3D打印何時(shí)能勝過(guò)注塑成型?
魔猴君 知識(shí)堂 104天前
對(duì)于許多部件而言,3D打印比注塑成型更快、更便宜、更好,但它并不總是最好的選擇。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),而選擇它們往往取決于產(chǎn)量。
3D打印一個(gè)部件既快速又簡(jiǎn)單,但小批量注塑成型成本過(guò)高。3D打印不需要模具或工具,您甚至不需要了解任何有關(guān)3D打印的知識(shí)就可以從3D打印服務(wù)中獲得3D打印原型。
要確定你的零件或產(chǎn)品是3D打印更好(左)還是注塑成型更好(右)并不總是一件容易的事(來(lái)源:Jawstech/Lego)
另一方面,對(duì)于數(shù)十萬(wàn)或數(shù)百萬(wàn)個(gè)零件而言,注塑成型是一種更有效的工藝,但在大批量生產(chǎn)中,注塑成型更具經(jīng)濟(jì)意義的確切點(diǎn)取決于多種變量,例如材料、零件復(fù)雜性和后處理。
但是除了數(shù)量之外,還有哪些其他原因讓您選擇3D打印來(lái)生產(chǎn)您的零件或產(chǎn)品呢?
讓我們看一下3D打印表現(xiàn)優(yōu)于注塑成型的情形,以及為什么,然后讓我們通過(guò)查看注塑成型的優(yōu)勢(shì)來(lái)給予其應(yīng)有的評(píng)價(jià)。
原型設(shè)計(jì)和迭代
歐萊雅原型實(shí)驗(yàn)室的Ultimaker 3D打印機(jī)幫助公司更快地響應(yīng)產(chǎn)品趨勢(shì)(來(lái)源:歐萊雅)
幾十年來(lái),3D打印一直是原型制作的首選技術(shù)。它在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段表現(xiàn)出色,并能快速進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代。根據(jù)材料的不同,一副撲克牌大小的零件可以在不到一小時(shí)的時(shí)間內(nèi)打印出來(lái),這讓工業(yè)設(shè)計(jì)師有機(jī)會(huì)更有效地測(cè)試和改進(jìn)他們的想法。
然而,注塑公司建議使用快速模具來(lái)制作原型,以便使用與最終產(chǎn)品相同的材料測(cè)試零件。不過(guò),最近,公司正轉(zhuǎn)向3D打印。隨著更多材料的進(jìn)步,使用與最終產(chǎn)品相同的材料3D打印原型并不困難。這種材料可以是不銹鋼等金屬,也可以是碳纖維尼龍等聚合物,甚至是技術(shù)陶瓷。這些功能更強(qiáng)大的原型使公司能夠在真實(shí)情況和模擬中測(cè)試他們的設(shè)計(jì)。
一旦一家公司使用工業(yè)3D打印機(jī)以工程級(jí)材料打印出原型,許多公司就會(huì)意識(shí)到其質(zhì)量與注塑成型相當(dāng),并選擇根據(jù)產(chǎn)量使用3D打印進(jìn)行批量生產(chǎn)。
3D打印原型的最新應(yīng)用是制作注塑模具原型。許多工業(yè)級(jí)塑料可以承受注塑機(jī)或吹塑機(jī)的幾輪(有時(shí)是數(shù)百輪),這足以在將模具設(shè)計(jì)送去金屬加工之前對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
復(fù)雜幾何形狀
3D打印可以生產(chǎn)這些可能需要組裝多個(gè)注塑件的單個(gè)部件(來(lái)源:Formlabs)
您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)3D打印可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工或注塑成型所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何形狀,但這究竟意味著什么呢?
