Как оценить стоимость литья под давлением?

Краткий ответ:пластиковые формы для литья под давлением стоят от 100 долларов США за пресс-форму для литья под давлением небольшого объема, напечатанную на 3D-принтере, до 100 000 долларов США и более за сложную многогнездную стальную пресс-форму для крупносерийного производства, что обычно представляет собой наиболее значительные фиксированные начальные затраты при литье под давлением. литье. Однако, поскольку эти затраты распределяются между сотнями или тысячами деталей, литье под давлением является идеальным процессом для доступного массового производства пластмассовых деталей.

В этом руководстве мы подробно разбиваем различные факторы, составляющие общую стоимость литья под давлением.

Введение:сколько стоит литье под давлением?

Литье под давлением - один из ведущих процессов производства пластмасс. Он широко используется для массового производства идентичных деталей с жесткими допусками. Это рентабельная и чрезвычайно воспроизводимая технология, позволяющая получать высококачественные детали для крупносерийного производства.

Это быстрый и интенсивный процесс, при котором для впрыскивания расплавленного материала внутрь формы требуется высокая температура и давление. Расплавленный материал зависит от объема производственного проекта. Самыми популярными материалами являются различные термопласты, такие как ABS, PS, PE, PC, PP или TPU, но металлы и керамика также могут быть отлиты под давлением. Форма состоит из полости, в которую помещается впрыскиваемый расплавленный материал, и спроектирована так, чтобы точно отражать окончательные характеристики детали.

Обычно основной движущей силой затрат при литье под давлением является стоимость пресс-формы, также известная как стоимость инструмента. Стоимость проектирования и изготовления пресс-формы зависит от требуемого объема производства, сложности конструкции детали, материала пресс-формы и процесса, используемого для создания пресс-формы.

Простые 3D-печатные формы небольшого объема могут стоить всего 100 долларов, в то время как стоимость разработки и производства сложных форм для крупносерийного производства может достигать отметки в 100000 долларов. Несмотря на значительные фиксированные начальные затраты, процесс литья под давлением имеет низкие переменные затраты из-за недорогих термопластов, короткого времени цикла и постепенного снижения трудозатрат за счет автоматизации и экономии на масштабе. Это означает, что переменные затраты на производство низкие, и процесс становится более эффективным, а стоимость детали снижается при больших объемах, поскольку затраты распределяются между сотнями или тысячами деталей.

В этом видео мы сотрудничаем с поставщиком услуг литья под давлением Multiplus, чтобы показать вам все этапы процесса литья под давлением с использованием 3D-печатных форм .

Типы затрат на литье под давлением

Понимание различных типов затрат, связанных с литьем под давлением, требует глубокого анализа процесса.

Стоимость оборудования

Для литья под давлением используются специальные машины, которые могут варьироваться от небольших настольных термопластавтоматов, которые предприятия могут использовать в своих целях, до крупных промышленных термопластавтоматов, которые в основном эксплуатируются поставщиками услуг, контрактными производителями и крупными производителями.

Производство небольших объемов деталей методом литья под давлением является наиболее рентабельным при использовании небольших настольных термопластавтоматов и форм, напечатанных на 3D-принтере. Если вы новичок в литье под давлением и собираетесь протестировать его с ограниченными инвестициями, использование настольной ручной машины для литья под давлением, такой как Holipress или Galomb Model-B100, может быть хорошим вариантом. Мелкосерийное автоматическое оборудование для литья под давлением, такое как настольная машина Micromolder или гидравлическая машина Babyplast 10/12, является хорошей альтернативой для производства средних серий мелких деталей.

Большие промышленные термопластавтоматы могут стоить от 50 000 до 200 000 долларов США. Эти машины также имеют более строгие требования к оборудованию и требуют квалифицированного персонала для эксплуатации, технического обслуживания и контроля. В результате, если литье под давлением не является основной компетенцией, большинство предприятий передают массовое производство на аутсорсинг поставщикам услуг и контрактным производителям, и в этом случае затраты на оборудование включаются в стоимость услуг.

Затраты на пресс-формы (затраты на оснастку)

Как мы упоминали во введении, затраты на пресс-форму или инструменты обычно являются основным фактором затрат при литье под давлением.

Формы для литья под давлением обычно изготавливают тремя способами:

• Обработка с ЧПУ: Станки с ЧПУ - это наиболее часто используемые инструменты для изготовления форм из алюминия и нержавеющей стали с высокой точностью. При обработке с ЧПУ материал удаляется прядильным инструментом и фиксированной деталью. Обработка позволяет производить пресс-формы, в которых конструкция полости очень сложна, но может потребоваться многократная смена инструмента, которая может замедлить процесс, а это означает, что затраты растут со степенью сложности. Станки с ЧПУ - это промышленные инструменты, требующие квалифицированной рабочей силы и выделенного пространства, а это означает, что многие компании передают производство пресс-форм поставщикам услуг.

