3D-друк проти лиття під тиском: вибір правильного виробничого процесу

Підсумок

Якщо ви шукаєте «занадто довгу; не читав» версію, ось реальність: 3D-друк призначений для флірту з ідеями; Лиття під тиском для того, щоб прихильно до них. Зазвичай вибір зводиться до одного питання: Скільки тобі потрібно? * Дотримуйтесь 3D-друку якщо ви виготовляєте менше 500 деталей, досі налаштовуєте свій дизайн або вам потрібен прототип «Радуйся, Маріє» до завтрашнього ранку. Ви не платите авансом за інструменти, але ви сплачуєте «податок на час» за кожну виготовлену одиницю.

• Натисніть на курок на Лиття під тиском момент, коли ви будете готові перевищити 1000 одиниць. Вам доведеться проковтнути величезний авансовий рахунок за прес-форму (приміром, від 5000 до 50 000 доларів США), але вартість кожної частини різко впаде з доларів до копійок.

Чесно кажучи, найрозумніші команди насправді не обирають жодного — вони використовують 3D-друк, щоб швидко й дешево зазнати невдачі, а потім переходять на формування, щоб виграти в роздріб. У цьому посібнику детально пояснюється, де знаходиться точка «беззбитковості» та як уникнути дорогих помилок, які зазвичай вбивають проект ще до його запуску.

Перейдемо безпосередньо до цього. У вас є цифровий файл і вам потрібна фізична частина. Тепер настає момент, який зазвичай визначає, чи ваш проект вдасться чи стане головним болем: Як насправді це вдається?

Більшість людей вважає, що це простий вибір між «новою школою» (3D-друк) і «старою школою» (лиття під тиском). Але чесно? Це вже рідко буває таким чорно-білим.

Справжня різниця

Забудьте на секунду про підручники. Ось що насправді відбувається:

• 3D друк схоже на використання високотехнологічного клейового пістолета, щоб намалювати ваш об’єкт на світ шар за шаром. Ніяких інструментів, жодних серйозних налаштувань — лише ви, машина та цифровий файл. Це неперевершена свобода, поки ви не зрозумієте, що вам потрібна тисяча з них до п’ятниці.
• Injection Molding є більш жорстоким. Ви забиваєте розплавлений пластик у сталеву «печеру» з прецизійним різанням під неймовірним тиском. Починати це дорого, а налаштування займає цілу вічність, але як тільки ця машина починає гудіти, її нестримну ефективність.

Чому це не просто «технічна розмова»

Я бачив, як багато засновників ставилися до 3D-друку романтично, але лише для того, щоб усвідомити, що вартість одиниці робить їхній продукт неможливим для продажу. З іншого боку, я бачив, як інженери витратили 30 000 доларів на сталеву форму для продукту, який ще навіть не був випробуваний на ринку. Це болюча помилка.

«Старі правила» — де друк був призначений для іграшок, а ліплення — для «справжнього» виробництва — мертві. Сьогодні межі розмиті. Чи можете ви надрукувати виробничий тираж мосту? Зазвичай. Чи варто формувати прототип? іноді.

Мета

Я тут не для того, щоб читати вам лекцію. Я хочу допомогти вам знайти ту «приємну точку» — саме той момент, коли один процес починає заощаджувати ваші гроші, а інший починає їх спалювати. Ми подивимося на твердість: час виконання, механічну міцність і холодну, жорстку математику точки беззбитковості.

Готові побачити, який шлях насправді відповідає вашому проекту? Рухаємось.

Чи варто переходити одразу до розділу «Що таке 3D-друк»? Я буду такою ж гострою.

Давайте подивимося на 3D-друк — або на те, що галузь любить називати «аддитивним виробництвом». Чесно кажучи, назва говорить вам усе: ви починаєте з нуля і додаєте матеріал лише там, де він вам потрібен.

Подумайте про це, як про будівництво будинку цеглинка за цеглинкою, за винятком того, що цеглинки мікроскопічні, а «муляр» — це лазер або сопло, яке слідує за цифровою картою.

