3D-печать или литьё пластмасс: что выбрать для небольшой серии

Универсальной границы вида:

«до X штук — FDM, после X — литьё»

не существует.

Порог зависит от:

• детали;

• материала;

• пресс-формы;

• времени производства;

• ручных операций;

• вероятности изменений;

• требований к поверхности;

• реального объёма.

Главное экономическое различие между прямым аддитивным производством и литьём под давлением — структура затрат.

У аддитивного процесса обычно нет отдельной пресс-формы для каждой геометрии.

При литье под давлением требуется технологическая оснастка, создание которой требует времени и затрат. Поэтому экономика литья сильно зависит от того, на какое количество изделий распределяется стоимость формы.

При этом опубликованные точки экономического перехода для конкретных SLA, MSLA или других аддитивных систем нельзя переносить на FDM-производство 3Dexp.

У FDM своя экономика.

Для производства партии требуется учитывать:

• суммарное машинное время;

• материал;

• занятость оборудования;

• возможные поддержки;

• снятие деталей;

• ручные операции;

• контроль;

• постобработку;

• вероятность брака и повторного запуска.

На себестоимость также влияют:

• размер;

• ориентация;

• высота слоя;

• сопло;

• сложность геометрии;

• стратегия размещения деталей в партии.

Поэтому FDM нельзя оценивать только по отсутствию пресс-формы.

Для сравнения структуру затрат можно представить так:

подготовка → суммарное машинное время партии → материал → ручные операции → поддержки и постобработка → контроль → брак и повторные запуски

Здесь важно именно суммарное время производства партии, а не простое умножение времени одной детали на количество.

Несколько изделий могут печататься одновременно, а итоговую экономику меняют:

• заполнение рабочего стола;

• ориентация;

• размер деталей;

• выбранная стратегия партии;

• распределение производства по оборудованию.

Для литья структура другая:

проектирование формы → изготовление формы → доводка → материал и производственный цикл × объём → контроль → возможные изменения формы

После готовности оснастки производственный цикл одной детали обычно становится намного короче времени FDM-печати.

Но первоначальные расходы существенно выше.

Это один из самых сильных аргументов в пользу FDM на раннем этапе продукта.

Изменили:

• отверстие;

• кабельный канал;

• защёлку;

• толщину;

• крепление —

следующая партия может использовать новую CAD-ревизию без изготовления новой пресс-формы.

Для литья под давлением изменение уже изготовленной формы может потребовать дополнительной доработки, а иногда и новой оснастки.

FDM особенно рациональна, если требуется:

• проверить спрос;

• протестировать реальную сборку;

• изготовить первые изделия;

• получить обратную связь;

• ещё не фиксировать окончательную конструкцию.

Здесь отсутствие пресс-формы уменьшает стоимость ошибки при изменении дизайна.

Иногда серийный продукт уже нужен, а промышленная пресс-форма ещё изготавливается.

В таком случае временную партию можно производить 3D-печатью до запуска основной технологической оснастки.

Такой подход иногда называют bridge production — промежуточным производством до готовности основного процесса.

Большая партия снижает цену одной литой детали, но увеличивает риск:

• произвести больше изделий, чем требуется;

• заморозить деньги в запасах;

• получить на складе старую ревизию после изменения конструкции.

FDM позволяет производить более короткими циклами и быстрее переходить на новую CAD-версию.

FDM и литьё под давлением имеют разные ограничения.

Нужно учитывать:

• направление слоёв;

• анизотропию;

• поддержки;

• ориентацию;

• размер рабочей области;

• машинное время.

Нужно учитывать:

• направление раскрытия формы;

• технологические уклоны;

• поднутрения;

• толщину стенок;

• расположение литников;

• конструкцию формы.

Поэтому одна и та же CAD-геометрия не обязательно оптимальна для обеих технологий.

Полимер с похожим названием в FDM и литье под давлением нельзя считать автоматически одинаковым по свойствам готовой детали.

Литая и FDM-деталь имеют разную внутреннюю структуру и историю формирования.

У FDM дополнительно появляются:

• анизотропия;

• межслойные границы;

• зависимость свойств от ориентации.

Поэтому сравнивать технологии нужно не только по названию пластика, но и по требованиям к конечному изделию.

У хорошо отлаженного литья высокая производственная повторяемость — одна из сильных сторон процесса.

FDM тоже позволяет выпускать повторяемые серии, но нужно контролировать:

• состояние оборудования;

• материал;

• сушку;

• ориентацию;

• состояние сопел;

• различия между машинами;

• ручные операции.

Если сразу требуется поверхность, характерная для пресс-формы, литьё под давлением может иметь преимущество.

У FDM остаётся слоистая структура поверхности, а при высоких требованиях может потребоваться постобработка.

Но для внутренней технической детали внешний вид иногда вообще не является определяющим фактором.

При FDM сравнительно просто менять цвет между партиями, если нужный материал доступен.

При литье цвет также настраивается, но уже внутри другой производственной системы, объёма сырья и технологического процесса.

• конструкция ещё меняется;

• нужна пилотная партия;

• прогноз спроса неустойчив;

• существует несколько версий изделия;

• пресс-форма пока экономически не оправдана;

• требуется быстро внедрять изменения.

• конструкция зафиксирована;

• спрос достаточно стабилен;

• объём оправдывает изготовление пресс-формы;

• важен короткий производственный цикл на одну деталь;

• требуется поверхность и повторяемость, характерные для литья;

• доступна подходящая марка материала для литья под давлением.

Не нужно искать универсальную цифру тиража.

Лучше сравнить два сценария.

Оценить:

• подготовку;

• суммарное машинное время партии;

• материал;

• ручные операции;

• поддержки;

• постобработку;

• контроль;

• брак и повторные запуски.

Оценить:

• проектирование пресс-формы;

• изготовление формы;

• доводку;

• стоимость сырья;

• продолжительность производственного цикла;

• планируемый объём;

• стоимость возможного изменения оснастки.

Точка, в которой один процесс становится экономически интереснее другого, будет своей для каждого проекта.

Даже реальные расчёты производителей оборудования относятся к:

• конкретной геометрии;

• конкретному оборудованию;

• конкретной технологии;

• конкретной пресс-форме;

• определённой структуре затрат.

Поэтому пример из SLA, MSLA или стороннего производства нельзя использовать как доказательство экономики FDM 3Dexp.

Между прямой FDM-печатью и классической промышленной пресс-формой существуют промежуточные решения.

Например:

• упрощённая технологическая оснастка;

• быстро изготавливаемая временная оснастка;

• 3D-печатные формы для отдельных сценариев малосерийного литья.

Такие подходы ещё раз показывают, почему производственную технологию нельзя выбирать по одной таблице тиражей.

Вопрос «сколько штук?» важен, но сам по себе недостаточен.

Выбор между FDM и литьём под давлением начинается с четырёх вещей:

стабильность конструкции → стоимость запуска → стоимость производства партии → вероятность дальнейших изменений.

Если конструкция ещё развивается, отсутствие пресс-формы может быть большим преимуществом FDM.

Если изделие окончательно зафиксировано и объём устойчиво большой, экономика литья под давлением становится всё интереснее.