Czy druk 3D jest tańszy niż formowanie wtryskowe?

Debata pomiędzy drukiem 3D a formowaniem wtryskowym toczy się od lat w kręgach produkcyjnych. Wraz z postępem w produkcji dodatków uszlachetniających pojawia się pytanie - co jest lepsze? Czy druk 3D jest tańszy niż formowanie wtryskowe?

Niniejsze porównanie ma na celu dostarczenie aktualnej, opartej na danych analizy różnic w kosztach między tymi dwoma popularnymi procesami produkcyjnymi. Jako profesjonalista Producent form wtryskowych z tworzyw sztucznychMoim celem jest rozstrzygnięcie tej debaty raz na zawsze poprzez obiektywną ocenę.

Zacznijmy od podstaw, zanim przejdziemy do podziału cen.

Czym są druk 3D i formowanie wtryskowe? Szybkie wprowadzenie

Po pierwsze, druk 3D odnosi się do procesu zwanego produkcją addytywną. Polega on na tworzeniu trójwymiarowych obiektów poprzez osadzanie materiału warstwa po warstwie od dołu do góry.

Popularne technologie druku 3D, o których być może słyszałeś, to FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography) i SLS (Selective Laser Sintering). Każda z tych metod wykorzystuje inne materiały i techniki, ale podstawowa zasada pozostaje taka sama.

Z drugiej strony, formowanie wtryskowe jest procesem produkcyjnym, który istnieje od dziesięcioleci. Polega on na wtryskiwaniu roztopionego tworzywa sztucznego do gniazda formy i pozostawieniu go do ostygnięcia i zestalenia do ostatecznego kształtu.

Koszty początkowe pochodzą głównie z Obróbka CNC wymagana stalowa forma. Ale gdy forma jest już gotowa, koszt jednej części staje się bardzo przystępny dzięki produkcji na dużą skalę.

Teraz, gdy znamy już oba procesy, przeanalizujmy dokładne różnice w cenach na podstawie rzeczywistych danych.

Czynniki wpływające na różnice w kosztach produkcji między drukiem 3D a formowaniem wtryskowym

Podobnie jak w przypadku każdej produkcji, ceny zależą od wielu czynników, w tym:

Objętość kompilacji
Rozmiar części
Materiał
Praca
Czas drukowania
Wymagane oprzyrządowanie

Uwzględnienie wszystkich zmiennych pozwala nam dokonać porównania "jabłka do jabłek".

Od razu wiemy, że formowanie wtryskowe wiąże się z wysokimi kosztami początkowymi związanymi z obróbką stali. Druk 3D opłaca się na bieżąco, bez kosztownego oprzyrządowania.

Druk 3D wymaga jednak więcej czasu na wyprodukowanie każdej części, co znacząco wpływa na ceny na dużą skalę. Przeanalizujmy ten pomysł na przykładzie.

Studium przypadku: Rama drona drukowana w 3D vs. stalowa forma i plastikowe części

Aby jasno zademonstrować dynamikę cen, przeanalizujemy rzeczywisty projekt - produkcję ram do dronów.

Projektant wymaga małych partii od 1 do 250 sztuk. Możliwe są tutaj dwie opcje:

Opcja A: Druk 3D w technologii FDM

Drukarki FDM układają filament z tworzywa sztucznego warstwa po warstwie, tworząc części.

W przypadku naszej ramy do drona o wymiarach 10 cali x 4 cale x 2 cale, biurkowa drukarka FDM może wyprodukować każdą jednostkę za $45:

Czas maszyny
Praca
Materiał żarnika

Łącznie 250 jednostek, cena końcowa wynosi $45 x 250 = $11,250

Opcja B: Forma wtryskowa

Po pierwsze, wykonujemy obróbkę CNC formy stalowej z prędkością ok. $5,800. Ale teraz możemy produkować plastikowe ramy do dronów za jedyne $6 za sztukę.

Zakładając 250 ramek drona, jak w naszym przykładzie z drukiem 3D, koszty produkcji wynoszą:

Oprzyrządowanie formy = $5,800
250 jednostek x $6 na jednostkę = $1,500

Łączna kwota wynosi $7,300. Nawet biorąc pod uwagę koszty oprzyrządowania formy, przy tej ilości formowanie wtryskowe jest znacznie tańsze.

Widać, jak wielkość produkcji i metoda wpływają na ostateczną cenę. Innym aspektem, który musimy wziąć pod uwagę, jest rozmiar i złożoność części...

Analiza: Progi i wymiary wielkości produkcji

Nasze studium przypadku wyraźnie pokazuje, jak wielkość produkcji zmienia równanie między cenami druku 3D a formowania wtryskowego. Ale jakie dokładnie ilości sprawiają, że formowanie wtryskowe zaczyna mieć sens?

Małe części poniżej 4 cali sześciennych

Dla małych, bardzo złożonych części, Druk 3D pozostaje tańszy do 1000 sztuk.

