3D ispis naspram injekcijskog prešanja: odabir pravog procesa proizvodnje

Suština

Ako tražite "predugu; nisam čitao" verziju, ovo je stvarnost: 3D ispis je za koketiranje s idejama; Injekcijsko prešanje je za predanost njima. Izbili se obično svodi na jedno pitanje: Koliko ih trebaš? * Držite se 3D ispisa ako izrađujete manje od 500 dijelova, još uvijek dotjerujete svoj dizajn ili trebate prototip "Zdravo Marijo" do sutra ujutro. Ne plaćate unaprijed za alat, ali ćete platiti "vremenski piliez" za svaku pojedinačnu jedinicu koju proizvedete.

• Povucite okidač za injekcijsko prešanje u trenutku kada budete spremni za povećanje od 1000 jedinica. Miliat ćete progutati masivan račun unaprijed za kalup (mislite na 5000 do 50 000 USD), ali vaš će trošak po dijelu pasti s dolara na penije.

Da budem iskren, najpametniji timovi zapravo ne biraju ni jedan - koriste 3D ispis kako bi brzo i jeftino propali, a zatim se prebacuju na oblikovanje kako bi osvojili veliko u maloprodaji. Ovaj vodič objašnjava gdje se točno nalazi ta "prijelomna" točka i kako izbjeći skupe pogreške koje obično ubiju projekt prije nego što se uopće pokrene.

Prijeđimo odmah na stvar. Imate digitalnu datoteku i trebate fizički dio. Sada dolazi trenutak koji obično određuje hoće li vaš projekt uspjeti ili će postati velika glavobolja: Kako to zapravo uspijevate?

Većina ljudi misli da je to jednostavan izbor između "nove škole" (3D ispis) i "stare škole" (brizganje). Ali iskreno? Rijetko je više tako crno-bijelo.

Prava razlika

Zaboravite udžbenike na trenutak. Evo što se zapravo događa:

• 3D ispis je kao korištenje visokotehnološkog pištolja za ljepilo za crtanje vašeg objekta u postojanje, sloj po sloj. Bez alata, bez velikog podešavanja - samo vi, stroj i digitalna datoteka. To je ultimativna sloboda, sve dok ne shvatite da vam ih treba tisuću do petka.
• Injection Molding je nasilniji. Zabijate rastaljenu plastiku u precizno izrezanu čeličnu "špilju" pod nevjerojatnim pritiskom. Skupo je za početak i zauvijek je potrebno da se postavi, ali kada taj stroj počne zujati, nezaustavljiva je zvijer učinkovitosti.

Zašto ovo nije samo "razgovor o tehnologiji"

Vidio sam mnogo osnivača koji su postali romantični u vezi s 3D ispisom, samo da bi shvatili da njihova cijena po jedinici čini njihov proizvod nemogućim za prodaju. S druge strane, vidio sam kako su inženjeri potrošili 30 000 dolara na čelični kalup za proizvod koji još nije niti testiran na tržištu. To je bolna pogreška.

"Stara pravila" - gdje je tiskanje bilo za igračke, a oblikovanje za "pravu" proizvodnju - su mrtva. Danas su granice nejasne. Možete li ispisati proizvodnu nakladu mosta? Obično. Trebate li oblikovati prototip? Ponekad.

Cilj

Nisam ovdje da vam držim predavanje. Želim vam pomoći pronaći tu "slatku točku"—točan trenutak u kojem vam jedan proces počinje štedjeti novac, a drugi ga počinje trošiti. Pogledat ćemo oštrinu: vrijeme isporuke, mehaničku čvrstoću i hladnu, tešku matematiku točke rentabilnosti.

Jeste li spremni vidjeti koji put zapravo odgovara vašem projektu? Krenimo.

Trebamo li odmah prijeći na odjeljak "Što je 3D ispis"? Držat ću ga jednako oštrim.

Pogledajmo 3D ispis - ili ono što industrija voli nazivati ​​"aditivna proizvodnja". Iskreno, ime vam sve govori: počinjete od nule i dodajete materijal samo tamo gdje vam treba.

Zamislite to kao gradnju kuće ciglu po ciglu, osim što su cigle mikroskopske, a "zidar" je laser ili mlaznica koja slijedi digitalnu kartu.

