3D печат срещу. Инжекционно формоване

Инжекционното формоване и 3D печатът са два производствени процеса, които се използват широко днес. Въпреки че и двете технологии могат да произвеждат висококачествени части, те се различават в много аспекти, включително цена, скорост и мащаб на производство, метод на производство и видове материали и геометрии на частите, които могат да бъдат произведени.

Разгледайте критичните разлики между леене под налягане и 3D печат и намерете информация кога да използвате всяка технология въз основа на специфични изисквания за приложение.

Какво е леене под налягане?

Инжекционното формоване е производствена техника, която включва инжектиране на разтопен материал, обикновено пластмаса, във форма за производство на част. Производственият процес започва със създаване на матрица, предназначена да произведе желаната форма на крайната част.

След като формата е направена, материалът се нагрява до течно състояние и се инжектира в кухината на формата под високо налягане. След това материалът се охлажда и втвърдява, приемайки формата на формата.

Шприцоването се използва широко в производството на широка гама от продукти, от играчки до медицински устройства и автомобилни компоненти. Процесът е силно автоматизиран и може да произвежда пластмасови части сравнително евтино. Инжекционното формоване може да произвежда точни и сложни части с отлично покритие на повърхността и консистенция.

Материалите, използвани при леене под налягане, включват широка гама от термопласти, като полиетилен, полистирен и полипропилен. Също така, термореактивни пластмаси, като епоксидни и фенолни, могат да се използват в процеса на леене под налягане.

Какво е 3D печат?

3D печатът, известен също като адитивно производство, създава триизмерни обекти чрез добавяне на последователни слоеве от материал, обикновено пластмаса или метал, въз основа на цифров модел. Процесът започва със създаване на цифров дизайн или модел на обекта, който ще бъде отпечатан с помощта на софтуер за компютърно проектиране (CAD). След това дизайнът се преобразува във формат, който 3D принтерът може да чете, като например стереолитографски (STL) файл.

След като дизайнът е готов, 3D принтерът отлага тънки слоеве материал, един върху друг, докато обектът бъде напълно оформен. Материалът, използван в 3D печата, може да бъде под формата на нишка, прах или течност. Най-често срещаните материали, използвани в 3D печата, са пластмаси, като полимлечна киселина (PLA) и акрилонитрил бутадиен стирен (ABS), но могат да се използват и метали, керамика и дори хранителни материали.

Каква е разликата между леене под налягане и 3D печат?

Разбирането на разликите между леене под налягане и 3D принтиране е от съществено значение за всеки, който се интересува от производството на продукти. И двата процеса имат своите силни и слаби страни и решението кой да се използва зависи преди всичко от вида на продукта и производствения обем. Ето съществените разлики:

1. Дизайн на части

Що се отнася до дизайна на частите, леенето под налягане и 3D печатът имат някои съществени разлики. Инжекционното формоване изисква създаване на матрица, предназначена да произвежда желаната форма на крайната част. Това означава, че дизайнът на частта трябва да бъде финализиран, преди да могат да бъдат направени шприцформите.

Всички промени във фазата на проектиране биха изисквали създаването на нови шприцформи, което може да отнеме много време и да бъде скъпо. От друга страна, 3D принтирането позволява повече гъвкавост при проектирането на части. С 3D печат дизайнерите могат да променят цифровия модел и да отпечатат нова версия на частта бързо и лесно.

Това прави адитивното производство идеален избор за прототипиране и итеративни процеси на проектиране. Освен това леенето под налягане може да произвежда детайли с висока степен на прецизност и последователност. Все пак дизайнът трябва да е относително прост поради ограниченията на процеса на формоване.

С 3D принтирането обаче дизайнерите могат да създават изключително сложни и детайлни части, които биха били трудни или невъзможни за производство с леене под налягане. Като цяло, разликите в дизайна на детайлите между леене под налягане и 3D печат означават, че всеки процес най-добре отговаря на различни приложения.

Инжекционното формоване е по-добро за производство на големи партиди на прости части, докато 3D принтирането е идеално за производство на малки партиди на сложни дизайни и персонализирани части. Разбирането на разликите в дизайна на частите може да помогне на производителите да изберат най-добрия процес за техните специфични нужди, осигурявайки възможно най-добрия резултат за техния проект.

