkezetet szeretne egy gömb belsejében? Nem probléma. A 3D nyomtatást nem érdekli a bonyolultság.

A fröccsöntés egy másik vadállat. El kell végeznie a „Design for Manufacturing” (DFM) beállítást. Neked kell huzatszögek (enyhén elvékonyodik), hogy az alkatrész ténylegesen ki tudjon csúszni a formából. Aggódnia kell falvastagság – ha a minta egy része túl vastag, akkor „lesüllyed” vagy meghajlik, ahogy lehűl. Ha később meggondolja magát? A 3D-s fájl módosítása öt percet vesz igénybe; egy acélforma cseréje öt hétbe és néhány ezer dollárba kerül.

3. Szilárdság és felületkezelés

Legyünk valóságosak: ha olyan alkatrészre van szüksége, mintha a kiskereskedelmi polcról került volna ki, a fröccsöntés az arany standard. A felület sima, a színe belesült, az alkatrész pedig „izotróp” – vagyis minden irányban egyformán erős.

A 3D nyomtatás hosszú utat tett meg, de a legtöbb alkatrész (különösen az FDM) még mindig rendelkezik ezzel az árulkodó „réteges” megjelenéssel. Emellett „anizotrop” is, ami egy divatos mondás, hogy a rétegvonalak mentén széthasadhatnak, ha túl nagy feszültséget fektetünk rájuk.

4. Anyagválasztás

• 3D nyomtatás: Ön arra korlátozódik, hogy miből lehet szálat, port vagy gyantát csinálni. Ez egy növekvő lista, de még mindig egy részhalmaz.
• Fröccsöntés: Ha műanyag, akkor formázhatod. Üveggel töltött nejlont szeretne a nagy meleghez? Vagy rugalmas TPE, ami gumiszerű? Megvannak a kulcsok az egész polimer birodalomhoz.

Készen áll arra, hogy lezárja ezt a „Mikor melyiket használja” összefoglalóval és néhány valós példával?

Szóval, valójában hova teszed a pénzed? Hagyjuk az elméletről beszélni, és nézzük meg azokat a valós forgatókönyveket, amelyek általában az asztalomon landolnak.

Mikor érdemes ragaszkodni a 3D nyomtatáshoz

Őszintén szólva, ha még mindig a „mi lenne, ha” fázisban van, a 3D nyomtatás a legjobb barátod.

• A prototípuskészítés fázisa: Ha hétfőig érezni kell az alkatrészt a kezében, tesztelni kell az illeszkedést, vagy egy „úgy néz ki-működik” modellt kell mutatnia egy befektetőnek, akkor ne is nézzen egy formára.
• Hídgyártás: Ez egy olyan lépés, amelyet az okos csapatoknak mindig megtesznek. Elkészítette a tervezést, és megrendelte a fröccsöntő szerszámot – de az öntőforma nem lesz kész két hónapig. Most 500 egységet nyomtat, hogy elkezdhesse az értékesítést és a piacra vetést. Életben tartja a lendületet.
• A „lehetetlen” geometriák: Néha egy tervező megvadul belső rácsokkal vagy szerves formákkal, amelyeket egy acélszerszám egyszerűen nem tud elérni. Ha az alkatrésze úgy néz ki, mint egy darab korall, a nyomtatás lehet az egyetlen választása.

Mikor kell meghúzni a ravaszt a fröccsöntésnél

Ez arra vonatkozik, amikor a „kísérlet” véget ér, és az „üzlet” kezdődik.

• Nagy volumenű bizonyosság: Ha biztos benne, hogy 5000 egységet ad el, a penészből eredő fájdalom heteken belül megtérül. Ez a különbség a hobbi és a gyártósor között.
• A „kiskereskedelmi érzés”: Ha a terméked a Best Buy vagy az IKEA egyik polcára kerül, „valódinak” kell éreznie magát. Nincsenek rétegek, nincsenek durva élek – csak a sima, nehéz, egyenletes érzet, amelyet csak a nagynyomású fröccsöntés biztosít.
• Az orvosi/autó szabványok: Amikor az életek a küszöbön állnak, az „elég jó” nem választható. A fröccsöntés hozzáférést biztosít tanúsított, orvosi minőségű gyantákhoz, amelyeket évtizedek óta teszteltek.

