Дешевле ли 3D-печать, чем литье под давлением?

Дебаты между 3d-печатью и литьем под давлением ведутся в производственных кругах уже много лет. С развитием аддитивного производства возникает вопрос - 3d-печать дешевле литья под давлением?

Цель этого сравнения - предоставить актуальный, основанный на данных анализ разницы в стоимости этих двух популярных производственных процессов. Как профессионал производитель литья пластмасс под давлениемЯ стремлюсь раз и навсегда разрешить эту дискуссию с помощью объективной оценки.

Давайте начнем с основ, прежде чем перейти к рассмотрению цен.

Что такое 3d-печать и литье под давлением? Краткий обзор

Прежде всего, 3d-печать относится к процессу, называемому аддитивным производством. Он подразумевает создание трехмерных объектов путем послойного нанесения материала снизу вверх.

Среди распространенных технологий 3d-печати, о которых вы, возможно, слышали, - FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography) и SLS (Selective Laser Sintering). В каждом методе используются различные материалы и техники, но основной принцип остается неизменным.

С другой стороны, литье под давлением - это производственный процесс, существующий уже несколько десятилетий. Он осуществляется путем впрыскивания расплавленного пластика в полость формы, после чего он остывает и затвердевает, приобретая окончательную форму.

Первоначальные затраты в основном складываются из Обработка на станках с ЧПУ стальной формы. Но как только форма готова, стоимость одной детали становится очень доступной благодаря крупносерийному производству.

Теперь, когда мы знакомы с обоими процессами, давайте проанализируем разницу в ценах на реальных данных.

Факторы, из-за которых стоимость производства различается между 3d-печатью и литьем под давлением

Как и в любом другом производстве, цена зависит от множества факторов, включая:

• Объемы строительства
• Размер детали
• Материал
• Труд
• Время печати
• Необходимая оснастка

Учет всех переменных позволяет нам провести сравнение "яблоко к яблоку".

Мы знаем, что литье под давлением имеет высокие первоначальные затраты на обработку стали. 3d-печать оплачивается по мере выполнения работ без дорогостоящей оснастки.

Однако 3d-печать требует больше времени на производство каждой детали, что существенно влияет на ценообразование в масштабе. Давайте рассмотрим эту идею на примере.

Тематическое исследование: 3d-печатная рама дрона в сравнении со стальной формой и пластиковыми деталями

Чтобы наглядно продемонстрировать динамику ценообразования, мы проанализируем реальный проект - производство каркасов для беспилотников.

Дизайнеру требуются небольшие партии от 1 до 250 штук. Здесь возможны два варианта:

Вариант A: 3d-печать с помощью FDM

В принтерах FDM пластиковая нить укладывается слой за слоем для создания деталей.

Для нашей рамы дрона размером 10 х 4 х 2 дюйма настольный FDM-принтер может изготовить каждую единицу за $45 с учетом:

• Машинное время
• Труд
• Материал нити

Всего 250 единиц, конечная цена составляет $45 x 250 = $11,250

Вариант B: Литье под давлением

Во-первых, мы обрабатываем стальную форму с ЧПУ примерно на $5,800. Но теперь мы можем производить пластиковые рамы для дронов всего за $6 за штуку.

Если предположить, что в нашем примере с 3d-печатью используется 250 рам для дронов, то производственные затраты составят:

• Оснастка для пресс-формы = $5,800
• 250 единиц x $6 за единицу = $1,500

Итого получается $7,300. Даже если учесть затраты на оснастку пресс-форм, при таком количестве литье под давлением является значительно дешевле.

Вы можете видеть, как объем производства и метод влияют на конечную цену. Еще один аспект, который мы должны учитывать, - это размер и сложность детали...

Анализ: Пороговые значения и размеры объема производства

Наш пример наглядно демонстрирует, как объем производства меняет соотношение между ценами на 3d-печать и литье под давлением. Но при каких объемах литье под давлением начинает иметь смысл?

Мелкие детали объемом до 4 кубических дюймов

Для крошечных и очень сложных деталей, 3d-печать остается дешевой до 1 000 единиц.