3D打印可以制造具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)填充的部件,以減輕重量,并帶有相互纏繞的彎曲管,以及打印在其他部件內(nèi)部的部件。這些幾何形狀可能可以通過(guò)幾個(gè)步驟進(jìn)行加工或模制成多個(gè)部件進(jìn)行組裝,但3D打印只需一次即可完成,從而節(jié)省時(shí)間和人力。
3D打印熱交換器是通過(guò)一個(gè)流程和一個(gè)部件生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀的一個(gè)很好的例子。
通過(guò)3D打印,您還可以創(chuàng)建每個(gè)部件獨(dú)有的表面細(xì)節(jié)、標(biāo)簽或數(shù)字,無(wú)需額外的步驟。
設(shè)計(jì)注塑部件意味著您需要考慮從模具中取出部件的過(guò)程。機(jī)械脫模過(guò)程可能會(huì)使脆弱或薄壁區(qū)域變得危險(xiǎn)。您可能需要重新考慮您的設(shè)計(jì)以適應(yīng)制造方法的限制。使用3D打印,限制要少得多,但也有一些新的和獨(dú)特的限制。
3D打印的主要挑戰(zhàn)是移除支撐結(jié)構(gòu)(如果首先需要的話)并確保粉末(如果使用基于粉末的技術(shù))可以從內(nèi)部腔體中徹底清除。不要低估移除支撐結(jié)構(gòu)所需的勞動(dòng)力。即使使用可溶性材料作為支撐,也需要額外的步驟。
大規(guī)模定制
特別是在醫(yī)療保健應(yīng)用中,例如這種3D打印支架,根據(jù)患者特定解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制制造的能力既具有功能優(yōu)勢(shì),又具有營(yíng)銷優(yōu)勢(shì)(來(lái)源:JawsTech)
當(dāng)你需要生產(chǎn)數(shù)以萬(wàn)計(jì)完全相同的部件時(shí),注塑成型通常更勝一籌。但當(dāng)個(gè)別產(chǎn)品需要定制或個(gè)性化時(shí),3D打印顯然是最佳選擇。
例如,一批20個(gè)獎(jiǎng)杯底座中的每一件都可以個(gè)性化刻上獲獎(jiǎng)?wù)叩拿?,無(wú)需額外付費(fèi)。相比之下,注塑成型需要在每個(gè)單元上添加定制雕刻板,這會(huì)增加時(shí)間和勞動(dòng)力。
生產(chǎn)用戶個(gè)性化部件的能力,例如按訂單3D打印的鞋子,或者更常見(jiàn)的3D打印醫(yī)療設(shè)備,例如支架或手術(shù)器械,正在催生一個(gè)新興行業(yè),其中包括Restor3D和ActivArmor等公司。
縮短交貨時(shí)間
丹麥3D打印眼鏡框制造商Monoqool選擇3D打印,因?yàn)樗軌蚋?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)客戶定制產(chǎn)品,并快速響應(yīng)眼鏡的風(fēng)格趨勢(shì)(來(lái)源:Monoqool)
普遍認(rèn)為,由于3D打印完全繞過(guò)了模具制作過(guò)程,因此最終部件的交付速度更快。在大多數(shù)情況下,設(shè)計(jì)完成后即可生產(chǎn)部件。
但圍繞交貨時(shí)間的更大爭(zhēng)論與創(chuàng)新、競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)份額有關(guān)。
模具的高價(jià)往往會(huì)扼殺創(chuàng)新。尚未達(dá)到最佳狀態(tài)的產(chǎn)品可能無(wú)論如何都需要投入生產(chǎn),因?yàn)樾乱惠喣>叩某杀咎摺;蛘咧圃焐炭赡芟M匦略O(shè)計(jì)其產(chǎn)品以利用市場(chǎng)變化,但模具成本過(guò)高。
另一方面,使用3D打印產(chǎn)品的公司可以使每批產(chǎn)品的質(zhì)量略有提高。公司可以變得更加靈活,根據(jù)客戶需求進(jìn)行調(diào)整,并向市場(chǎng)推出更廣泛的產(chǎn)品。
例如,上圖所示的Monoqool眼鏡是根據(jù)訂單通過(guò)3D打印而成的,設(shè)計(jì)師可以快速響應(yīng)時(shí)尚變化,而無(wú)需管理庫(kù)存過(guò)剩。
環(huán)境可持續(xù)性
用塑料廢物進(jìn)行3D打印(來(lái)源:PrintYourCity)
如果您生產(chǎn)的是塑料產(chǎn)品,那么仍需要考慮許多環(huán)境因素并采取許多重要的可持續(xù)發(fā)展措施。
在可持續(xù)性方面,注塑成型與3D打印的比較結(jié)果相當(dāng)均等,但有一點(diǎn)可能有利于后者。
3D打印使公司能夠快速按需打印,消除或減少積壓或永遠(yuǎn)不會(huì)使用的部件。注塑成型通常有最低限度,超過(guò)這個(gè)限度后就會(huì)變得經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,但這些多余的部件可能會(huì)被存放在倉(cāng)庫(kù)中,直到被處理掉。