Tehnologija u stvarnom svijetu

Vjerojatno ste čuli za FDM (onaj koji izgleda kao robotski pištolj za ljepilo), ali to je samo vrh ledenog brijega. Ako vam treba nešto što ne izgleda kao da je napravljeno u garaži, gledate SLA or DLP , koji koriste svjetlost za pretvaranje tekuće smole u čvrste dijelove glatke poput stakla. Zatim postoji SLS or MJF — teški napadači. Oni koriste lasere za spajanje najlonskog praha u dijelove koji su tako jaki da ih zapravo možete koristiti u motoru automobila ili letačkom odijelu.

Dobri, Loši i Pošteni

Zašto ga ljudi vole? Brzina i sloboda. Ako imate ideju u 9 ujutro, fizički dio možete imati u ruci do večere. Bez kalupa, bez "alata" i bez "ne možete napraviti takav oblik" od mrzovoljnog strojara. Trebate li jedan dio ili deset, 3D ispis je vaš najbolji prijatelj.

Ali evo kvake koju većina ljudi prešućuje: Sporo je. Izgradnja dijela sloj po sloj zahtijeva vrijeme—ponekad sati, ponekad dani. I razgovarajmo o cijeni "po dijelu". Dok je prvi dio jeftin, 1000. dio košta potpuno isto kao i prvi. Ovdje nema "skupnog popusta" prema zakonima fizike.

Osim toga, tu je i problem "zrna". Baš kao i drvo, tiskani dijelovi imaju slojeve. Ako povučete te slojeve, dio bi mogao puknuti. Sve je bolje s novim smolama i metalima, ali to je još uvijek nešto što inženjere drži budnima noću.

Je li za vas?

Ako još uvijek dotjeruješ svoj dizajn ili ako ti treba samo nekoliko prilagođenih dijelova koji izgledaju kao da pripadaju znanstveno-fantastičnom filmu, prestani tražiti. Pronašli ste svog pobjednika. Ali ako planirate napuniti skladište? Pa, to je sasvim drugačiji razgovor.

Želite prijeći na injekcijsko prešanje? Možemo razgovarati o tome zašto je tako glavobolja započeti, ali tako lijepo kada se pokrene.

Sada, razgovarajmo o teškom napadaču: Injekcijsko prešanje. Ako je 3D ispis kipar koji pažljivo kleše kip, injekcijsko prešanje je pečat velike brzine. Uzmete blok od čelika ili aluminija, urezujete u njega "negativnu" šupljinu svog dijela, a zatim rastopljenu plastiku ispuhnete u tu prazninu pod zastrašujuće visokim tlakom. Nakon što se ohladi—što se događa za nekoliko sekundi—kalup se otvara, ispušta dio i ponovno se postavlja. Isperite i ponovite, tisuće puta dnevno.

Prednji "zid"

Bit ću otvoren: započeti s injekcijskim prešanjem je muka. Ne možete samo "pritisnuti ispis". Morate dizajnirati kalup, što je samo po sebi inženjerski pothvat. Morate razmišljati o "kutovima propuha" (kako se dio ne bi zaglavio) i "mjestama vrata" (gdje ulazi plastika).

Onda je tu i račun. Pristojan čelični kalup može vas lako koštati 5000 USD, 20 000 USD ili čak 100 000 USD prije nego što proizvedete i jedan upotrebljivi dio. A čekanje? Očekujte da ćete sjediti na rukama 4 do 10 tjedana dok se alat strojno obrađuje i polira.

Zašto smetati?

Uz svu tu gnjavažu, zašto to itko radi? Jer kada je "alat" gotov, matematika se okreće u vašu korist. Govorimo o cijeni po dijelu koja pada s dolara na penije.

No, ne radi se samo o novcu. Brizganjem lijevani dijelovi su snažna. Budući da je plastika jedna kontinuirana masa pod pritiskom, a ne hrpa slojeva, strukturni integritet je svjetske klase. Želite specifičnu teksturu? Završna obrada "mekana na dodir"? Posebna nijansa "Ferrari Red"? Brizganje to rješava bez napora. Od ABS-a u vašim LEGO kockama do medicinskog PEEK-a u srčanom ventilu, knjižnica materijala je u osnovi beskonačna.