A csalólap: Gyorseszközök és anyagok

Ha a „hogyan”-t keresi, itt egy gyors impulzusellenőrzés arról, hogy mit is használnak jelenleg az iparágban:

Az utolsó szó

Az egyik "jobb", mint a másik? Nem igazán. Ez olyan, mintha azt kérdeznénk, jobb-e a kalapács, mint a csavarhúzó.

Valójában az általam látott legsikeresebb projektek nem az egyik oldalt választják – mindkettőt használják. 3D-nyomtatással prototípust készítenek, „híd” állományt építenek, majd áttérnek a fröccsöntésre, amint a piac bebizonyítja, hogy igazuk van.

Őszintén szólva a legnagyobb hiba az, hogy nem a „rossz” technológiát választjuk; túl sokáig vár a választásra. Nézze meg a mennyiséget, ellenőrizze bankszámláját, és kezdje el a gyártást. Később bármikor elforgathatja.

A testreszabás valósága: 3D nyomtatás működés közben

Emlékszem, egy kis orvostechnikai cég próbált megoldani egy konkrét problémát: egyedi sebészeti útmutatók gerincműtétekhez. Minden beteg gerince más és más, így a „szokványos” alkatrész hiábavaló volt.

Ha a fröccsöntés útján haladtak volna, halottak lettek volna a vízben. El tudja képzelni, hogy megmunkáljon egy 10 000 dolláros acélformát egy olyan alkatrészhez, amelyet csak egyszer fog használni? Ez abszurd. Használatával SLA (sztereolitográfia) 24 órán belül el tudták készíteni a páciens CT-vizsgálatát és biokompatibilis útmutatót nyomtatni. Az alkatrészenkénti költség magas volt – talán 50 dollár egy kis műanyagért –, de a „szerszámozási” költség nulla volt. Valójában ebben a résben a 3D nyomtatás nem csupán választás; ez az egyetlen oka annak, hogy a vállalkozás létezik.

A forgáspont ereje: méretezés fröccsöntéssel

Hasonlítsa össze ezt egy olyan startuppal, amellyel együtt dolgoztam, és amely egy „okos” újrafelhasználható vizes palackot tervezett. Kickstarteren kezdték, és 3D nyomtatást használtak (konkrétan Multi Jet Fusion ) az első 200 „béta” egységükre. Remek volt visszajelzést kapni, de amint elérték az 5000 rendelést, a matek csúnya lett.

Majdnem 12 dollárt fizettek házonként, hogy kinyomtassák őket. Azzal, hogy elharapták a golyót, és 25 000 dollárt fektettek be egy kiváló minőségű alumínium öntőformába, ezt a költséget 0,85 dollárra csökkentették egységenként. Hogy őszinte legyek, ez a 25 000 dollár akkoriban vagyonnak tűnt, de ezt a pénzt a szállítás első hónapjában visszakapták. Ez a fröccsöntés „fenevada” – ez egy hatalmas fal, amelyet meg lehet mászni, de a kilátás a másik oldalon hihetetlenül jövedelmező.

Mi következik valójában?

Egy olyan világ felé haladunk, ahol már nem igazán kell „oldalt választani”. Hallottál már arról 3D-nyomtatott szerszámok ? Ez egy lenyűgöző középút. A cégek jelenleg 3D-s nyomtatással foglalkoznak öntik magukat magas hőmérsékletű gyanták felhasználásával. Megkapja a nyomtató sebességét, de a fröccsöntött alkatrész anyagtulajdonságait. Tökéletes azokhoz az 50-100 darabos „köztes” sorozatokhoz, ahol egyik hagyományos módszer sem igazán passzol.