2. Процес

Двата производствени метода се различават значително по своя основен подход към производството, необходимите машини и производствена среда и дали производственият процес да бъде собствен или външен изпълнител.

Фундаментални разлики

Въпреки че адитивното производство и традиционното производство могат да използват подобни суровини, процесите са фундаментално различни. Двата метода имат някои фундаментално различни характеристики, които ги отличават.

Например, 3D печатът е процес без инструменти, който не изисква специализирани инструменти за създаване на краен продукт. Вместо това принтерът изгражда части бавно, един слой наведнъж, следвайки компютърно генериран дизайн. Това позволява по-голяма гъвкавост в дизайна, с почти пълна геометрична свобода за създаване на сложни форми и характеристики.

Въпреки това, надвисналите секции може да изискват поддържащи структури, за да се предотврати провисване по време на печат. Обратно, традиционното производство изисква инструменти за леене под налягане за формиране на крайния продукт. Формата се създава предварително и след това се използва за инжектиране на разтопена пластмаса в желаната форма.

Този процес е бърз и ефективен, с възможност за производство на големи обеми части за кратко време. Това обаче също така означава, че леенето под налягане е по-ограничено по отношение на гъвкавостта на дизайна. Също така, 3D печатът включва печатаща глава, която се движи по три оси, ръководена от компютърни инструкции, за да депозира материала точно в определени координати. За разлика от това, дюзата на 3D машината за леене под налягане остава неподвижна, докато матрицата се движи, за да създаде детайла.

Това означава, че адитивното производство е по-податливо на грешки от леенето под налягане. 3D принтирането е като изграждането на къща тухла по тухла, потенциално създавайки множество стаи и функции. За разлика от това, шприцването на пластмаса е като пълнене на форма за кубчета лед с ограничена гъвкавост, но светкавично бързо време за производство.

Машини и производствена среда

Традиционното производство използва тежки машини, които могат да се управляват само от обучени професионалисти във фабрика или промишлена среда. Те изискват значително пространство, като някои машини имат отпечатък от няколко квадратни метра. Освен това е необходимо място за съхранение на формите и готовите части на матрицата.

От друга страна, машините, използвани в 3D печата, варират значително в зависимост от типа принтер. Някои промишлени 3D принтери, като тези, използващи директно метално лазерно синтероване (DMLS), могат да бъдат толкова големи и сложни, колкото машините за леене под налягане. Тези принтери често изискват значително потребление на пространство и енергия и имат емисии, които могат да бъдат вредни, така че обикновено са ограничени до промишлени условия.

Въпреки това много 3D принтери FDM (Fused Deposition Modeling) имат по-компактен отпечатък и могат да се използват в неиндустриални среди, като офиси или жилищни сгради. Тези принтери често се класифицират като индустриални, професионални или настолни в зависимост от техния размер, качество и къде могат да се използват.

Настолните 3D принтери са най-малките и могат да се използват в случайни условия като класни стаи или домове. За разлика от тях индустриалните принтери са по-големи, по-мощни и се използват за масово производство във фабрики и индустриални условия. Разликите в изискванията за производство и машини между тези два производствени метода значително влияят върху производствените процеси.

Инжекционното формоване изисква значителна предварителна инвестиция в машини, инструменти за леене под налягане и фабрично пространство, което го прави най-подходящ за производство в голям обем. 3D печатът, от друга страна, може да се извърши с по-малко, по-достъпно оборудване и може да произвежда части при поискване с много по-голяма гъвкавост в дизайна и производствения обем.

Собственост срещу аутсорсинг

Шприцоването изисква значителна инвестиция в машини, оборудване за производство на форми и необходимата инфраструктура за поддържане на тези процеси. В резултат на това възлагането на процеса на леене под налягане на специализиран производител често е по-рентабилно.

За разлика от това, машините за 3D печат често са по-достъпни и достъпни, което улеснява малките предприятия и физическите лица да притежават оборудване и да произвеждат части вътрешно. Това може да бъде особено полезно за малки производствени серии или специално проектирани части.