Kompromis

Najveći nedostatak - osim cijene - je to što ste "zaključani". Ako pronađete pogrešku u svom dizajnu nakon što je kalup izrezan, gledate u vrlo skup uteg za papir i morate puno objašnjavati svom računovođi. To je proces koji nagrađuje one koji su napravili domaću zadaću i spremni su napredovati.

Trebamo li prijeći na odjeljak "Ključne razlike"? Ovo je mjesto gdje rastavljamo stvarnu matematiku "Break-Even" kako bismo vidjeli koja od njih štedi vaš proračun.

Prijeđimo na mjedi: Matrica odluke. Ovdje završavaju teoretske stvari i počinje vaš proračun. Većina ljudi ovdje ostane paralizirana, ali to se zapravo svodi na nekoliko hladnih, teških varijabli.

1. Matematika "pokrića".

Ovo je veliki. Uz 3D ispis, vaši su troškovi jednaki. Bilo da napravite 1 dio ili 100, plaćate vrijeme stroja i materijal. To je ravna linija.

Injekcijsko prešanje, međutim, počinje s masivnim okomitim šiljkom (cijena alata). Ali kako proizvodite više, taj se trošak "razvodnjava".

Praktično pravilo: * 1 do 500 jedinica: 3D ispis je gotovo uvijek pobjednik.

• 500 do 2000 jedinica: Ovo je "Siva zona". Ovisi o tome koliko je vaš dio složen.
• 2000 jedinica: Prestanite razmišljati i krenite s injekcijskim prešanjem. Novac koji uštedite po dijelu na kraju će platiti taj skupi kalup, a zatim i nešto.

2. Fleksibilnost dizajna nasuprot preciznosti

Zamislite 3D ispis kao "dizajn za sve". Želite šuplju rešetkastu strukturu unutar sfere? Nema problema. 3D ispis ne mari za složenost.

Brizganje je drugačija zvijer. Morate "Dizajnirati za proizvodnju" (DFM). Vama treba kutovi gaza (blago se sužava) tako da dio zapravo može kliziti iz kalupa. Moraš se brinuti debljina stijenke -ako je jedan dio vašeg dizajna predebeo, "potonut će" ili se iskriviti dok se hladi. Ako se kasnije predomisliš? Promjena 3D datoteke traje pet minuta; promjena čeličnog kalupa traje pet tjedana i nekoliko tisuća dolara.

3. Čvrstoća i završna obrada površine

Budimo realni: ako vam je potreban dio da izgleda kao da je došao s maloprodajne police, brizganje je zlatni standard. Površina je glatka, boja je pečena, a dio je "izotropan" - što znači da je jednako jak u svim smjerovima.

3D ispis je daleko odmakao, ali većina dijelova (posebno FDM) još uvijek ima onaj izdajnički "slojeviti" izgled. Oni su također "anizotropni", što je otmjen način da se kaže da bi se mogli razdvojiti duž linija slojeva ako ih previše opteretite.

4. Odabir materijala

• 3D ispis: Ograničeni ste na ono što se može pretvoriti u filament, prah ili smolu. To je popis koji raste, ali još uvijek je podskup.
• Injekcijsko prešanje: Ako je plastika, možete je oblikovati. Želite najlon punjen staklom za visoke temperature? Ili fleksibilni TPE koji se osjeća poput gume? Imate ključeve cijelog kraljevstva polimera.

Jeste li spremni završiti ovo sa sažetkom "Kada koristiti koji" i nekim primjerima iz stvarnog svijeta?

Dakle, gdje zapravo stavljate svoj novac? Prestanimo govoriti o teoriji i pogledajmo scenarije iz stvarnog svijeta koji se obično nalaze na mom stolu.

Kada se zadržati na 3D ispisu

Iskreno, ako ste još uvijek u fazi "što ako", 3D ispis je vaš najbolji prijatelj.