A lényeg

Végső soron nem azt kell választania, hogy melyik technológia a „menőbb”. Ez az Ön konkrét célvonaláról szól.

• Még mindig iterálsz? Nyomtassa ki. * A terv „befagyott”, és a rendelési könyve megtelt? Formázza meg. Leginkább csak ne ragadj bele az „elemzési bénulásba”. Az általam ismert legsikeresebb gyártók azok, akik nem félnek a 3D nyomtató használatától, hogy gyorsan meghibásodjanak, így fröccsöntővel is nagy sikereket érhetnek el.

Melyikkel vagy készen kezdeni ma?

GYIK

Valóban „olcsóbb” a 3D nyomtatás, mint a fröccsöntés?
Őszintén? Csak az elején. Ha egy alkatrészt készít, a 3D nyomtatás kedvező árú, mert nem kell fizetnie egy 10 000 dolláros formáért. De amint elér egy bizonyos mennyiséget – általában 500–1000 egységet –, a nyomtatás „alkatrészenkénti” költsége fájni kezd. Gondoljon úgy, mint egy taxi vagy egy autóvásárlás: a taxi olcsóbb egyetlen útra, de ha minden nap 100 mérföldet vezet, jobban jár, ha birtokolja a járművet.

Használhatom ugyanazt a kialakítást mindkét folyamathoz?
Valószínűleg nem. Ez egy csapda, amelybe sok tervező esik. A 3D nyomtatás segítségével megúszhatja a „lusta” tervezést – vastag műanyagtömbök és éles belső sarkok lehetnek. Ha megpróbálja benyomni ugyanazt a mintát egy fröccsöntő formába, az meghajlik, elsüllyed vagy elakad. Ha azt tervezi, hogy végül megformázza alkatrészét, kezdje el a tervezést most (gondoljunk a huzatszögekre és az egyenletes falvastagságra), még akkor is, ha egyelőre csak prototípusokat nyomtat.

Melyik eljárás hoz létre erősebb alkatrészeket?
Ezt a fröccsöntés nyeri, lefelé. Mivel a műanyagot nyomás alatt egy folytonos, olvadt masszaként fecskendezik be, szerkezetileg egységes. A 3D nyomtatott alkatrészeknek „rétegei” vannak, és ezek a rétegek lényegében apró törésvonalak. Ha egy nyomtatott alkatrészt rosszul nyom ki, az úgy hasad, mint egy fadarab.

Milyen gyorsan kaphatom meg az alkatrészeket?
Ha holnap kell, nyomtasd ki. A CAD-fájlból órák alatt fizikai részre juthat. A fröccsöntés egy várakozó játék. Még egy „gyors” öntőforma megmunkálása is 2-4 hétig tart, és ez még a tényleges gyártás megkezdése előtt szükséges.

A 3D nyomtatás csak műanyaghoz használható?
Tulajdonképpen nem. A fém 3D nyomtatás (SLM/DMLS) óriási az űrrepülésben és az orvosi implantátumokban. Befektetési öntéshez kerámiába vagy viaszba is nyomtathat. A legtöbb fogyasztói termék esetében azonban általában különféle típusú gyantákról és hőre lágyuló műanyagokról beszélünk.

Várj, mi a helyzet a forma 3D-s nyomtatásával?
Ez most a "profi lépés". Ha 50 valódi, fröccsöntött alkatrészre van szüksége, akkor a formabetéteket 3D-ben nyomtathatja magas hőmérsékletű gyantával. Ez egy nagyszerű módja annak, hogy tesztelje a tényleges gyártási anyagot anélkül, hogy egy vagyont költene egy acélszerszámra. Csak ne számítson arra, hogy a nyomtatott öntőforma 10 000 felvételt bír ki – valószínűleg 50. után feladja