3D-печать против. Литье под давлением

Литье под давлением и 3D-печать — два производственных процесса, широко используемые сегодня. Хотя обе технологии позволяют производить высококачественные детали, они различаются во многих аспектах, включая стоимость, скорость и масштабы производства, метод производства, а также типы материалов и геометрию деталей, которые могут быть изготовлены.

Изучите важнейшие различия между литьем под давлением и 3D-печатью и найдите информацию о том, когда использовать каждую технологию в зависимости от требований конкретного применения.

Что такое литье под давлением?

Литье под давлением — это технология производства, которая включает впрыскивание расплавленного материала, обычно пластика, в форму для изготовления детали. Производственный процесс начинается с создания формы, предназначенной для получения желаемой формы конечной детали.

После изготовления формы материал нагревается до жидкого состояния и впрыскивается в полость формы под высоким давлением. Затем материал охлаждается и затвердевает, принимая форму формы.

Литье под давлением широко используется при производстве широкого спектра продукции: от игрушек до медицинских приборов и автомобильных компонентов. Процесс высокоавтоматизирован и позволяет производить пластиковые детали относительно дешево. Литье под давлением позволяет производить точные и сложные детали с превосходным качеством поверхности и консистенцией.

Материалы, используемые при литье под давлением, включают широкий спектр термопластов, таких как полиэтилен, полистирол и полипропилен. Кроме того, в процессе литья под давлением можно использовать термореактивные пластмассы, такие как эпоксидные и фенольные смолы.

Что такое 3D-печать?

3D-печать, также известная как аддитивное производство, создает трехмерные объекты путем добавления последовательных слоев материала, обычно пластика или металла, на основе цифровой модели. Процесс начинается с создания цифрового дизайна или модели объекта для печати с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР). Затем дизайн преобразуется в формат, который может прочитать 3D-принтер, например, в файл стереолитографии (STL).

Когда дизайн готов, 3D-принтер наносит тонкие слои материала один поверх другого, пока объект не будет полностью сформирован. Материал, используемый в 3D-печати, может быть в форме нити, порошка или жидкости. Наиболее распространенными материалами, используемыми в 3D-печати, являются пластики, такие как полимолочная кислота (PLA) и акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), но также можно использовать металлы, керамику и даже пищевые материалы.

В чем разница между литьем под давлением и 3D-печатью?

Понимание различий между литьем под давлением и 3D-печатью необходимо всем, кто интересуется производством продукции. Оба процесса имеют свои сильные и слабые стороны, и решение о том, какой из них использовать, в первую очередь зависит от типа продукта и объема производства. Вот существенные различия:

1. Дизайн детали

Что касается дизайна деталей, литье под давлением и 3D-печать имеют некоторые существенные различия. Литье под давлением требует создания формы, предназначенной для получения желаемой формы конечной детали. Это означает, что конструкция детали должна быть окончательно согласована до того, как можно будет изготовить литьевые формы.

Любые изменения на этапе проектирования потребуют создания новых литьевых форм, что может занять много времени и денег. С другой стороны, 3D-печать обеспечивает большую гибкость при проектировании деталей. С помощью 3D-печати дизайнеры могут изменить цифровую модель и быстро и легко напечатать новую версию детали.

Это делает аддитивное производство идеальным выбором для процессов прототипирования и итеративного проектирования. Кроме того, литье под давлением позволяет производить детали с высокой степенью точности и постоянства. Тем не менее, конструкция должна быть относительно простой из-за ограничений процесса формования.

Однако с помощью 3D-печати дизайнеры могут создавать очень сложные и детализированные детали, которые было бы трудно или невозможно изготовить с помощью литья под давлением. В целом, различия в конструкции деталей между литьем под давлением и 3D-печатью означают, что каждый процесс лучше всего подходит для разных применений.

Литье под давлением лучше подходит для крупносерийного производства простых деталей, а 3D-печать идеально подходит для мелкосерийного производства сложных конструкций и деталей, изготавливаемых по индивидуальному заказу. Понимание различий в конструкции деталей может помочь производителям выбрать лучший процесс для своих конкретных потребностей, гарантируя наилучший возможный результат для своего проекта.