Техніка в реальному світі

Ви, мабуть, чули про FDM (той, що виглядає як роботизований клейовий пістолет), але це лише верхівка айсберга. Якщо вам потрібно щось, що не схоже на те, що було зроблено в гаражі, ви дивитесь на це SLA або DLP , які використовують світло для перетворення рідкої смоли на тверді, гладкі, як скло, деталі. Тоді є SLS або MJF — важкі нападники. Вони використовують лазери для сплавлення нейлонового порошку в настільки міцні деталі, що ви можете використовувати їх у двигуні автомобіля чи льотному костюмі.

Добрий, Поганий і Чесний

Чому люди це люблять? Швидкість і свобода. Якщо у вас є ідея о 9 ранку, ви можете отримати фізичну частину до обіду. Жодних форм, жодних «інструментів» і жодного «ви не можете зробити таку форму» від сварливого машиніста. Якщо вам потрібна одна або десять частин, 3D-друк — ваш найкращий друг.

Але ось підступ, який більшість людей замовчує: Це повільно. Побудова деталі шар за шаром потребує часу — іноді години, іноді дні. І давайте поговоримо про вартість «за частину». Хоча перша частина дешева, 1000-та частина коштує точно так само, як і перша. Тут немає «масової знижки» з законів фізики.

Крім того, є проблема «зерна». Як і дерево, друковані деталі мають шари. Якщо потягнути за ці шари, частина може лопнути. З новими смолами та металами це стає краще, але це все ще те, що не дає спати інженерам ночами.

Це для вас?

Якщо ви все ще налаштовуєте свій дизайн або вам потрібна лише кілька нестандартних деталей, які виглядають так, ніби вони належать до науково-фантастичного фільму, припиніть шукати. Ви знайшли свого переможця. Але якщо ви плануєте наповнити склад? Ну, це зовсім інша розмова.

Хочете перейти до лиття під тиском? Ми можемо поговорити про те, чому це такий головний біль на початку, але такий прекрасний, коли він працює.

Тепер давайте поговоримо про важкого нападника: Лиття під тиском. Якщо 3D-друк — це скульптор, який ретельно вирізає статую, то лиття під тиском — це високошвидкісна печатка. Ви берете сталевий або алюмінієвий блок, вирізаєте в ньому «негативну» порожнину своєї деталі, а потім під жахливо високим тиском вибухаєте в цю порожнечу розплавлений пластик. Коли вона охолоне, а це відбувається за лічені секунди, форма відкривається, випадає деталь і скидається. Промийте і повторюйте тисячі разів на день.

Передня «стіна»

Скажу прямо: почати працювати з литтям під тиском – це складно. Ви не просто «друкуєте». Ви повинні спроектувати прес-форму, що саме по собі є інженерним подвигом. Ви повинні подумати про «кути тяги» (щоб деталь не застрягла) і «розташування воріт» (куди входить пластик).

Тоді є рахунок. Пристойна сталева форма може легко повернути вам 5000, 20 000 або навіть 100 000 доларів, перш ніж ви виготовите одну придатну для використання деталь. А очікування? Очікуйте, що ви сидітимете на руках від 4 до 10 тижнів, поки інструмент оброблятиметься та поліруватиметься.

Навіщо турбуватися?

З усім цим клопотом, чому хтось це робить? Тому що як тільки «інструменти» готові, математика перевертається на вашу користь. Ми говоримо про вартість за деталь, яка падає від доларів до копійок.

Однак справа не лише в грошах. Деталі литі під тиском сильний. Оскільки пластик являє собою суцільну масу під тиском, а не купу шарів, структурна цілісність є світового рівня. Хочете певну текстуру? М'яке покриття? Конкретний відтінок «Ferrari Red»? Лиття під тиском справляється з цим без зусиль. Від ABS у ваших кубиках LEGO до медичного PEEK у серцевому клапані – бібліотека матеріалів практично нескінченна.

