3D-tulostus vs. ruiskuvalu: oikean valmistusprosessin valinta

Bottom Line

Jos etsit "liian pitkä; en lukenut" -versiota, tässä on todellisuus: 3D-tulostus on tarkoitettu ideoiden flirttaukseen; Ruiskupuristus on niihin sitoutumista varten. Valinta tiivistyy yleensä yhteen kysymykseen: Kuinka monta tarvitset? * Pysy 3D-tulostuksessa jos teet alle 500 osaa, muokkaa vielä suunnitteluasi tai tarvitset "hail Mary" -prototyypin huomiseen aamuun mennessä. Maksat nollan etukäteen työkaluista, mutta maksat "aikaveron" jokaisesta tuottamastasi yksiköstä.

• Vedä ruiskupuristuksen liipaisinta sillä hetkellä, kun olet valmis skaalaamaan yli 1 000 yksikköä. Sinun täytyy niellä valtava ennakkolasku muotista (ajatella 5 000–50 000 dollaria), mutta osahintasi putoaa dollareista penniin.

Ollakseni rehellinen, älykkäimmät tiimit eivät itse asiassa valitse yhtä – he käyttävät 3D-tulostusta epäonnistuakseen nopeasti ja halvalla ja siirtyvät sitten muovaukseen voittaakseen suuria vähittäismyyntiä. Tässä oppaassa kerrotaan tarkalleen, missä tuo "kattotaso" sijaitsee ja kuinka välttää kalliit virheet, jotka yleensä tappavat projektin ennen kuin se edes käynnistyy.

Mennään sutaiaan asiaan. Sinulla on digitaalinen tiedosto ja tarvitset fyysisen osan. Nyt tulee hetki, joka yleensä määrittää onnistuuko projektisi vai tuleeko siitä valtava päänsärky: Miten itse asiassa onnistut?

Useimmat ihmiset ajattelevat, että se on yksinkertainen valinta "uuden koulun" (3D-tulostus) ja "vanhan koulun" (ruiskupuristus) välillä. Mutta rehellisesti? Se on harvoin enää niin mustavalkoista.

Todellinen ero

Unohda oppikirjat hetkeksi. Tässä on mitä todellisuudessa tapahtuu:

• 3D-tulostus on kuin käyttäisit ktaikean teknologian liimapistoolia esineen luomiseen kerros kerrokselta. Ei työkaluja, ei suuria asetuksia – vain sinä, kone ja digitaalinen tiedosto. Se on äärimmäistä vapautta, kunnes huomaat tarvitsevasi niitä tuhat perjantaihin mennessä.
• Ruiskuvalu on väkivaltaisempi. Puristat sulaa muovia tarkasti leikattuihin teräs"luolaan" uskomattomalla paineella. Sen käynnistäminen on kallista ja kestää ikuisuuden, mutta kun kone alkaa huminaa, se on pysäyttämätön tehokkuuden peto.

Miksi tämä ei ole vain "teknistä keskustelua"

Olen nähnyt monien perustajien suhtautuvan romanttisesti 3D-tulostukseen, mutta tajunnut, että heidän yksikköhintansa tekee heidän tuotteensa myymisen mahdottomaksi. Toisaalta olen nähnyt insinöörien pudottavan 30 000 dollaria teräsmuottiin tuotteesta, jota ei ole vielä edes testattu markkinoilla. Se on tuskallinen virhe.

"Vanhat säännöt" - missä painatus oli leluja ja muovaus "oikeaa" valmistusta - ovat kuolleet. Nykyään linjat ovat hämärtyneet. Voitko tulostaa siltatuotantoajon? Yleensä. Pitäisikö sinun muotoilla prototyyppi? Joskus.