2. Процесс

Эти два метода производства существенно различаются по фундаментальному подходу к производству, необходимому оборудованию и производственной среде, а также по вопросу о том, следует ли владеть производственным процессом или передать его на аутсорсинг.

Фундаментальные различия

Хотя в аддитивном и традиционном производстве может использоваться одинаковое сырье, процессы принципиально различаются. Эти два метода имеют некоторые принципиально разные характеристики, которые их отличают.

Например, 3D-печать — это процесс, не требующий инструментов и не требующий специальных инструментов для создания конечного продукта. Вместо этого принтер строит детали медленно, слой за слоем, следуя компьютерному проекту. Это обеспечивает большую гибкость в дизайне и почти полную геометрическую свободу для создания сложных форм и элементов.

Однако для выступающих секций могут потребоваться опорные конструкции, чтобы предотвратить провисание во время печати. Напротив, традиционное производство требует использования инструментов для литья под давлением для формирования конечного продукта. Форма создается заранее, а затем используется для придания расплавленному пластику желаемой формы.

Этот процесс быстрый и эффективный, позволяющий производить большие объемы деталей за короткий промежуток времени. Однако это также означает, что литье под давлением более ограничено в отношении гибкости конструкции. Кроме того, 3D-печать включает в себя печатающую головку, которая движется по трем осям, руководствуясь инструкциями компьютера, чтобы точно наносить материал по определенным координатам. Напротив, сопло 3D-литьевой машины остается неподвижным, в то время как форма движется для создания детали.

Это означает, что аддитивное производство более подвержено ошибкам, чем литье под давлением. 3D-печать подобна строительству дома по кирпичикам, потенциально создавая несколько комнат и элементов. Напротив, литье пластмассы похоже на заполнение лотка для кубиков льда с ограниченной гибкостью, но с молниеносными сроками производства.

Машиностроение и производственная среда

Традиционное производство использует тяжелое оборудование, которым могут управлять только обученные специалисты в заводских или промышленных условиях. Они требуют значительного пространства: площадь некоторых машин составляет несколько квадратных метров. Также необходимо место для хранения форм и готовых деталей пресс-форм.

С другой стороны, оборудование, используемое в 3D-печати, сильно различается в зависимости от типа принтера. Некоторые промышленные 3D-принтеры, например, использующие прямое лазерное спекание металла (DMLS), могут быть такими же большими и сложными, как машины для литья под давлением. Эти принтеры часто требуют значительного пространства и энергопотребления, а также имеют вредные выбросы, поэтому их использование обычно ограничивается промышленными установками.

Однако многие 3D-принтеры FDM (моделирование плавлением) имеют более компактные размеры и могут использоваться в непромышленных средах, таких как офисы или жилые здания. Эти принтеры часто классифицируются как промышленные, профессиональные или настольные, в зависимости от их размера, качества и места их использования.

Настольные 3D-принтеры самые маленькие и могут использоваться в повседневных условиях, например, в классах или дома. Напротив, промышленные принтеры крупнее, мощнее и используются для массового производства на заводах и в промышленных условиях. Различия в требованиях к производству и оборудованию между этими двумя методами производства существенно влияют на производственные процессы.

Литье под давлением требует значительных первоначальных инвестиций в оборудование, инструменты для литья под давлением и производственные площади, что делает его наиболее подходящим для крупносерийного производства. С другой стороны, 3D-печать может осуществляться с помощью меньшего и более доступного оборудования и позволяет производить детали по требованию с гораздо большей гибкостью в проектировании и объеме производства.

Собственность против аутсорсинга

Литье под давлением требует значительных инвестиций в оборудование, оборудование для изготовления форм и необходимую инфраструктуру для поддержки этих процессов. В результате передача процесса литья под давлением специализированному производителю часто оказывается более рентабельной.

Напротив, машины для 3D-печати часто более доступны по цене, что позволяет малому бизнесу и частным лицам владеть оборудованием и производить детали самостоятельно. Это может быть особенно полезно для мелкосерийного производства или изготовления деталей, изготовленных по индивидуальному заказу.

