Заменит ли 3D-печать литье под давлением? НЕТ, и вот почему!

Если вы читали новости хотя бы раз за последнее десятилетие, возможно, вы знаете о так называемой революции 3D-печати. Хотя аддитивное производство используется в промышленности с 1980-х годов, до недавнего времени оно не было широко доступно для пользователей-любителей.

Создание проекта RepRap, помимо истечения срока действия нескольких патентов, позволило ускорить снижение стоимости 3D-принтеров для хобби.

Теперь, когда почти каждый может получить в свои руки 3D-принтер, многие люди задаются вопросом об ограничениях этой технологии, особенно о том, собирается ли она в конечном итоге заменить традиционные методы производства, такие как литье под давлением.

Хотя 3D-печать определенно занимает свое место в промышленном пространстве, она не заменит традиционное литье под давлением, по крайней мере, в ближайшие годы. Обе технологии имеют свои преимущества и недостатки и могут превосходить другую в определенных областях. Хотя 3D-печать отлично подходит для небольших производственных партий и создания прототипов, литье под давлением по-прежнему является наиболее рентабельным для крупных производств.

Из-за более низкой стоимости материалов и энергоэффективности литья под давлением это рекомендуемая технология производства при производстве более (приблизительно) ста килограммов пластиковых единиц одного и того же продукта.

Почему 3D-печать дороже литья под давлением?

Предполагая, что у вас уже есть форма для начала производства, производство литья под давлением намного дешевле, чем 3D-печать в расчете на единицу продукции. Это связано как с фактической стоимостью пластика, используемого для обеих технологий, так и с энергоэффективностью каждой технологии.

Энергоэффективность 3D-печати и литья под давлением

Средняя потребляемая мощность работающего 3D-принтера при печати при температуре 200°C с подогревом платформы, установленной на 60°C, составляет примерно 125 Вт/ч. Это означает, что 3D-печать потребляет в среднем 9,61 кВт на килограмм пластика, в то время как для производства такого же количества пластика с помощью литья под давлением нам потребуется в среднем всего 1,5 кВт.

При средней цене 13 центов за кВт/ч (разумная цена для США) стоимость производства 1 кг пластика составляет 1,25 доллара США для 3D-печати и 0,19 доллара США для литья под давлением.

Хотя эти цифры являются грубым приближением, а точная стоимость каждой технологии зависит от конкретной используемой машины и производимых моделей, мы все же можем сделать вывод, что литье под давлением более эффективно с точки зрения энергопотребления примерно при той же производительности (на коэффициент более 6).

Оценки потребления электроэнергии, используемые для этого расчета, основаны на наших собственных измерениях Ender 3 v2 (ознакомьтесь со статьей Факундо на эту тему). Вы могли догадаться, что ни у него, ни у меня дома нет машины для литья под давлением, поэтому я основывал эти расчеты на среднем количестве нескольких авторитетных источников.

Стоимость пластика для 3D-печати и литья под давлением

Стоимость килограмма материала для 3D-принтеров примерно в 20 раз выше, чем стоимость пластиковых гранул, используемых для литья под давлением.

Если вы когда-либо покупали нить для 3D-принтера, вы, вероятно, согласитесь, что нередко платить 20 долларов за катушку PLA или ABS. Сравните это со средней стоимостью 1 доллар США за килограмм гранул АБС, и теперь мы точно знаем, почему большинство наших бытовых приборов не напечатаны на 3D-принтере.

Всегда ли литье под давлением дешевле 3D-печати?

Хотя мы уже определили, что литье под давлением является более рентабельным для производства большего количества данного продукта, 3D-принтеры также занимают свое место в отрасли.

Часто бывает необходимо произвести небольшую или среднюю партию данного продукта. Это может быть прототип или продукт, который предназначен только для узкой ниши рынка и, следовательно, будет иметь ограниченный спрос.

Для небольших количеств стоимость самой формы очень важна. Грубо говоря, пресс-форма с одной полостью (простая) может стоить вам от 1000 до 2000 долларов США, тогда как большие и сложные формы могут стоить до 75 000 долларов США.

Спрашивать цену пресс-формы все равно, что спрашивать цену автомобиля, в том смысле, что диапазон огромен. Оценка моей машины, вероятно, ниже, чем цена Феррари. Тем не менее, для сравнения обеих технологий я сравню обе технологии, предполагая, что стоимость пресс-формы составляет 10 000 долларов США

.

Как видно из приведенной ниже диаграммы, литье под давлением становится более рентабельным, чем 3D-печать, при изготовлении примерно 500 кг изделий.

Эта точка перегиба (500 кг) сильно зависит от стоимости самой пресс-формы. Если мы снова проведем те же расчеты, но предположим, что цена пресс-формы составляет всего 2000 долларов США (для простой пресс-формы с одной полостью), мы должны принять решение о переходе с 3D-печати на литье под давлением примерно при 100 кг.