Tavoite

En ole täällä pitämään sinulle luentoa. Haluan auttaa sinua löytämään sen "suloisen paikan" – tarkan hetken, jolloin yksi prosessi alkaa säästää rahaa ja toinen alkaa polttaa sitä. Tarkastelemme karkeutta: läpimenoaikoja, mekaanista lujuutta ja kannattavuusrajan kylmää, kovaa matematiikkaa.

Oletko valmis näkemään, mikä polku todella sopii projektiisi? Liikutaan.

Pitäisikö meidän siirtyä sutaiaan "Mitä on 3D-tulostus" -osioon seuraavaksi? Pidän sen yhtä terävänä.

Katsotaanpa 3D-tulostusta – tai sitä, mitä teollisuus kutsuu "lisäainevalmistukseksi". Rehellisesti sanottuna nimi kertoo kaiken: aloitat nollasta ja lisäät materiaalia vain sinne, missä sitä tarvitset.

Ajattele sitä kuin talon rakentamista tiili tiileltä, paitsi että tiilet ovat mikroskooppisia ja "muurari" on laser tai digitaalista karttaa seuraava suutin.

Tekniikka todellisessa maailmassa

Olet varmaan kuullut FDM (se, joka näyttää robotti-liimapistoolilta), mutta se on vain jäävuoren huippu. Jos tarvitset jotain, joka ei näytä siltä kuin se olisi tehty autotallissa, katsot SLA or DLP , jotka käyttävät valoa muuttamaan nestemäisen hartsin kiinteiksi, sileiksi kuin lasiosiksi. Sitten on SLS or MJF - raskaat iskejät. Ne käyttävät lasereita nailonjauheen sulattamiseen niin vahvoiksi osiin, että voit käyttää niitä auton moottorissa tai lentopuvussa.

Hyvät, Pahat ja Rehelliset

Miksi ihmiset rakastavat sitä? Nopeutta ja vapautta. Jos sinulla on idea klo 9, voit saada fyysisen osan käteesi päivällisellä. Ei muotteja, ei "työkaluja" eikä "sitä muotoa ei voi tehdä" äreästä koneistajasta. Jos tarvitset yhden tai kymmenen osaa, 3D-tulostus on paras ystäväsi.

Mutta tässä on se saalis, jota useimmat ihmiset huomaavat: Se on hidasta. Osan rakentaminen kerros kerrokselta vie aikaa – joskus tunteja, joskus päiviä. Ja puhutaan "osakohtaisista" kustannuksista. Vaikka ensimmäinen osa on halpa, 1000. osa maksaa täsmälleen saman kuin ensimmäinen. Täällä ei ole "joukkoalennusta" fysiikan laeista.

Lisäksi siellä on "viljakysymys". Kuten puussa, painetuissa osissa on kerroksia. Jos vedät näitä kerroksia vasten, osa saattaa napsahtaa. Se paranee uusien hartsien ja metallien kanssa, mutta se on silti jotain, joka pitää insinöörit hereillä öisin.

Onko se sinulle?

Jos muokkaat edelleen suunnitteluasi tai tarvitset vain kourallisen mukautettuja osia, jotka näyttävät kuuluvan scifi-elokuvaan, lopeta etsiminen. Olet löytänyt voittajasi. Mutta jos aiot täyttää varaston? No, se on täysin erilainen keskustelu.

Haluatko siirtyä ruiskuvaluon? Voimme puhua siitä, miksi aloittaminen on niin päänsärkyä, mutta niin kaunista, kun se on käynnissä.

Puhutaanpa nyt raskaasta lyöjästä: Ruiskuvalu. Jos 3D-tulostus on kuvanveistäjä, joka veistää huolellisesti patsaan, ruiskuvalu on nopea leima. Otat teräs- tai alumiinilohkon, kaiverat osastasi "negatiivisen" ontelon siihen ja puhallat sitten sulaa muovia tuohon tyhjiöön pelottavan korkeilla paineilla. Kun se jäähtyy – mikä tapahtuu sekunneissa – muotti ponnahtaa auki, pudottaa osan ja nollautuu. Huuhtele ja toista tuhansia kertoja päivässä.