3. Материал

И 3D-печать, и литье под давлением в значительной степени зависят от пластиковых полимеров, хотя между технологиями производства существуют некоторые важные различия. Что касается формы, то в 3D-печати используется нить — по сути, длинные нити пластика, намотанные на катушку. С другой стороны, при литье под давлением используются пластиковые гранулы, которые представляют собой небольшие твердые куски сырья. Интересно, что нить, используемая в 3D-печати, часто создается путем плавления и экструзии гранул, которые затем наматываются на катушки.

Кроме того, большинство машин для литья под давлением могут производить расплавленный пластик с высокими температурами плавления. Однако горячий конец типичного 3D-принтера может не иметь достаточной мощности для работы с высокотемпературными материалами. 3D-принтеры обычно достигают лучших результатов при использовании низкотемпературных материалов, таких как полимолочная кислота (PLA), хотя эти детали имеют худшие механические свойства. Высокопроизводительные 3D-принтеры имеют высокотемпературные горячие концы и закрытые камеры печати и позволяют легче печатать высокотемпературные материалы.

Некоторые из наиболее распространенных нитей для 3D-печати — это акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), PLA, полиэтилентерефталатгликоль (PETG) и термопластичный полиуретан (TPU). В то же время эксплуатационные материалы (которые можно печатать только на принтерах промышленного класса) включают полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэфиркетонкетон (PEKK).

АБС-пластик, поликарбонат (ПК), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и нейлон являются наиболее распространенными материалами для литья под давлением. Также возможно создавать гибридные материалы, поскольку различные типы гранул можно легко смешивать, в том числе из непластмассовых материалов.

4. Постобработка

Что касается постобработки, существуют явные различия между 3D-печатью и литьем под давлением. Одной из самых больших проблем 3D-печати FDM является плохое качество поверхности, которое часто возникает. В результате этого процесса на поверхности напечатанных деталей остаются видимые линии слоев, которые могут ухудшить их внешний вид и ощущение.

Чтобы преодолеть эту проблему, детали, напечатанные на 3D-принтере, часто требуют обширной последующей обработки для достижения более гладкой поверхности. Методы отделки поверхности, такие как шлифовка, полировка или абразивно-струйная очистка, могут создать более безупречный вид. Однако эти методы увеличивают время и стоимость производственного процесса. Кроме того, возможно, потребуется удалить опорные конструкции вручную или химическим путем.

Напротив, традиционное производство обычно обеспечивает более качественную поверхность без необходимости последующей обработки. Металлическая форма, используемая в процессе литья под давлением, обычно имеет текстуру, которая переносится на каждую отливку, что экономит время и снижает необходимость дополнительных этапов отделки. Однако для некоторых молдингов может потребоваться удаление обшивки или излишков пластика вручную после завершения процесса формования.

5. Стоимость, скорость и масштаб

3D-печать идеально подходит для производства небольших партий и единичных деталей с низкими первоначальными затратами и короткими сроками выполнения заказа. Этот процесс не требует инструментов, поэтому первую деталь можно изготовить за несколько часов. Это делает его идеальным выбором для прототипов и мелкосерийного производства. Однако 3D-печать не имеет эффекта масштаба. По мере увеличения объемов стоимость детали остается неизменной, что делает ее менее рентабельной.

С другой стороны, для литья под давлением требуется металлическая оснастка, производство которой занимает несколько недель и может стоить несколько тысяч долларов. Все точные детали могут быть изготовлены после того, как форма готова, но как только инструменты настроены, детали можно производить с небольшими дополнительными затратами за считанные секунды. Литье под давлением лучше всего подходит для крупных производственных циклов, где важна экономия на масштабе.

Для партий, превышающих 10 000 единиц, литье под давлением имеет большую ценность и значительно более высокую ценность за пределами 100 000 единиц. Чтобы определить, подходит ли деталь для 3D-печати или литья под давлением, необходимо найти точку безубыточности для пресс-формы. Общее эмпирическое правило заключается в том, что 3D-печать дешевле для партий до 10 000 штук, а литье под давлением более рентабельно, если партия превышает это число.

Однако у этих двух процессов есть свои преимущества, и существуют способы снизить затраты и время производственного процесса. Например, обработка инструментов с ЧПУ из недорогого алюминия вместо стали может снизить затраты на инструменты.