Компактный объем сборки означает меньшее количество используемой пластиковой нити. А стоимость оснастки для пресс-формы $6,000 не компенсирует такое малое количество.

В качестве примера можно привести небольшую, но высокоточную пластиковую шестеренку.

Средние части От 4 дюймов^3 до 12 дюймов^3

Когда дело доходит до детали среднего размера, такие как рама нашего беспилотника, минимально возможное количество - около 500 штук.

Здесь оснастка для пресс-форм уравновешивается растущими затратами на филамент. Хотя 3d-печать остается конкурентоспособной до ~500 единиц.

Крупные детали объемом более 12 кубических дюймов

Для больших деталей с низкой относительной сложностью, переломный момент может составлять всего 100 единиц.

Объемные 3d-печати становятся экспоненциально дорогими из-за повышенных требований к материалам. Однако пресс-форма $10,000+ компенсирует это, начиная с ~100 больших деталей.

В качестве примера можно привести печать гигантских блоков LEGO в сравнении с литьем под давлением.

Учет объемов и геометрии при сравнении стоимости детали, изготовленной методом 3d-печати и литья под давлением, позволяет получить более целостное представление.

Является ли 3d-печать более доступной для прототипов? Анализ затрат на NRE

До сих пор данные были сосредоточены именно на производственных затратах. Но при разработке новых продуктов нельзя недооценивать затраты на непериодическое проектирование (NRE).

NRE относится к затратам на проектирование и тестирование до начала производства. Сюда входит создание моделей CAD и прототипов для проверки.

Является ли 3d-печать более дешевой, чем литье под давлением, когда речь идет о создании прототипов?

Короткий ответ - абсолютно.

Допустим, вы напечатали 20 различных итераций дизайна на настольном FDM 3d-принтере, прежде чем остановились на окончательном варианте рамы для дрона.

По цене $50 за штуку, общая стоимость прототипа составляет $1 000.

Но использование ЧПУ для изготовления прототипов литьевых форм обойдется вам примерно в $2,500 за версию. После оптимизации всего 5 дизайнов по цене $12 500, 3d-печать уже более чем в 10 раз дешевле для целей прототипирования.

Простота загрузки откорректированных моделей CAD в сочетании с отсутствием дорогостоящей оснастки делает аддитивное производство гораздо более доступным на этапе проектирования. А если учесть, что литьевые формы служат сотни тысяч циклов, то нет смысла тратить эти средства до завершения разработки идеального дизайна.

Основные выводы - Является ли 3d-печать в целом более экономически эффективной?

Используя ориентированный на данные подход к анализу цен, мы можем определить, когда 3d-печать по сравнению с литьем под давлением имеет смысл:

1. 3d-печать почти всегда дешевле для создания прототипов, потому что у нее нет затрат на NRE
2. Конечные объемы производства и размеры деталей являются ключевыми факторами для определения цены производства
3. 3d-печать имеет смысл только до ~1000 единиц для крошечных деталей и ~100 единиц для больших громоздких деталей
4. Литье под давлением становится экспоненциально более доступным при масштабах производства, превышающих эти пороговые значения

В заключение

Является ли 3d-печать более дешевой, чем литье под давлением?Для предприятий, готовящихся к масштабированию производства, литье под давлением обеспечивает наибольшую отдачу в долгосрочной перспективе. Но без сомнения, аддитивное производство ускоряет разработку продукта, что во многих случаях может определить успех или неудачу выпуска новой продукции.

Истинный оптимальный путь вперед, вероятно, включает в себя оба взаимодополняющих процесса на разных этапах разработки. По мере развития технологий 3d-печати и формования мы раскрываем невероятный потенциал для создания инновационных продуктов, меняющих мир.

При правильном применении аддитивное производство обеспечивает непревзойденную доступность при создании прототипов и раннем тестировании, что очень важно для современных динамичных стартапов в области аппаратного обеспечения. Но когда дизайн дорабатывается и объемы увеличиваются, литье под давлением просто не может сравниться с качеством и ценой при массовом производстве.