• Faza izrade prototipa: Ako do ponedjeljka trebate opipati dio u ruci, testirati prianjanje ili investitoru pokazati model "izgleda kao-radi-kao", nemojte ni gledati u kalup.
• Proizvodnja mostova: Ovo je potez koji stalno vidim kako pametni timovi rade. Završili ste svoj dizajn i naručili ste svoj kalup za brizganje - ali taj kalup neće biti spreman za dva mjeseca. Sada ispisujete 500 jedinica kako biste započeli prodaju i sijanje tržišta. Održava zamah na životu.
• "Nemoguće" geometrije: Ponekad dizajner poludi s unutarnjim rešetkama ili organskim oblicima koje čelični alat jednostavno ne može doseći. Ako vaš dio izgleda kao komad koralja, tisak bi mogao biti vaš jedini izbor.

Kada povući okidač za injekcijsko prešanje

Ovo je kada "eksperiment" završi i počne "posao".

• Sigurnost velike količine: Ako ste uvjereni da ćete prodati 5000 jedinica, početni problemi s kalupom isplatit će se za nekoliko tjedana. To je razlika između hobija i proizvodne trake.
• “Maloprodajni osjećaj”: Ako će vaš proizvod stajati na polici u Best Buyu ili IKEA-i, mora se činiti "pravim". Bez slojeva, bez grubih rubova—samo gladak, težak, dosljedan osjećaj koji daje samo oblikovanje pod visokim pritiskom.
• Medicinski/automobilski standardi: Kad su životi u pitanju, "dovoljno dobro" nije opcija. Injekcijsko prešanje daje vam pristup certificiranim smolama medicinske kvalitete koje su testirane desetljećima.

Varalica: brzi alati i materijali

Ako tražite "kako", evo brze provjere pulsa o tome što se trenutno koristi u industriji:

Posljednja riječ

Je li jedno "bolje" od drugog? Ne baš. To je kao da pitate je li čekić bolji od odvijača.

Zapravo, najuspješniji projekti koje vidim ne biraju jednu stranu - koriste obje. Oni stvaraju prototip s 3D ispisom, koriste ga za izgradnju "mostnog" materijala, a zatim prelaze na injekcijsko prešanje nakon što tržište dokaže da su u pravu.

Da budem iskren, najveća pogreška je ne odabrati "pogrešnu" tehnologiju; predugo se čeka da bi se uopće napravio izbor. Pogledajte svoj volumen, provjerite svoj bankovni račun i samo počnite zarađivati. Uvijek možete okrenuti kasnije.

Stvarnost prilagođavanja: 3D ispis na djelu

Sjećam se male medicinske tehnološke tvrtke koja je pokušavala riješiti određeni problem: prilagođene kirurške vodilice za operacije kralježnice. Kralježnica svakog pacijenta je drugačija, pa je "standardni" dio bio beskoristan.

Da su krenuli putem injekcijskog prešanja, bili bi mrtvi u vodi. Možete li zamisliti strojnu obradu čeličnog kalupa od 10.000 dolara za dio koji ćete upotrijebiti samo jednom? To je apsurdno. Korištenjem SLA (stereolitografija) , uspjeli su uzeti pacijentov CT i ispisati biokompatibilni vodič za manje od 24 sata. Trošak po dijelu bio je visok - možda 50 dolara za malo plastike - ali trošak "alata" bio je nula. Zapravo, u ovoj niši, 3D ispis nije samo izbor; to je jedini razlog zašto tvrtka postoji.

Snaga zaokreta: skaliranje injekcijskim prešanjem

Sada, usporedite to s startupom s kojim sam surađivao koji je dizajnirao "pametnu" bocu vode za višekratnu upotrebu. Počeli su na Kickstarteru i koristili 3D printanje (konkretno Multi Jet Fusion ) za svojih prvih 200 "beta" jedinica. Bilo je odlično za dobivanje povratnih informacija, ali čim su dostigli 5000 narudžbi, matematika je postala ružna.

Plaćali su gotovo 12 dolara po stanu da ih tiskaju. Uloživši 25.000 dolara u visokokvalitetni aluminijski kalup, spustili su taj trošak na 0,85 dolara po jedinici. Da budem iskren, tih 25.000 dolara činilo se kao bogatstvo u to vrijeme, ali taj su novac zaradili u prvom mjesecu slanja. To je "zvijer" injekcijskog prešanja - masivan je zid za penjanje, ali pogled s druge strane je nevjerojatno isplativ.