Кроме того, становится все более доступной 3D-печать деталей в больших объемах с использованием готовых к производству 3D-принтеров с большими объемами сборки. Более того, некоторые принтеры с большими объемами печати могут печатать несколько деталей одновременно, что повышает производительность и сокращает время производства.

6. Приложения

3D-печать превосходно подходит для создания индивидуальных деталей для отдельных пользователей, запасных частей для устаревших систем, протезов, игрушек и корпусов электронных устройств. Кроме того, он отлично подходит для создания прототипов и демонстрационных моделей в таких областях, как здравоохранение и архитектура.

С другой стороны, традиционное производство идеально подходит для массового производства продукции в таких областях, как продукты питания, потребительские товары и автомобилестроение. Он идеально подходит для создания контейнеров и коробок, упаковки для пищевых продуктов, компонентов автомобильной приборной панели, а также нестандартных приспособлений и приспособлений. Более того, литье под давлением — это основной процесс изготовления прототипов отлитых деталей. Каждая технология имеет свою нишу в производственном мире, и выбор между ними зависит от области применения и объема производства.

Когда следует использовать каждый процесс?

Литье под давлением лучше всего подходит для производства крупных деталей, обычно более 10 000 штук. Первоначальные затраты могут быть высокими из-за необходимости в инструментах, но как только форма будет создана, она сможет производить детали по мизерной цене за единицу. Это делает литье под давлением отличным выбором для массового производства в пищевой, потребительской и автомобильной промышленности. Если вам нужно изготовить много одинаковых деталей, скорее всего, вам подойдет литье под давлением.

С другой стороны, 3D-печать идеально подходит для мелкосерийного производства и быстрого прототипирования. Этот процесс отлично подходит для быстрого создания небольших партий нестандартных или уникальных деталей с небольшими первоначальными затратами. Кроме того, он идеально подходит для создания изделий сложной геометрии, которые было бы сложно или невозможно изготовить методом литья под давлением. Это отличный выбор для таких отраслей, как здравоохранение и архитектура, где часто требуются модели дисплеев и специальные медицинские устройства.

Какой из них выбрать?

При выборе между 3D-печатью и литьем под давлением необходимо учитывать несколько факторов. Обе технологии имеют свои уникальные преимущества и недостатки, и выбор подходящей для вашего конкретного применения требует тщательного рассмотрения.

Преимущества литья под давлением

Литье под давлением — это производственный процесс, который имеет ряд преимуществ по сравнению с 3D-печатью. Вот некоторые из важнейших преимуществ литья под давлением:

• Крупносерийное производство: Литье под давлением идеально подходит для быстрого и эффективного производства большого количества деталей. После создания формы детали можно производить быстро и дешево за единицу.
• Последовательность и повторяемость: Литье под давлением обеспечивает высокую точность и стабильность, что делает его идеальным для производства сложных деталей с жесткими допусками. Этот процесс позволяет создавать идентичные детали с высокой точностью и аккуратностью, снижая вероятность дефектов или несоответствий.
• Широкий выбор материалов: Для литья под давлением можно использовать различные материалы, включая пластмассы, металлы и керамику. Такая универсальность делает его пригодным для широкого спектра применений и отраслей.
• Высококачественные детали: Литье под давлением обеспечивает превосходное качество поверхности и точность размеров. Этот процесс позволяет изготавливать детали со сложными деталями и сложной геометрией, производя высококачественные детали, соответствующие самым строгим требованиям.
• Низкая стоимость за единицу: Хотя литье под давлением требует первоначальных инвестиций в оснастку, стоимость единицы продукции снижается по мере увеличения объема производимых деталей. Это делает литье под давлением более дешевым выбором для крупносерийного производства.

Литье под давлением — отличный выбор для крупносерийного производства, где требуется широкий спектр материалов и деталей со сложной геометрией и жесткими допусками.