• Электроэрозионная обработка (EDM): EDM-метод обычно используется для создания очень сложных конструкций пресс-форм, которые невозможно легко воспроизвести с помощью стандартных методов обработки. Электроэрозионная обработка предполагает использование заготовки и инструментального электрода для создания формы желаемой формы. Электрод инструмента и электрод заготовки разделены жидким диэлектриком и подвергаются воздействию напряжений, вызывающих повторяющиеся электрические разряды. Разряды отвечают за формирование электрода заготовки в окончательную форму. EDM отличается высокой точностью и обычно не требует дополнительной постобработки. Подобно обработке с ЧПУ, электроэрозионная обработка также является промышленным процессом, который многие компании передают механическим цехам на аутсорсинг.

• 3D-печать: 3D-печать - это мощное решение для быстрого и недорогого изготовления форм для литья под давлением. Это требует очень ограниченного оборудования, что позволяет сэкономить время ЧПУ и квалифицированных операторов для других важных задач. Производители могут извлечь выгоду из скорости и гибкости собственной 3D-печати для создания форм, которые можно использовать как на настольных, так и на промышленных формовочных машинах. Кроме того, разработка продукта выигрывает от возможности повторять дизайн и тестировать материал конечного использования, прежде чем вкладывать средства в надежные инструменты для массового производства. Стереолитография (SLA) Технология 3D-печати - отличный выбор для литья под давлением. Он отличается гладкой поверхностью и высокой точностью переноса формы на готовую деталь, а также облегчает извлечение из формы. 3D-отпечатки, полученные с помощью стереолитографии, химически связаны, так что они полностью плотные и изотропные. Настольные принтеры SLA, такие как предлагаемые Formlabs, начинаются от 5000 долларов и могут быть легко интегрированы в любой рабочий процесс литья под давлением, поскольку их легко внедрить, использовать и поддерживать.

Формы, напечатанные на 3D-принтере, позволяют изготавливать более 100 деталей по доступной цене и в течение нескольких дней.

Разработка более сложных форм требует технических знаний. В результате предприятия часто передают на аутсорсинг определенные аспекты процесса литья под давлением, такие как проектирование и изготовление пресс-формы.

Для предприятий, располагающих оборудованием и инструментами для литья под давлением, создание форм собственными силами может быть наименее дорогостоящим вариантом, если также доступны технические ноу-хау. Если инструменты, необходимые для литья под давлением, недоступны, аутсорсинг снижает затраты, связанные с разработкой пресс-формы.

Простые мелкосерийные печатные формы для 3D-печати можно изготавливать на 3D-принтере SLA всего за 100 долларов. Стоимость изготовления алюминиевой формы для среднего объема производства, составляющего приблизительно 1000-5000 единиц, составляет от 2000 до 5000 долларов. Для пресс-форм с более сложной геометрией и загрунтованных для больших производственных партий, составляющих примерно 10 000+ единиц, стоимость пресс-формы может варьироваться от 5 000 до 100 000 долларов.

Белая бумага

Быстрое литье под давлением малых объемов с помощью форм, напечатанных на 3D-принтере

Загрузите нашу техническую документацию с рекомендациями по использованию 3D-печатных форм в процессе литья под давлением, чтобы снизить затраты и время выполнения заказа, а также ознакомьтесь с практическими примерами использования Braskem, Holimaker и Novus Applications.

Прочитать Белую книгу

Затраты на вводимые материалы

В зависимости от требований к конечным деталям для литья под давлением могут использоваться самые разные пластмассы, включая ABS, PS, PE, PC, PP или TPU.

Стоимость приобретения материалов для форм зависит от выбранного материала. Гранулы термопласта стоят примерно от 1 до 5 долларов за кг.

Стоимость материалов определяется конструкцией модели, выбранным материалом и количеством материала, используемого для выполнения процесса литья под давлением.

Затраты на рабочую силу или обслуживание

Оборудование, связанное с литьем под давлением, обычно является саморегулирующимся и полагается на автоматизацию для выполнения своей работы. Станки с ЧПУ, электроэрозионные станки и 3D-принтеры полагаются на спецификации проекта САПР для изготовления пресс-формы. Термопластавтомат также полагается на автоматизацию для впрыска материалов в форму, а промышленные IM-машины часто автономно охлаждают и выталкивают готовые изделия.