3. Материал

Както 3D печатът, така и леенето под налягане разчитат до голяма степен на пластмасови полимери, въпреки че има някои критични разлики между производствената техника. По отношение на формата, 3D печатът използва нишка, по същество дълги нишки от пластмаса, навити на макара. От друга страна, леенето под налягане използва пластмасови пелети, които са малки, твърди парчета суровина. Интересното е, че нишката, използвана в 3D печата, често се създава чрез топене и екструдиране на пелети, които след това се навиват на макари.

Освен това, повечето машини за леене под налягане могат да произвеждат разтопена пластмаса с високи точки на топене. Въпреки това, горещият край на типичен 3D принтер може да няма достатъчно мощност, за да се справи с материали с висока температура. 3D принтерите обикновено постигат по-добри резултати с нискотемпературни материали като полимлечна киселина (PLA), въпреки че тези части имат по-лоши механични свойства. Триизмерните принтери от висок клас имат високотемпературни горещи краища и затворени камери за печат и могат по-лесно да печатат високотемпературни материали.

Някои от най-разпространените нишки за 3D печат са акрилонитрил бутадиен стирен (ABS), PLA, полиетилен терефталат гликол (PETG) и термопластичен полиуретан (TPU). В същото време материалите за ефективност (за печат само на принтери за производствен клас) включват полиетер етер кетон (PEEK) и полиетеркетонкетон (PEKK).

ABS, поликарбонат (PC), полиетилен (PE), полипропилен (PP) и найлон са най-често срещаните материали за леене под налягане. Също така е възможно да се създадат хибридни материали, тъй като различни видове пелети могат лесно да се смесват, включително непластмасови материали.

4. Последваща обработка

Що се отнася до последващата обработка, има ясни разлики между 3D принтирането и леенето под налягане. Едно от най-големите предизвикателства при FDM 3D печата е лошото повърхностно покритие, което често се получава. Процесът оставя след себе си видими линии на слоя върху повърхността на отпечатаните части, което може да влоши техния външен вид и усещане.

За да се преодолее това, 3D-отпечатаните части често изискват обширна последваща обработка, за да се постигне по-гладка повърхност. Техниките за довършване на повърхността като шлайфане, полиране или абразивно бластиране могат да създадат по-полиран вид. Тези техники обаче добавят време и разходи към производствения процес. Освен това може да се наложи поддържащите структури да бъдат премахнати ръчно или химически.

Обратно, традиционното производство обикновено произвежда повърхностни покрития с по-високо качество, без да се изисква последваща обработка. Металната форма, използвана в процеса на шприцоване, обикновено е текстурирана, която се прехвърля към всяка формована форма, спестявайки време и намалявайки необходимостта от допълнителни довършителни стъпки. Някои корнизи обаче може да изискват флаш или излишната пластмаса да бъдат отстранени ръчно след приключване на процеса на формоване.

5. Цена, скорост и мащаб

3D печатът е идеален за производство на малки партиди и еднократни части, с ниски първоначални разходи и кратки срокове за изпълнение. Процесът не изисква инструменти, така че първата част може да бъде произведена в рамките на няколко часа. Това го прави идеален избор за прототипи и производствени серии в малък обем. Триизмерният печат обаче няма икономия от мащаба. С увеличаването на количествата цената на част остава непроменена, което я прави по-малко рентабилна.

От друга страна, леенето под налягане изисква метални инструменти, което отнема няколко седмици и може да струва няколко хиляди долара за производство. Всички прецизни части могат да бъдат произведени, след като формата е готова, но след като инструментите са настроени, частите могат да бъдат произведени с ниски допълнителни разходи за секунди. Шприцоването е най-подходящо за по-големи производствени серии, където икономиите от мащаба влизат в действие.

За партиди над 10 000 единици, леенето под налягане е с по-добра стойност и значително по-добра стойност над 100 000 единици. Определянето дали дадена част е най-подходяща за 3D печат или леене под налягане включва намиране на точката на рентабилност за формата. Общото правило е, че 3D печатът е по-евтин за партиди под 10 000, докато леенето под налягане е по-рентабилно над това число.