Недостатки литья под давлением

• Высокие первоначальные затратыt: Литье под давлением требует создания формы, изготовление которой может быть дорогостоящим и трудоемким. Это означает, что это может быть нерентабельно для небольших производственных партий.
• Ограниченная гибкость дизайна: Конструкция пресс-формы может ограничивать формы и геометрические формы, которые могут быть изготовлены. Изменения в пресс-форме могут оказаться дорогостоящими и отнимающими много времени.
• Материальные отходы: При литье под давлением может образовываться значительное количество отходов, особенно во время установки и тестирования формы.
• Сроки изготовления: Процесс создания пресс-формы может занять несколько недель, что может задержать производство деталей.
• Воздействие на окружающую среду: Производство литья под давлением часто предполагает использование большого количества энергии и ресурсов, что может оказать негативное воздействие на окружающую среду.

Преимущества 3D-печати

При выборе между литьем под давлением и 3D-печатью необходимо учитывать множество факторов. Вот некоторые преимущества 3D-печати, о которых вы можете помнить:

• Быстрое прототипирование: Одним из наиболее значительных преимуществ 3D-печати является возможность быстрого прототипирования деталей. С помощью 3D-печати вы можете быстро изготовить физическую деталь на основе цифровой модели, что позволит вам тестировать и совершенствовать свои конструкции гораздо быстрее, чем традиционные методы производства. Это может быть особенно полезно при разработке продукта, когда время имеет решающее значение.
• Кастомизация: 3D-печать также позволяет настраивать детали и создавать уникальные конструкции, которые невозможно реализовать при литье под давлением. Это может быть особенно полезно в медицинской и стоматологической сферах, где часто требуются индивидуально подобранные протезы и имплантаты.
• Бюджетный Оснастка: В отличие от литья под давлением, 3D-печать не требует дорогостоящих инструментов для создания деталей. Это означает, что вы можете производить небольшое количество деталей с меньшими затратами и без первоначальных инвестиций, необходимых для оснастки.
• Свобода дизайна: 3D-печать дает вам большую свободу дизайна, чем литье под давлением. Вы можете создавать детали со сложной геометрией, внутренней структурой и органическими формами, которые может быть сложно или невозможно изготовить.
• Сокращение отходов: при литье под давлением излишки пластика необходимо удалить и выбросить, тогда как при 3D-печати используется только тот материал, который необходим для изготовления детали.

3D-печать — это универсальный и гибкий производственный процесс, который предлагает уникальные преимущества, недоступные при литье под давлением. Тем не менее, литье под давлением по-прежнему может быть лучшим выбором для конкретных применений, таких как крупносерийное производство или детали, требующие очень высокой точности или чистоты поверхности. Прежде чем принять решение, важно тщательно рассмотреть требования вашего проекта и взвесить плюсы и минусы каждого метода производства.

Недостатки 3D-печати

• Ограниченные материалы: 3D-печать ограничена в диапазоне материалов, которые она может использовать, по сравнению с литьем под давлением. В то время как при литье под давлением могут использоваться различные материалы, 3D-печать ограничена определенными типами пластмасс, смол и металлов.
• Медленная скорость производства: 3D-печать медленнее, чем литье под давлением, что делает ее менее подходящей для крупносерийного производства.
• Плохая отделка поверхностиh: Качество поверхности 3D-печатных деталей могло бы быть лучше, с видимыми линиями слоев, для улучшения которых требуется постобработка.
• Ограниченная масштабируемость: Хотя 3D-печать идеально подходит для мелкосерийного производства и прототипирования, она становится менее рентабельной по мере увеличения объемов производства, что делает ее менее масштабируемой, чем литье под давлением.

Заключение

И литье под давлением, и 3D-печать имеют свои уникальные сильные и слабые стороны. При выборе используемой технологии крайне важно учитывать такие факторы, как масштаб производства, время выполнения заказа, стоимость и сложность детали.

Литье под давлением — отличный выбор для крупносерийного производства, поскольку оно предлагает широкий спектр материалов, идеальную консистенцию деталей и точные допуски. С другой стороны, 3D-печать превосходно подходит для производства изделий сложной геометрии и небольших объемов производства, а также обеспечивает быстрое прототипирование и гибкость дизайна.

В конечном итоге решение о том, какую технологию использовать, будет зависеть от конкретных потребностей вашего проекта. Рассмотрев преимущества и ограничения каждого метода, вы можете выбрать тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям и бюджету.