Edessä oleva "seinä"

Sanon suoraan: ruiskupuristuksen aloittaminen on tylsää. Et vain "paina printtiä". Sinun on suunniteltava muotti, joka on sinänsä insinöörityö. Sinun on mietittävä "vetokulmia" (jotta osa ei jää jumiin) ja "portin paikkoja" (joihin muovi menee sisään).

Sitten on lasku. Kunnollinen teräsmuotti voi helposti maksaa 5 000 dollaria, 20 000 dollaria tai jopa 100 000 dollaria ennen kuin olet valmistanut yhden käyttökelpoisen osan. Ja odotus? Odota, että istut käsilläsi 4–10 viikkoa, kun työkalua työstetään ja kiillotetaan.

Miksi vaivautua?

Kaiken tämän vaivan takia miksi kukaan tekee niin? Koska kun "työkalut" on tehty, matematiikka kääntyy eduksesi. Puhumme osakohtaisesta hinnasta, joka putoaa dollareista penniin.

Kyse ei kuitenkaan ole vain rahasta. Ruiskuvaletut osat ovat vahva. Koska muovi on yksi jatkuva, paineistettu massa eikä kerrosten pino, rakenteellinen eheys on maailmanluokkaa. Haluatko tietyn tekstuurin? "Pehmeä" viimeistely? Erityinen "Ferrari Red" -sävy? Ruiskuvalu käsittelee sen vaivattomasti. LEGO palikoissasi olevasta ABS:stä sydänläpän lääketieteelliseen PEEKiin – materiaalikirjasto on periaatteessa ääretön.

Vaihto

Suurin haittapuoli - kustannusten lisäksi - on, että olet "lukittu sisään". Jos huomaat suunnittelussasi virheen muotin leikkaamisen jälkeen, etsit erittäin kallista paperipainoa ja paljon selittämistä kirjanpitäjällesi. Se on prosessi, joka palkitsee niitä, jotka ovat tehneet läksynsä ja ovat valmiita isosti.

Pitäisikö meidän siirtyä "Tärkeimmät erot" -osioon? Tässä erittelemme todellisen "tuottotason"-matematiikan nähdäksemme, mikä säästää budjettisi.

Siirrytään messinkitappiin: Päätösmatriisi. Tähän teoreettiset asiat loppuvat ja budjettisi alkaa. Useimmat ihmiset halvaantuvat täällä, mutta se johtuu todella muutamasta kylmästä, kovasta muuttujasta.

1. "Break-even" -matematiikka

Tämä on iso. 3D-tulostuksen avulla kustannukset ovat tasaiset. Teet sitten 1 osan tai 100, maksat koneen ajasta ja materiaalista. Se on suora viiva.

Ruiskuvalu alkaa kuitenkin massiivisella pystysuoralla piikillä (työkalukustannukset). Mutta kun tuotat enemmän, tämä hinta "laimenee".

Nyrkkisääntö: * 1-500 yksikköä: 3D-tulostus on lähes aina voittaja.

• 500 - 2000 yksikköä: Tämä on "harmaa vyöhyke". Se riippuu siitä, kuinka monimutkainen osasi on.
• 2 000 yksikköä: Lopeta ajatteleminen ja valitse ruiskupuristus. Osaa kohden säästämäsi pennit maksavat lopulta tuon kalliin muotin ja sitten osan.

2. Suunnittelun joustavuus vs. tarkkuus

Ajattele 3D-tulostusta "Design for Anything". Haluatko onton ristikkorakenteen pallon sisään? Ei hätää. 3D-tulostus ei välitä monimutkaisuudesta.