Двата процеса обаче имат своите предимства и има начини за намаляване на разходите и времето за изпълнение на производствения процес. Например CNC обработката на инструменталната екипировка от евтин алуминий вместо стомана може да намали разходите за инструментална екипировка.

По същия начин става все по-достъпно за 3D отпечатване на части в големи обеми с помощта на готови за производство 3D принтери с големи обеми на изработка. Освен това някои принтери с големи обеми на изработка могат да отпечатват няколко части едновременно, увеличавайки производителността и намалявайки времето за производство.

6. Приложения

3D печатът превъзхожда в създаването на персонализирани части за отделни потребители, резервни части за остарели системи, протези, играчки и корпуси на електронни устройства. Освен това е чудесен за създаване на прототипи и модели на дисплея в области като здравеопазване и архитектура.

От друга страна, традиционното производство е идеално за масово производство на продукти в области като храна, потребителски стоки и автомобилостроене. Той е идеален за създаване на контейнери и кутии, опаковки за храни, компоненти за автомобилно табло и персонализирани приспособления и приспособления. Освен това, леенето под налягане е основният процес за прототипи на формовани части. Всяка технология има своя собствена ниша в света на производството и изборът между тях зависи от приложението и обема на производството.

Кога трябва да използвате всеки процес?

Шприцоването е най-подходящо за производство на големи части, обикновено над 10 000 единици. Първоначалните разходи могат да бъдат високи поради необходимостта от инструменти, но след като матрицата бъде създадена, тя може да произвежда части на оскъдна цена на единица. Това прави леенето под налягане отличен избор за масово производство в хранително-вкусовата промишленост, потребителските стоки и автомобилната промишленост. Ако трябва да произвеждате много еднакви части, леенето под налягане вероятно е начинът.

От друга страна, 3D печатът е идеален за производство в малък обем и бързо прототипиране. Процесът е отличен за бързо създаване на малки партиди персонализирани или единствени по рода си части с малко първоначални разходи. Също така, той е идеален за създаване на сложни геометрии, които биха били трудни или невъзможни за производство с леене под налягане. Това е отличен избор за индустрии като здравеопазване и архитектура, където често се изискват модели на дисплеи и персонализирани медицински устройства.

Кое да изберете?

Когато решавате между 3D печат и леене под налягане, трябва да имате предвид няколко фактора. И двете технологии имат своите уникални предимства и недостатъци и изборът на правилната за вашето конкретно приложение изисква внимателно обмисляне.

Предимства на леенето под налягане

Инжекционното формоване е производствен процес, който предлага няколко предимства пред 3D печата. Ето някои от основните предимства на шприцването:

• Масово производство: Шприцоването е идеално за бързо и ефективно производство на големи количества части. След като формата е създадена, частите могат да бъдат произведени бързо и евтино за единица.
• Последователност и повторяемост: Шприцоването предлага висока точност и последователност, което го прави идеално за производство на сложни части с тесни допуски. Процесът позволява създаването на идентични части с висока прецизност и точност, намалявайки вероятността от дефекти или несъответствия.
• Богата гама от материали: Шприцоването може да се използва с различни материали, включително пластмаси, метали и керамика. Тази гъвкавост го прави подходящ за широк спектър от приложения и индустрии.
• Висококачествени части: Шприцоването осигурява отлична повърхностна обработка и точност на размерите. Процесът позволява производството на части със сложни детайли и сложни геометрии, произвеждайки висококачествени части, които отговарят на най-взискателните спецификации.
• Ниска цена на единица: Докато леенето под налягане изисква първоначална инвестиция в инструментална екипировка, цената на единица намалява с увеличаване на обема на произведените части. Това прави леенето под налягане по-евтин избор за големи производствени серии.

Шприцоването е отличен избор за големи производствени серии, приложения, които изискват широка гама от материали и части със сложни геометрии и тесни допуски.