Когда мне следует использовать 3D-принтер вместо литья под давлением?

Аддитивное производство более удобно в тех случаях, когда требуется производство всего нескольких десятков килограммов. Его также рекомендуется использовать для быстрого создания прототипов новых моделей, поскольку он позволяет разработчикам повторять и оптимизировать свои модели без значительных затрат.

Технология 3D-печати также позволяет дизайнерам создавать формы, которые невозможно изготовить с помощью традиционных методов производства. Следующую Эйфелеву башню, которую я напечатал на Ender 3 v2, невозможно изготовить методом литья под давлением.

Трехмерная печать медленнее, чем литье под давлением?

3D-принтер определенно медленнее, чем машина для литья под давлением. Например, такие машины нередко производят до 3000 пробок в час. 3D-принтер будет печатать одну единицу одного и того же предмета примерно за 15 минут, а это означает, что нам потребуется 750 принтеров, чтобы соответствовать той же производительности. И наоборот, мы можем подождать 750 часов, чтобы напечатать такое же количество единиц.

Сказав это, 3D-принтер определенно быстрее и удобнее, когда речь идет о быстрых итерациях и мелкосерийном производстве. Это также очень удобно в процессе прототипирования. С помощью технологии аддитивного производства мы можем выполнять последовательные проектные спринты и быстро оптимизировать и улучшать наши модели, чего мы не смогли бы сделать, если бы решили использовать литье под давлением.

Самое главное, изготовление пресс-формы может занять до 10 недель, а это означает, что нам придется ждать как минимум столько же времени, чтобы увидеть нашу первую изготовленную единицу. С другой стороны, если у нас уже есть G-код нашего дизайна, загруженный на USB-накопитель, мы можем ожидать, что наш первый товар будет получен в тот же день.

То же самое, что 3D-печать пластиком и литье пластика под давлением?

Машины для 3D-печати используют катушки с нитью для производства желаемых единиц, тогда как в производстве литья под давлением обычно используется пластик в форме небольших гранул. При этом в обеих технологиях используются некоторые типы термопластов.

Полистирол (HIPS), ABS и нейлон — популярные материалы, используемые как в 3D-печати, так и в литье под давлением. PLA — самый популярный пластик, используемый в сообществе 3D-печати, но он почти не используется в литье под давлением.

Другими распространенными пластиками, используемыми в литье под давлением, являются, среди прочего, акрил, полипропилен и полиэтилен. Они несовместимы с настольными принтерами для любителей, в основном из-за высоких температур, необходимых для их экструзии.

Промышленные 3D-принтеры, такие как те, которые вы можете приобрести у Stratasys или 3D Systems, совместимы с большинством термопластов. Есть небольшая оговорка:они обойдутся вам в несколько сотен тысяч долларов.

Преимущества и недостатки 3D-печати и литья под давлением

У обеих технологий есть свои приложения, в которых они превосходят другие, поэтому можно с уверенностью сказать, что обе технологии будут использоваться в ближайшие годы (или десятилетия).

Хотя мы уже рассмотрели большинство преимуществ и недостатков каждой технологии, давайте кратко их суммируем.

Преимущества 3D-печати перед литьем под давлением

• Позволяет быстро вносить изменения и улучшать дизайн.
• Идеально подходит для небольших и средних партий.
• Позволяет персонализировать один из элементов.
• Позволяет создавать формы и конструкции, которые невозможно создать с помощью других технологий.
• Не требует первоначальных затрат (например, формы)
• Подходит как для любителей, так и для профессионалов.

Преимущества литья под давлением перед 3D-печатью

• Очень экономично для больших объемов
• Потребляет меньше электроэнергии на килограмм пластика.
• Выдает высококачественные продукты с мельчайшими деталями.
• Большое количество произведенных единиц в час
• Совместим с большим количеством термопластов.
• Более прочные и устойчивые детали

Заключение

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что 3D-печать не заменит традиционные методы литья под давлением. Тот факт, что современные 3D-принтеры не могут обеспечить такое же качество и надежность, которые можно ожидать от литых деталей, представляет собой огромный недостаток для аддитивного производства. Кроме того, сама технология не обеспечивает невероятных темпов производства, достижимых при использовании традиционных методов производства.

Ознакомьтесь с разделом рекомендуемых продуктов

Мы создали раздел рекомендуемых продуктов, который позволит вам избавиться от догадок и сократить время, затрачиваемое на поиски того, какой принтер, нить накала или обновления приобрести, поскольку мы знаем, что это может быть очень сложной задачей и обычно приводит к путанице. .

Мы выбрали лишь несколько 3D-принтеров, которые, по нашему мнению, подходят как для начинающих, так и для продвинутых пользователей, и даже для экспертов, что упрощает принятие решения, а нити, а также перечисленные обновления были протестированы нами и тщательно отобраны. , чтобы вы знали, что любой из них будет работать так, как задумано.