Затраты на оплату труда включают:

• Стоимость установки / конфигурации: При настройке основное внимание уделяется времени, необходимому для настройки используемого оборудования для производства пресс-формы и готового продукта.

• Стоимость ремонта: Задачи ремонта и технического обслуживания включают замену дефектных деталей и использование инструментов для выполнения процесса технического обслуживания.

• Мониторинг затрат: Несмотря на то, что они полагаются на автоматизацию, ожидается, что операторы оборудования будут следить за ходом процесса литья под давлением. Заработная плата операторов, начисленная в процессе, добавляется к общей стоимости литья под давлением.

При собственном производстве эти затраты включаются в затраты на оплату труда. Когда компания передает на аутсорсинг литье под давлением, оплата труда и наценка поставщика услуг добавляются к стоимости услуги.

Обзор затрат на литье под давлением

В таблице ниже показаны затраты, связанные с литьем под давлением гипотетического пластикового изделия, такого как небольшой корпус электронного устройства, что упрощает понимание динамики затрат на литье под давлением:

	Мелкосерийное производство	Производство в среднем объеме	Производство в больших объемах
Объем производства	100	5 000	100 000
Метод	Внутреннее производство форм и собственное формование	Производство форм и формование на аутсорсинге	Производство форм и формование на аутсорсинге
Плесень	Полимер, напечатанный на 3D-принтере	Обработанный алюминий	Обработанная сталь
Время подготовки к финальной части	1-3 дня	3-4 недели	4-8 недель
Требуется оборудование	3D-принтер, настольный термопластавтомат *	-	-
Стоимость пресс-формы	100	3000 долларов	20 000 долл. США
Стоимость материалов	0,5 доллара за штуку	0,5 доллара за штуку	0,5 доллара за штуку
Затраты на оплату труда или аутсорсинг	2,5 доллара за штуку	1,5 доллара за штуку	1 доллар за часть
Общая стоимость производства	400	13 000 долл. США	170 000 долл. США
Стоимость детали	4 доллара	2,6	1,7 доллара

^{* Стоимость оборудования не включается в стоимость производства в этом примере, поскольку стоимость этих инструментов может быть распределена между несколькими проектами. Покупка настольной машины для литья под давлением и 3D-принтера SLA позволяет предприятиям начать литье под давлением менее чем за 10 000 долларов.}

Три сценария в таблице показывают методы и типы пресс-форм, которые приводят к наименьшей стоимости детали в зависимости от объема производства.

Как правило, литье под давлением наиболее эффективно при больших объемах, поскольку в этом случае затраты распределяются между тысячами деталей. Но даже несмотря на то, что стоимость детали для литья под давлением в малых объемах немного выше, она по-прежнему значительно более доступна для мелкосерийного производства, чем другие методы производства.

Производство средних объемов является наиболее эффективным с обработанными алюминиевыми формами, которые имеют более низкую стоимость, чем традиционные стальные формы, но достаточно долговечны, чтобы выдержать несколько тысяч выстрелов, в зависимости от таких факторов, как материал и конструкция. В большинстве случаев литье под давлением в небольших объемах целесообразно только с 3D-печатными формами - в нашем примере, если бы мы использовали алюминиевую форму для производства 100 деталей, ее стоимость составила бы 30 долларов за каждую деталь, в то время как традиционная стальная форма будет в среднем 200 долларов за каждую деталь.

Переменные, влияющие на стоимость пресс-формы для литья под давлением

Затраты на оснастку для литья под давлением очень высоки и зависят от ряда параметров и сложности конструкции. Формы для литья под давлением обычно изготавливаются на станке с ЧПУ из алюминия или инструментальной стали, электроэрозионным станком для придания формы заготовке или 3D-печатью. Затем обработанная или напечатанная деталь завершается до достижения желаемого стандарта. Готовая форма состоит из таких элементов, как геометрия поверхности, необходимая для детали, система направляющих для направления потока впрыскиваемых материалов и охлаждающие каналы, обеспечивающие быстрое охлаждение формы.

Важно отметить, что большая часть процесса литья под давлением посвящена охлаждению. Чем быстрее остывает форма, тем быстрее затвердевает впрыскиваемый материал и тем быстрее можно повторить производственный цикл. Таким образом, охлаждающие каналы играют важную роль, особенно при крупносерийном производстве, и должны быть включены в конструкцию пресс-формы. Для мелкосерийного производства с использованием форм, напечатанных на 3D-принтере, можно использовать ручное охлаждение сжатым воздухом.