Недостатъци на леенето под налягане

• Висока предварителна ценаt: Инжекционното формоване изисква създаването на матрица, чието производство може да бъде скъпо и отнема много време. Това означава, че може да не е рентабилно за по-малки производствени серии.
• Ограничена гъвкавост на дизайна: Дизайнът на матрицата може да ограничи формите и геометриите, които могат да бъдат произведени. Промените във формата могат да бъдат скъпи и отнемащи време.
• Материални отпадъци: Шприцоването може да произведе значително количество отпадъчен материал, особено по време на настройката и тестването на формата.
• Време за изработка: Процесът на създаване на матрица може да отнеме няколко седмици, което може да забави производството на части.
• Въздействие върху околната среда: Производството на леене под налягане често включва използването на големи количества енергия и ресурси, което може да има отрицателен ефект върху околната среда.

Предимства на 3D печат

Когато решавате между леене под налягане и 3D печат, има много фактори, които трябва да имате предвид. Ето някои от предимствата на 3D принтирането, които може да искате да имате предвид:

• Бързо създаване на прототипи: Едно от най-значимите предимства на 3D принтирането е неговата способност за бързо прототипиране на части. С 3D печат можете бързо да произведете физическа част от цифров модел, което ви позволява да тествате и усъвършенствате дизайна си много по-бързо от традиционните методи на производство. Това може да бъде особено полезно при разработването на продукти, когато времето е от съществено значение.
• Персонализиране: 3D печатът ви позволява също така да персонализирате части и да създавате уникални дизайни, които може да не са възможни с леене под налягане. Това може да бъде особено полезно в областта на медицината и денталната медицина, където често се изискват индивидуални протези и импланти.
• Ниска цена Инструменти: За разлика от леенето под налягане, 3D печатът не изисква скъпи инструменти за създаване на части. Това означава, че можете да произвеждате малки количества части на по-ниска цена и без предварителна инвестиция, необходима за инструментална екипировка.
• Свобода на дизайна: С 3D принтирането имате по-голяма свобода на проектиране от леенето под налягане. Можете да създавате части със сложни геометрии, вътрешни структури и органични форми, които може да са трудни или невъзможни за производство.
• Намален отпадък: При леене под налягане излишният пластмасов материал трябва да се отстрани и изхвърли, докато 3D печатът използва само материала, необходим за производството на детайла.

3D печатът е универсален и гъвкав производствен процес, който предлага уникални предимства, които не са налични при шприцоването. Въпреки това, леенето под налягане все още може да бъде по-добрият избор за специфични приложения, като големи производствени серии или части, които изискват много висока прецизност или повърхностно покритие. От съществено значение е внимателно да обмислите изискванията на вашия проект и да претеглите плюсовете и минусите на всеки метод на производство, преди да вземете решение.

Недостатъци на 3D принтирането

• Ограничени материали: 3D печатът е ограничен в обхвата на материалите, които може да използва в сравнение с леенето под налягане. Докато леенето под налягане може да използва различни материали, 3D печатът е ограничен до конкретни видове пластмаси, смоли и метали.
• Бавна скорост на производство: 3D печатът е по-бавен от шприцоването, което го прави по-малко подходящ за големи производствени серии.
• Лоша повърхностна обработкаh: Повърхностното покритие на 3D отпечатаните части може да бъде по-добро, с видими линии на слоя, които изискват последваща обработка за подобряване.
• Ограничена мащабируемост: Въпреки че 3D печатът е идеален за дребномащабно производство и създаване на прототипи, той става по-малко рентабилен с нарастването на производствените обеми, което го прави по-малко мащабируем от леенето под налягане.

Заключение

Както леенето под налягане, така и 3D печатът имат своите уникални силни и слаби страни. Когато избирате коя технология да използвате, от решаващо значение е да вземете предвид фактори като производствен мащаб, време за изпълнение, цена и сложност на детайлите.

Шприцоването е отличен избор за големи производствени серии и предлага широка гама от материали, перфектна консистенция на детайлите и прецизни допуски. От друга страна, 3D принтирането се отличава с изработването на сложни геометрии и малки производствени серии и предлага бързо създаване на прототипи и гъвкавост на дизайна.

В крайна сметка решението коя технология да използвате ще зависи от специфичните нужди на вашия проект. Като вземете предвид предимствата и ограниченията на всеки метод, можете да изберете този, който най-добре отговаря на вашите нужди и бюджет.