Ruiskupuristus on erilainen peto. Sinun täytyy "Design for Manufacturing" (DFM). Tarvitset vetokulmat (hieman kartiomaisia), jotta osa voi todella liukua ulos muotista. Sinun on huolehdittava seinämän paksuus – jos jokin osa suunnittelusta on liian paksu, se "vajoaa" tai vääntyy jäähtyessään. Jos muutat mielesi myöhemmin? 3D-tiedoston muuttaminen kestää viisi minuuttia; teräsmuotin vaihto kestää viisi viikkoa ja muutama tuhat dollaria.

3. Lujuus ja pinnan viimeistely

Olkaamme tosia: jos tarvitset osan näyttämään siltä kuin se olisi tullut vähittäiskaupan hyllystä, ruiskuvalu on kultainen standardi. Pinta on sileä, väri on paistunut ja osa on "isotrooppinen" eli se on yhtä vahva joka suunnassa.

3D-tulostus on edennyt pitkälle, mutta useimmissa osissa (etenkin FDM) on edelleen tuo ilmaisu "kerroksinen" ilme. Ne ovat myös "anisotrooppisia", mikä on hieno tapa sanoa, että ne saattavat halkeilla kerrosviivoja pitkin, jos rasitat niitä liikaa.

4. Materiaalin valinta

• 3D-tulostus: Olet rajoittunut siihen, mitä voidaan muuttaa filamentiksi, jauheeksi tai hartsiksi. Se on kasvava luettelo, mutta se on edelleen osajoukko.
• Ruiskuvalu: Jos se on muovia, voit muovata sen. Haluatko lasitäytteistä nylonia korkeaan lämpöön? Tai joustavaa TPE:tä, joka tuntuu kumilta? Sinulla on avaimet koko polymeerivaltakuntaan.

Oletko valmis päättämään tämän "Milloin kuta käyttää" -tiivistelmään ja joihinkin tosielämän esimerkkeihin?

Joten mihin sinä oikeasti laitat rahasi? Lopetetaan puhuminen teoriasta ja tarkastellaan tosielämän skenaarioita, jotka yleensä laskeutuvat pöydälleni.

Milloin kannattaa käyttää 3D-tulostusta

Rehellisesti sanottuna, jos olet vielä "mitä jos" -vaiheessa, 3D-tulostus on paras ystäväsi.

• Prototyyppien valmistusvaihe: Jos haluat tuntea osan kädessäsi, testata istuvuutta tai näyttää sijoittajalle "näyttää-toimii-kuin" -mallia maanantaihin mennessä, älä edes katso muottiin.
• Sillan valmistus: Tämä on liike, jonka näen älykkäiden joukkueiden tekevän koko ajan. Suunnittelu on valmis ja ruiskumuotti on tilattu, mutta se ei ole valmis kahteen kuukauteen. Tulostat 500 yksikköä nyt aloittaaksesi myynnin ja kylvämisen markkinoille. Se pitää vauhdin hengissä.
• "Mahdottomat" geometriat: Joskus suunnittelija villisti sisäisten ristikoiden tai orgaanisten muotojen kanssa, joihin terästyökalu ei yksinkertaisesti pääse. Jos osasi näyttää korallipalalta, painatus saattaa olla ainoa vaihtoehtosi.

Milloin painaa liipaisinta ruiskuvalussa

Tämä on sitä varten, kun "koe" on ohi ja "liiketoiminta" alkaa.

• Suuren volyymin varmuus: Jos olet varma, että myyt 5 000 yksikköä, homeen aiheuttama ennakkokipu maksaa itsensä takaisin viikkoissa. Se on ero harrastuksen ja tuotantolinjan välillä.
• "Vähittäiskaupan tunnelma": Jos tuotteesi on Best Buyn tai IKEA:n hyllyssä, sen täytyy tuntua "todelliselta". Ei kerroksia, ei karkeita reunoja – vain sileä, raskas ja yhtenäinen tunne, jonka vain korkeapainemuovaus tuottaa.
• Lääketieteelliset/autostandardit: Kun elämä on vaakalaudalla, "riittävän hyvä" ei ole vaihtoehto. Ruiskuvalu antaa käyttöösi sertifioituja, lääketieteellisiä hartseja, joita on testattu vuosikymmeniä.