Kompaktowa objętość wydruku oznacza mniejsze zużycie plastikowego filamentu. Koszty oprzyrządowania formy $6,000 nie rekompensują tak małej ilości.

Przykładem może być małe, ale bardzo precyzyjne plastikowe koło zębate.

Części średnie Od 4 cali^3 do 12 cali^3

Jeśli chodzi o części średniej wielkości, takie jak rama naszego drona, minimalna opłacalna ilość wynosi około 500 sztuk.

W tym przypadku oprzyrządowanie formy równoważy rosnące koszty filamentu. Chociaż druk 3D pozostaje konkurencyjny do ~500 sztuk.

Duże części powyżej 12 cali sześciennych

Dla większych części o niższej względnej złożoności, punkt krytyczny może wynosić zaledwie 100 jednostek.

Nieporęczne wydruki 3D stają się wykładniczo drogie ze względu na zwiększone zapotrzebowanie na materiały. Jednak forma $10,000+ rekompensuje to już od ~100 dużych części.

Przykładem może być drukowanie gigantycznych klocków LEGO w porównaniu z formowaniem wtryskowym.

Uwzględniając zarówno ilości, jak i geometrie między drukiem 3D a kosztem formowania wtryskowego na część, uzyskujemy bardziej holistyczne zrozumienie.

Czy druk 3D jest bardziej opłacalny w przypadku prototypów? Analiza kosztów NRE

Dotychczasowe dane koncentrowały się w szczególności na kosztach produkcji. Jednak w przypadku rozwoju nowych produktów nie można lekceważyć kosztów NRE (Non-Reoccurring Engineering).

NRE odnosi się do kosztów projektowania i testowania przed pełną produkcją. Obejmuje to tworzenie modeli CAD i prototypów do walidacji.

Czy druk 3D jest tańszy niż formowanie wtryskowe, jeśli chodzi o prototypowanie?

Krótka odpowiedź brzmi - absolutnie.

Załóżmy, że drukujesz 20 różnych iteracji projektu za pomocą stacjonarnej drukarki 3D FDM, zanim zdecydujesz się na ostateczną ramę drona.

Przy cenie $50 za sztukę, całkowity koszt prototypu wynosi $1,000.

Ale zastosowanie obróbki CNC do prototypów form wtryskowych będzie kosztować około $2,500 za wersję. Po zoptymalizowaniu zaledwie 5 projektów przy $12,500, druk 3D jest już ponad 10 razy tańszy do celów prototypowania.

Łatwość przesyłania poprawionych modeli CAD w połączeniu z brakiem kosztownego oprzyrządowania sprawia, że produkcja addytywna jest znacznie bardziej przystępna cenowo w fazie projektowania. A biorąc pod uwagę, że formy wtryskowe wytrzymują setki tysięcy cykli, nie ma sensu wydawać tego kapitału przed sfinalizowaniem idealnego projektu.

Kluczowe wnioski - Czy druk 3D jest ogólnie bardziej opłacalny?

Przyjmując podejście zorientowane na dane do analizy cen, możemy określić wytyczne dotyczące tego, kiedy drukowanie 3D w porównaniu z formowaniem wtryskowym ma sens:

Druk 3D prawie zawsze jest tańszy w przypadku prototypowania projektów, ponieważ nie wiąże się z kosztami NRE.
Ostateczna wielkość produkcji i rozmiary części są kluczowymi czynnikami wpływającymi na ceny produkcji
Druk 3D ma sens tylko do ~1000 jednostek dla małych części i ~100 jednostek dla dużych, nieporęcznych części.
Formowanie wtryskowe staje się wykładniczo bardziej przystępne cenowo przy skali produkcji powyżej tych progów

Podsumowując

Czy druk 3D jest tańszy niż formowanie wtryskowe?W przypadku firm przygotowujących się do skalowania produkcji, formowanie wtryskowe zapewnia największy zwrot z inwestycji w dłuższej perspektywie. Jednak bez wątpienia produkcja addytywna przyspiesza rozwój produktu, co w wielu przypadkach może decydować o sukcesie lub porażce wprowadzenia nowego produktu na rynek.

Prawdziwa optymalna ścieżka rozwoju prawdopodobnie obejmuje oba uzupełniające się procesy na różnych etapach rozwoju. Wraz z ciągłym rozwojem technologii druku 3D i formowania odblokowujemy niesamowity potencjał do tworzenia innowacyjnych, zmieniających świat produktów.

Przy odpowiednim zastosowaniu, produkcja addytywna zapewnia niezrównaną przystępność cenową podczas prototypowania i wczesnych testów, co ma kluczowe znaczenie dla dzisiejszych zwinnych startupów sprzętowych. Jednak po sfinalizowaniu projektów i zwiększeniu ilości, formowanie wtryskowe po prostu nie może być pokonane pod względem jakości i ceny na poziomie produkcji masowej.