Компроміс

Найбільшим недоліком, окрім вартості, є те, що ви «заблоковані». Якщо ви знайшли помилку у своєму дизайні після того, як форму вирізали, ви дивитесь на дуже дороге прес-пап’є, і вам доведеться багато пояснювати своєму бухгалтеру. Це процес, який винагороджує тих, хто зробив домашнє завдання і готовий досягти успіху.

Чи варто перейти до розділу «Ключові відмінності»? Тут ми розбиваємо фактичну математику «беззбитковості», щоб побачити, яка з них заощадить ваш бюджет.

Давайте перейдемо до латунних прихваток: Матриця рішень. На цьому теоретичні речі закінчуються і починається ваш бюджет. Більшість людей тут паралізуються, але насправді це зводиться до кількох холодних, жорстких змінних.

1. Математика «беззбитковості».

Це великий. З 3D-друком ваші витрати не змінюються. Незалежно від того, робите ви 1 деталь чи 100, ви платите за машинний час і матеріал. Це пряма лінія.

Однак лиття під тиском починається з масивного вертикального шипа (вартість інструменту). Але в міру того, як ви виробляєте більше, ці витрати «розбавляються».

Емпіричне правило: * від 1 до 500 одиниць: Майже завжди виграє 3D-друк.

• від 500 до 2000 одиниць: Це «сіра зона». Це залежить від того, наскільки складна ваша частина.
• 2000 одиниць: Перестаньте думати та перейдіть до лиття під тиском. Копійки, які ви заощадите на деталі, зрештою окуплять цю дорогу форму, а потім ще й інші.

2. Гнучкість дизайну проти точності

Думайте про 3D-друк як про «дизайн для будь-чого». Вам потрібна порожниста гратчаста структура всередині сфери? немає проблем 3D-друк не зважає на складність.

Інжекційне лиття — це інший звір. Ви повинні «Проектувати для виробництва» (DFM). Вам потрібно кути осадки (трохи звужується), щоб деталь могла вислизнути з форми. Ви повинні турбуватися про товщина стінки — якщо одна частина вашого дизайну занадто товста, вона «потоне» або деформується, коли охолоне. Якщо ви передумаєте пізніше? Зміна 3D-файлу займає п'ять хвилин; зміна сталевої форми займає п'ять тижнів і кілька тисяч доларів.

3. Міцність і обробка поверхні

Давайте будемо реальними: якщо вам потрібна деталь, яка виглядатиме так, ніби вона з’явилася на полиці магазину, лиття під тиском — це золотий стандарт. Поверхня гладка, колір запікається, а частина «ізотропна», тобто вона однаково міцна в усіх напрямках.

Тривимірний друк пройшов довгий шлях, але більшість деталей (особливо FDM) все ще мають той яскравий «шаровий» вигляд. Вони також є «анізотропними», що є химерним способом сказати, що вони можуть розділитися вздовж ліній шару, якщо ви надто навантажите їх.

4. Вибір матеріалу

• 3D друк: Ви обмежені тим, що можна перетворити на нитку, порошок або смолу. Це зростаючий список, але це все ще підмножина.
• Лиття під тиском: Якщо це пластик, ви можете його виліпити. Хочете наповнений скло нейлон для високої температури? Або гнучкий TPE, схожий на гуму? У вас є ключі від цілого королівства полімерів.

Готові завершити це коротким викладом «Коли використовувати який» і кількома реальними прикладами?

Отже, куди ви насправді вкладаєте свої гроші? Давайте припинимо говорити про теорію та поглянемо на реальні сценарії, які зазвичай потрапляють на мій стіл.

Коли варто зупинитися на 3D-друкі

Чесно кажучи, якщо ви все ще перебуваєте у фазі «що, якщо», 3D-друк — ваш найкращий друг.