Huijauslehti: Pikatyökalut ja materiaalit

Jos etsit "miten", tässä on nopea pulssitarkistus siitä, mitä alalla todella käytetään tällä hetkellä:

Viimeinen Sana

Onko toinen "parempi" kuin toinen? Ei todellakaan. Se on kuin kysyisi, onko vasara parempi kuin ruuvimeisseli.

Itse asiassa menestyneimmät hankkeet, joita näen, eivät valitse toista puolta – ne käyttävät molempia. He tekevät prototyyppejä 3D-tulostuksella, käyttävät sitä "siltavaraston" rakentamiseen ja siirtyvät sitten ruiskuvaluun, kun markkinat osoittavat heidän olevan oikeassa.

Ollakseni rehellinen, suurin virhe ei ole "väärän" tekniikan valitseminen; se odottaa liian kauan tehdäkseen valinnan ollenkaan. Katso volyymiäsi, tarkista pankkitilisi ja aloita vain tekeminen. Voit aina kääntyä myöhemmin.

Räätälöinnin todellisuus: 3D-tulostus toiminnassa

Muistan pienen lääketieteen teknologiayrityksen, joka yritti ratkaista tietyn ongelman: mukautetut kirurgiset oppaat selkärangan leikkauksiin. Jokaisen potilaan selkäranka on erilainen, joten "tavallinen" osa oli hyödytön.

Jos he olisivat valinneet ruiskupuristusreitin, he olisivat olleet kuolleita vedessä. Voitko kuvitella koneistavasi 10 000 dollarin teräsmuotin osalle, jota aiot käyttää vain kerran? Se on absurdia. Käyttämällä SLA (stereolitografia) , he pystyivät ottamaan potilaan CT-skannauksen ja tulostamaan bioyhteensopivan oppaan alle 24 tunnissa. Osan hinta oli korkea - ehkä 50 dollaria muovista - mutta "työkalujen" hinta oli nolla. Itse asiassa tässä markkinarakossa 3D-tulostus ei ole vain valinta; se on ainoa syy, miksi yritys on olemassa.

Pivotin voima: Skaalaus ruiskuvalulla

Vertaa nyt sitä startupiin, jonka kanssa työskentelin ja joka suunnitteli "älykkään" uudelleenkäytettävän vesipullon. He aloittivat Kickstarterista ja käyttivät 3D-tulostusta (erityisesti Multi Jet Fusion ) ensimmäisille 200 "beta"-yksikölleen. Oli hienoa saada palautetta, mutta heti kun he saavuttivat 5 000 tilausta, matematiikka muuttui rumaksi.

He maksoivat lähes 12 dollaria asuntoa kohden niiden tulostamisesta. Puremalla luotia ja investoimalla 25 000 dollaria korkealaatuiseen alumiinimuottiin, he laskivat hinnan 0,85 dollariin yksikköä kohden. Ollakseni rehellinen, tuo 25 000 dollaria tuntui tuolloin omaisuudelta, mutta he saivat rahat takaisin ensimmäisen toimituskuukauden aikana. Se on ruiskupuristuksen "peto" – se on massiivinen seinä kiivettäväksi, mutta näkymä toisella puolella on uskomattoman kannattava.

Mitä oikeastaan ​​seuraavaksi?

Olemme siirtymässä kohti maailmaa, jossa sinun ei enää tarvitse "valita puolta". Oletko kuullut ko 3D-painetut työkalut ? Se on kiehtova keskitie. Yritykset tekevät nyt 3D-tulostusta muotit itse käyttämällä korkean lämpötilan hartseja. Saat tulostimen nopeuden, mutta valetun osan materiaaliominaisuudet. Se on täydellinen niille 50-100 kappaleen "välisille" ajoille, joihin kumpikaan perinteinen menetelmä ei oikein sovi.