其次,盡管兩種技術(shù)都可以使用再生塑料,但當(dāng)零件數(shù)量較少時(shí),選擇可持續(xù)材料的成本障礙較少。
兩種方法都會(huì)在過(guò)程中產(chǎn)生廢物。3D打印會(huì)產(chǎn)生廢物,即打印后必須移除的支撐結(jié)構(gòu)(如果使用FDM技術(shù))。粉末床熔融3D打印技術(shù)的廢物較少。
注塑成型也會(huì)產(chǎn)生廢料,例如從模腔中流出的熔融塑料,或模具本身的澆口、流道和澆口中的塑料。但是,您可以輕松地重新研磨、熔化和重復(fù)使用這種廢料。3D打印線材產(chǎn)生的廢料通常不會(huì)被重復(fù)使用,但粉末床熔合產(chǎn)生的剩余粉末可以重復(fù)使用。
注塑和3D打印中再生塑料的總體使用量相對(duì)較低,但隨著材料技術(shù)的進(jìn)步,再生材料的質(zhì)量和可用性提高,預(yù)計(jì)這一數(shù)字將會(huì)增長(zhǎng)。
內(nèi)部制造
由于設(shè)計(jì)復(fù)雜且產(chǎn)量小,自行車零件制造商Silca選擇3D打印這些空心鈦?zhàn)兯倨鞯跫?,而不是注塑成型(?lái)源:Silca)
與注塑機(jī)相比,許多3D打印機(jī)價(jià)格實(shí)惠且易于使用,使任何公司都能控制生產(chǎn)方式并在內(nèi)部進(jìn)行小批量生產(chǎn)。這消除了您對(duì)服務(wù)(可能是海外服務(wù))的依賴,并使您能夠更好地控制質(zhì)量,消除交貨時(shí)間和供應(yīng)鏈中斷的問(wèn)題。
支持注塑成型的論據(jù)
Skybridge Technologies的注塑部件。
當(dāng)然,我們喜歡所有3D打印產(chǎn)品,但我們并不反對(duì)注塑成型。在許多情況下,注塑成型是理想的選擇。然而,在本文的研究過(guò)程中,我們?cè)诒容^這兩種制造方法時(shí)遇到了很多錯(cuò)誤信息和半真半假的說(shuō)法,原因很簡(jiǎn)單:我們不是在比較兩種制造方法;我們?cè)诒容^幾十種制造方法。
注塑成型包括10多種制造工藝,從熱固性注塑成型到氣體輔助注塑成型,均用于生產(chǎn)各種部件。同樣,3D打印有七種主要類型,還有更多子類別。在每種情況下將工業(yè)注塑成型與桌面FDM 3D打印進(jìn)行比較并不準(zhǔn)確。
我們認(rèn)為,無(wú)論注塑成型或3D打印類型如何,上述7點(diǎn)仍然適用。但是,其他說(shuō)法則取決于您將哪種注塑成型與哪種3D打印進(jìn)行比較。
哪一個(gè)更強(qiáng)?
當(dāng)有消息稱注塑件比3D打印件更堅(jiān)固時(shí),這可能取決于技術(shù)和材料,但不能一概而論。每種類型的3D打印都涉及層,一層粘合到下一層,而注塑件是均勻的。層可能會(huì)帶來(lái)弱點(diǎn),但通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和正確的技術(shù),您的3D打印件可以與注塑件一樣堅(jiān)固。對(duì)于重載部件,應(yīng)采取額外的預(yù)防措施,但我們敢說(shuō),對(duì)于大多數(shù)沒(méi)有顯著壓力或負(fù)載的應(yīng)用,3D打印將與注塑件一樣堅(jiān)固。
Desktop Health使用Flexera材料3D打印的這些假牙展示了3D打印部件上可用的表面光潔度類型(來(lái)源:Desktop Metal)
哪種表面光滑度更好?
注塑成型在表面光潔度方面更勝一籌。
打印后整理可能涉及的額外步驟可能會(huì)增加您的成本、時(shí)間和勞動(dòng)力。
顆粒狀塑料可用于注塑和3D打?。▉?lái)源:Teflon)
哪一個(gè)提供更多材料選擇?
3D打印和注塑不僅有許多共同的材料,包括ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)和PA(尼龍),一些制造商還在注塑機(jī)和顆粒進(jìn)料擠出3D打印機(jī)中使用完全相同的顆粒聚合物材料。這樣,客戶就可以使用相同的材料快速獲得要注塑成型的部件原型。
然而,您可能會(huì)聽(tīng)說(shuō)某些材料更適合某種方法。確實(shí),更適合注塑成型的聚合物通常具有高流速、快速冷卻和壓力下的尺寸穩(wěn)定性,而用于3D打印的聚合物通常經(jīng)過(guò)配制以促進(jìn)層粘合、控制冷卻和擠出精度。
雖然材料成本可能是在注塑成型和3D打印之間做出選擇的決定性因素,但材料選擇通常不是。
注塑顆粒原料是一種全球廣泛使用的商品,比3D打印細(xì)絲或3D打印塑料粉末便宜得多。如果將3D打印1,000個(gè)ABS支架與注塑相同的1,000個(gè)ABS支架進(jìn)行比較,僅從材料成本上比較,注塑勝出很多。然而,總成本必須考慮模具制造,以及可能從哪里運(yùn)送零件,而不是從更本地的3D打印設(shè)施或內(nèi)部制造。
注塑成型因不使用生物基材料而受到批評(píng),但事實(shí)上它確實(shí)可以使用生物基材料。實(shí)際上,石油基材料在注塑成型中的應(yīng)用更為廣泛,但也有多種生物塑料可供選擇。
編譯整理:ALL3DP