• Фаза прототипування: Якщо вам потрібно помацати деталь у руці, перевірити її підгонку або показати інвестору модель «виглядає як працює, як» до понеділка, навіть не дивіться на форму.
• Виробництво мостів: Я бачу, що розумні команди роблять це постійно. Ви завершили свій дизайн і замовили форму для лиття під тиском, але ця форма буде готова лише через два місяці. Ви друкуєте 500 одиниць зараз, щоб почати продавати та засівати ринок. Це підтримує імпульс.
• «Неможливі» геометрії: Інколи дизайнер входить в оману з внутрішніми решітками або органічними формами, яких сталевий інструмент просто не може досягти. Якщо ваша частина виглядає як шматок корала, друк може бути вашим єдиним вибором.

Коли натискати на курок під час лиття під тиском

Це коли «експеримент» закінчується і починається «бізнес».

• Висока надійність: Якщо ви впевнені, що продасте 5000 одиниць, попередній біль від форми окупиться за кілька тижнів. Це різниця між хобі та виробничою лінією.
• «Відчуття роздрібної торгівлі»: Якщо ваш продукт буде стояти на полиці в Best Buy або IKEA, він повинен здаватися «справжнім». Жодних шарів, жодних шорстких країв — лише відчуття гладкості, важкості, стабільності, яке забезпечує лише формування під високим тиском.
• Медичні/авто стандарти: Коли на кону стоїть життя, «досить добре» — не варіант. Лиття під тиском дає вам доступ до сертифікованих медичних смол, які перевірялися десятиліттями.

Шпаргалка: швидкі інструменти та матеріали

Якщо ви шукаєте «як», ось коротка перевірка пульсу того, що насправді зараз використовується в галузі:

Заключне слово

Чи одне «краще» за інше? Не дуже. Це все одно, що запитати, чи молоток кращий за викрутку.

Насправді найуспішніші проекти, які я бачу, не обирають одну сторону — вони використовують обидві. Вони виготовляють прототипи за допомогою 3D-друку, використовують його для створення «мостового» матеріалу, а потім переходять до лиття під тиском, як тільки ринок підтвердить їхню правоту.

Чесно кажучи, найбільша помилка — це не вибрати «неправильну» техніку; це надто довго чекає, щоб взагалі зробити вибір. Подивіться на свій обсяг, перевірте свій банківський рахунок і просто починайте заробляти. Ви завжди можете повернути пізніше.

Реальність персоналізації: 3D-друк у дії

Я пам’ятаю, як маленька медична технічна фірма намагалася вирішити конкретну проблему: індивідуальні хірургічні посібники для операцій на хребті. Хребет кожного пацієнта різний, тому «стандартна» частина була марною.

Якби вони пішли шляхом лиття під тиском, вони були б мертві у воді. Чи можете ви уявити собі обробку сталевої форми вартістю 10 000 доларів для деталі, яку ви збираєтеся використовувати лише один раз? Це абсурд. Використовуючи SLA (стереолітографія) , вони змогли зробити комп’ютерну томографію пацієнта та надрукувати біосумісний посібник менш ніж за 24 години. Вартість деталі була високою — можливо, 50 доларів за трохи пластику, — але вартість «інструментів» була нульовою. Насправді, у цій ніші 3D-друк – це не просто вибір; це єдина причина існування бізнесу.

Потужність Pivot: масштабування за допомогою лиття під тиском

А тепер порівняйте це зі стартапом, з яким я працював, який розробив «розумну» багаторазову пляшку з водою. Вони почали з Kickstarter і використовували 3D-друк (зокрема Багатоструменевий синтез ) за перші 200 «бета» одиниць. Це було чудово для отримання відгуків, але щойно вони досягли 5000 замовлень, математика стала поганою.

Вони платили майже 12 доларів за житло, щоб їх надрукувати. Вклавши 25 000 доларів у високоякісну алюмінієву форму, вони знизили вартість до 0,85 доларів за одиницю. Чесно кажучи, ці 25 000 доларів на той час здавалися цілим багатством, але вони повернули ці гроші в перший місяць доставки. Це «звір» лиття під тиском — це масивна стіна, на яку потрібно піднятися, але вид з іншого боку неймовірно вигідний.