Bottom Line

Loppujen lopuksi valintasi ei pitäisi koskea sitä, mikä tekniikka on "viileämpää". Kyse on tietystä maalilinjastasi.

• Vieläkö iteroit? Tulosta se. * Onko mallisi "jäätynyt" ja tilauskirjasi täynnä? Muovaa se. Useimmiten älä juutu "analyysihalvaukseen". Menestyneimmät valmistajat, jotka tunnen, ovat ne, jotka eivät pelkää käyttää 3D-tulostinta epäonnistuakseen nopeasti, joten he voivat käyttää ruiskuvalukonetta menestyäkseen suuressa määrin.

Kummalla olet valmis aloittamaan tänään?

UKK

Onko 3D-tulostus todella "halvempaa" kuin ruiskuvalu?
Rehellisesti? Vasta alussa. Jos teet yhden osan, 3D-tulostus on edullinen, koska et maksa 10 000 dollarin muotista. Mutta kun saavutat tietyn volyymin – yleensä noin 500–1 000 yksikköä – painatuksen "osakohtaiset" kustannukset alkavat kärsiä. Ajattele sitä kuin taksia verrattuna auton ostamiseen: taksi on halvempi yhdelle matkalle, mutta jos ajat 100 mailia joka päivä, sinun on parempi omistaa ajoneuvo.

Voinko käyttää samaa mallia molemmissa prosesseissa?
Ei varmaankaan. Tämä on ansa, johon monet suunnittelijat joutuvat. 3D-tulostuksen avulla pääset eroon "laiskasta" suunnittelusta – sinulla voi olla paksuja muovilohkoja ja teräviä sisäkulmia. Jos yrität työntää samaa mallia ruiskumuottiin, se vääntyy, uppoaa tai juuttuu. Jos aiot lopulta muovata osasi, aloita sen suunnittelu nyt (Ajattele vetokulmia ja tasaista seinämän paksuutta), vaikka tulostatkin toistaiseksi vain prototyyppejä.

Mikä prosessi tuottaa vahvempia osia?
Ruiskuvalu voittaa tämän, kädet alas. Koska muovi ruiskutetaan yhtenä jatkuvana, sulana massana paineen alaisena, se on rakenteellisesti yhtenäinen kauttaaltaan. 3D-tulostetuissa osissa on "kerroksia", ja nuo kerrokset ovat pohjimmiltaan pieniä vikaviivoja. Jos painat painettua osaa väärin, se halkeaa kuin puupala.

Kuinka nopeasti saan osani?
Jos tarvitset sitä huomenna, tulosta se. Voit siirtyä CAD-tiedostosta fyysiseen osaan tunneissa. Ruiskupuristus on odotuspeli. Jopa "nopean" muotin koneistus kestää 2–4 viikkoa, ja se on ennen kuin edes aloitat varsinaisen tuotannon.

Onko 3D-tulostus vain muoville?
Itse asiassa ei. Metalli-3D-tulostus (SLM/DMLS) on valtava ilmailu- ja lääketieteellisissä implanteissa. Voit myös painaa keramiikkaa tai vahaa investointivalua varten. Useimmissa kuluttajatuotteissa puhumme kuitenkin yleensä erilaisista hartseista ja kestomuoveista.

Odota, entä muotin 3D-tulostus?
Se on "ammattilainen" tällä hetkellä. Jos tarvitset 50 aitoa, muovattua osaa, voit 3D-tulostaa muottipalat korkealämpötilaisella hartsilla. Se on loistava tapa testata todellista tuotantomateriaalia tuhlaamatta omaisuuksia terästyökaluun. Älä vain odota, että painettu muoti kestää 10 000 laukausta – se luultavasti luovuttaa 50. jälkeen