Сердечник формы для литья под давлением, напечатанный на 3D-принтере, собранный с металлической оболочкой формы.

Другие переменные, которые влияют на процесс литья под давлением и напрямую связаны с затратами на пресс-форму, включают:

• Размер детали: Чем больше формованный предмет или деталь, тем больше будет форма для этой детали. Более крупные детали, как правило, требуют большего количества впрыскиваемых материалов для завершения производственных циклов. Более крупные конструкции пресс-формы обычно имеют повышенную стоимость по сравнению с изготовлением такой же конструкции, но с меньшими размерами.

• Конструкция детали: Сложные конструкции деталей со сложной геометрией требуют сложных форм для выполнения проекта. Дизайн пресс-формы обычно имеет 2 стороны:стороны A и B. Сторона A, также известная как косметическая сторона, обычно является стороной, видимой пользователем. Сторона А должна быть гладкой и эстетичной. Сторона B содержит скрытые структуры, поддерживающие использование детали. Конструкция стороны B может включать ребра, выступы и т. Д., И ее отделка обычно намного грубее, чем у стороны A. Формы со сложной конструкцией стороны A и стороны B, как правило, дороже в изготовлении по сравнению с более простыми формами. Сложные конструкции с поднутрениями могут также потребовать скользящих боковых упоров и стержней, что увеличивает стоимость пресс-формы.

• Объем производства: Количество изделий, которые будут изготовлены с использованием литья под давлением, определяет технологию производства и качество материала, используемого при создании формы. Для проектов небольшого объема могут потребоваться 3D-печатные или обработанные на станке алюминиевые формы более низкого качества, в то время как для больших объемов производства потребуются формы из высококачественной стали или даже несколько форм для управления процессом без износа, влияющего на качество производимых изделий. Это влияет на стоимость пресс-формы, но, конечно же, повышенная стоимость пресс-форм большого объема распределяется между большим количеством деталей, что обычно приводит к снижению стоимости каждой детали.

• Объем детали и полости: Объем детали относится к размеру полости формы. Чем больше полостей или объема полости требует пресс-форма, тем больше время прессования. Увеличенное время прессования замедляет производственный процесс, что приводит к увеличению затрат.

Калькуляторы затрат на литье под давлением

Онлайн-сметы затрат на литье под давлением или предложения поставщиков услуг по литью под давлением могут предоставить ориентиры и помочь вам оценить стоимость литья под давлением определенных деталей.

Варианты оценки стоимости литья под давлением, помогающие в процессе расчета, включают:

• CustomPart

• ICOMold

• 3D-концентраторы

• Протолаборатории

Таблица сравнения стоимости литья также служит той же цели. Поставщики услуг литья под давлением используют таблицы сравнения затрат, чтобы предоставить потенциальным клиентам приблизительную оценку процесса.

Снижение затрат на литье под давлением

Стоимость пресс-формы во многом определяется сложностью и временем ее изготовления. Мы рекомендуем придерживаться принципов проектирования при производстве, чтобы снизить стоимость деталей при литье под давлением.

Стоимость изготовления пресс-формы можно снизить, следуя следующим рекомендациям по проектированию:

• Прежде чем приступить к проекту литья под давлением, оцените модель CAD, чтобы определить ее осуществимость. Устраните потенциальные узкие места, такие как крутые углы, поднутрения и другие сложные геометрические формы.

• Оцените дизайн модели, чтобы исключить ненужные элементы. Это уменьшает размер пресс-формы и уменьшает материал, из которого изготовлена ​​модель.

• Примените подход с полостью сердцевины, который упрощает конструкцию стороны B пресс-формы. Подход с полостью сердцевины включает в себя погружение полостей стенок в основание формы, тем самым уменьшая необходимость формовать крутые углы уклона и улучшая качество поверхности.

• Используйте самосопрягающиеся детали, чтобы уменьшить необходимость в создании нескольких форм, когда можно использовать одну универсальную форму для достижения аналогичных результатов.

Начните с быстрого литья под давлением

В то время как литье под давлением традиционно считается производственным процессом только для массового производства из-за высокой стоимости инструментов, использование 3D-печати для изготовления литьевых форм дает вам возможность использовать этот процесс для производства высококачественных и воспроизводимых деталей для прототипирования и мелкосерийного производства.

Используйте 3D-печатные формы для литья под давлением как на настольных, так и на промышленных машинах, чтобы эффективно и по доступной цене производить от сотен до тысяч функциональных прототипов, деталей, чтобы ускорить разработку продукта, снизить затраты и время выполнения заказа, а также вывести на рынок более качественные продукты.