Що насправді далі?

Ми рухаємося до світу, де вам більше не потрібно «обирати сторону». Ви чули про 3D-друкований інструмент ? Це захоплююча золота середина. Зараз компанії займаються 3D-друком самі форми з використанням високотемпературних смол. Ви отримуєте швидкість принтера, але властивості матеріалу формованої деталі. Він ідеально підходить для «проміжних» серій від 50 до 100 штук, де жоден традиційний метод не підходить.

Підсумок

Зрештою, ваш вибір не повинен залежати від того, яка технологія «крутіша». Йдеться про вашу конкретну фінішну пряму.

• Ви все ще повторюєте? Роздрукуйте його. * Ваш дизайн «заморожений», а книга замовлень заповнена? Виліпіть це. Здебільшого просто не застрягайте в «паралічі аналізу». Найуспішніші виробники, яких я знаю, це ті, які не бояться використовувати 3D-принтер, щоб швидко вийти з ладу, тому вони можуть використовувати машину для лиття під тиском, щоб досягти великого успіху.

З якого з них ви готові почати сьогодні?

поширені запитання

Чи насправді 3D-друк «дешевший», ніж лиття під тиском?
чесно? Тільки на початку. Якщо ви робите одну деталь, 3D-друк є вигідною угодою, оскільки ви не платите за форму вартістю 10 000 доларів. Але як тільки ви досягаєте певного обсягу (зазвичай приблизно від 500 до 1000 одиниць), вартість «за партію» друку починає боліти. Подумайте про це як про таксі чи про покупку автомобіля: таксі дешевше для однієї поїздки, але якщо ви проїжджаєте 100 миль щодня, вам краще володіти транспортним засобом.

Чи можу я використовувати однаковий дизайн для обох процесів?
Напевно ні. Це пастка, в яку потрапляють багато дизайнерів. 3D-друк дає змогу уникнути «ледачого» дизайну — ви можете мати товсті блоки пластику та гострі внутрішні кути. Якщо ви спробуєте заштовхнути той самий дизайн у прес-форму, він деформується, потоне або застрягне. Якщо ви плануєте зрештою формувати свою деталь, почніть її проектувати тепер (подумайте про кути нахилу та рівномірну товщину стінок), навіть якщо ви поки лише друкуєте прототипи.

Який процес виробляє більш міцні частини?
Лиття під тиском перемагає в цій справі. Оскільки пластик впорскується як одна безперервна розплавлена ​​маса під тиском, він структурно узгоджений. 3D-друковані деталі мають «шари», і ці шари по суті є крихітними лініями розломів. Якщо натиснути на надруковану частину неправильно, вона розколеться, як шматок дерева.

Як швидко я можу отримати свої запчастини?
Якщо вам знадобиться завтра, роздрукуйте. Ви можете перейти від файлу CAD до фізичної частини за години. Лиття під тиском — це гра в очікуванні. На виготовлення навіть «швидкої» форми потрібно від 2 до 4 тижнів, і це ще до початку фактичного виробництва.

3D-друк тільки для пластику?
Насправді ні. Металевий 3D-друк (SLM/DMLS) має величезне значення в аерокосмічній галузі та медичних імплантатах. Ви також можете друкувати на кераміці або воску для лиття по моделлю. Однак для більшості споживчих товарів ми зазвичай говоримо про різні типи смол і термопластів.

Зачекайте, а як щодо 3D-друку форми?
Це «професійний крок» прямо зараз. Якщо вам потрібно 50 справжніх формованих деталей, ви можете надрукувати вставки форми 3D за допомогою високотемпературної смоли. Це чудовий спосіб перевірити фактичний виробничий матеріал, не витрачаючи цілих грошей на сталевий інструмент. Тільки не очікуйте, що друкована форма витримає 10 000 знімків — вона, ймовірно, здасться після 50.