Što je zapravo sljedeće?

Idemo prema svijetu u kojem zapravo više ne morate "birati stranu". Jeste li čuli za 3D ispisani alati ? To je fascinantna sredina. Tvrtke sada 3D ispisuju sami kalupi pomoću visokotemperaturnih smola. Dobivate brzinu pisača, ali svojstva materijala lijevanog dijela. Savršen je za one "između" serije od 50 do 100 komada gdje nijedna tradicionalna metoda ne odgovara.

Suština

Na kraju krajeva, vaš izbor ne bi trebao biti o tome koja je tehnologija "hladnija". Radi se o vašoj specifičnoj ciljnoj crti.

• Još ponavljate? Ispiši ga. * Je li vaš dizajn "zamrznut", a knjiga narudžbi puna? Ukalupi ga. Uglavnom, samo nemojte zapeti u "paralizi analize". Najuspješniji proizvođači koje poznajem su oni koji se ne boje koristiti 3D printer za brzi neuspjeh, tako da mogu koristiti kalup za brizganje kako bi postigli veliki uspjeh.

S kojim ste spremni započeti danas?

FAQ

Je li 3D ispis zapravo "jeftiniji" od injekcijskog prešanja?
iskreno? Samo u startu. Ako izrađujete jedan dio, 3D ispis je jeftin jer ne plaćate kalup od 10.000 dolara. Ali kada dosegnete određenu količinu - obično oko 500 do 1000 jedinica - cijena ispisa "po dijelu" počinje boljeti. Razmišljajte o tome kao o taksiju naspram kupnje automobila: taksi je jeftiniji za jedno putovanje, ali ako vozite 100 milja svaki dan, bolje vam je da posjedujete vozilo.

Mogu li koristiti isti dizajn za oba procesa?
Vjerojatno ne. Ovo je zamka u koju upadaju mnogi dizajneri. 3D ispis omogućuje vam da se izvučete s "lijenim" dizajnom - možete imati debele blokove plastike i oštre unutarnje kutove. Ako pokušate gurnuti taj isti dizajn u kalup za injekcijsko ubrizgavanje, on će se iskriviti, potonuti ili zaglaviti. Ako planirate na kraju oblikovati svoj dio, počnite dizajnirati za njega sada (razmislite o kutovima nacrta i ravnomjernoj debljini stjenke), čak i ako za sada ispisujete samo prototipove.

Koji proces proizvodi jače dijelove?
Injekcijsko prešanje pobjeđuje u ovom slučaju. Budući da se plastika ubrizgava kao jedna kontinuirana, rastaljena masa pod pritiskom, strukturno je dosljedna u cijelosti. 3D tiskani dijelovi imaju "slojeve", a ti slojevi su u biti sićušne linije rasjeda. Ako otisnuti dio na pogrešan način, on će se rascijepiti poput komada drveta.

Koliko brzo mogu dobiti svoje dijelove?
Ako ti treba sutra, isprintaj. Od CAD datoteke do fizičkog dijela možete prijeći za nekoliko sati. Brizganje je igra na čekanje. Čak i za "brzi" kalup potrebno je 2 do 4 tjedna za strojnu obradu, a to je prije nego što uopće započnete stvarnu proizvodnju.

Je li 3D ispis samo za plastiku?
Zapravo, ne. Metalni 3D ispis (SLM/DMLS) ogroman je u zrakoplovnim i medicinskim implantatima. Također možete tiskati u keramici ili vosku za uložni lijev. Međutim, za većinu potrošačkih proizvoda obično govorimo o raznim vrstama smola i termoplasta.

Čekaj, što je s 3D ispisom kalupa?
To je trenutno "profesionalni potez". Ako trebate 50 stvarnih, oblikovanih dijelova, možete 3D ispisati umetke kalupa pomoću smole visoke temperature. To je sjajan način za testiranje stvarnog proizvodnog materijala bez trošenja bogatstva na čelični alat. Samo nemojte očekivati ​​da će tiskani kalup trajati 10 000 snimaka - vjerojatno će odustati nakon 50.