Pencetakan 3D lwn. Pengacuan Suntikan: Memilih Proses Pengilangan Yang Tepat

Garis Bawah

Jika anda sedang mencari versi "terlalu panjang; tidak membaca", inilah realitinya: Percetakan 3D adalah untuk bermain-main dengan idea; Pengacuan Suntikan adalah untuk melakukan kepada mereka. Pilihan biasanya bermuara kepada satu soalan: Berapa banyak yang anda perlukan? * Tetap dengan Pencetakan 3D jika anda membuat kurang daripada 500 bahagian, masih mengubah reka bentuk anda, atau memerlukan prototaip "hail mary" menjelang pagi esok. Anda membayar sifar pendahuluan untuk perkakas, tetapi anda akan membayar "cukai masa" untuk setiap unit yang anda hasilkan.

• Tarik picu pada Pengacuan Suntikan saat anda bersedia untuk melepasi 1,000 unit. Anda perlu menelan bil pendahuluan yang besar-besaran untuk acuan (fikirkan $5,000 hingga $50,000 ), tetapi kos setiap bahagian anda akan menjunam daripada dolar kepada sen.

Sejujurnya, pasukan paling bijak sebenarnya tidak memilih satu—mereka menggunakan pencetakan 3D untuk gagal dengan pantas dan murah, kemudian beralih kepada acuan untuk menang besar dalam runcit. Panduan ini menerangkan dengan tepat di mana titik "pulangan modal" itu berada dan cara mengelakkan kesilapan mahal yang biasanya membunuh projek sebelum ia dilancarkan.

Mari kita terus kepadanya. Anda mempunyai fail digital dan anda memerlukan bahagian fizikal. Kini tiba saat yang biasanya menentukan sama ada projek anda berjaya atau menjadi sakit kepala yang besar: Bagaimana anda benar-benar membuatnya?

Kebanyakan atauang berpendapat ia adalah pilihan mudah antara "sekolah baharu" (Pencetakan 3D) dan "sekolah lama" (Pengacuan Suntikan). Tetapi secara jujur? Ia jarang hitam dan putih lagi.

Perbezaan Sebenar

Lupakan buku teks sekejap. Inilah yang sebenarnya berlaku:

• Percetakan 3D adalah seperti menggunakan pistol gam berteknologi tinggi untuk menarik objek anda menjadi wujud, lapisan demi lapisan. Tiada alatan, tiada persediaan besar—hanya anda, mesin dan fail digital. Ia adalah kebebasan muktamad, sehingga anda menyedari bahawa anda memerlukan seribu daripadanya menjelang hari Jumaat.
• Pengacuan Suntikan adalah lebih ganas. Anda menghempas plastik cair ke dalam "gua" keluli potong ketepatan pada tekanan yang luar biasa. Ia mahal untuk dimulakan dan mengambil masa selama-lamanya untuk disediakan, tetapi apabila mesin itu mula berdengung, ia merupakan binatang kecekapan yang tidak dapat dihalang.

Mengapa Ini Bukan Sekadar "Ceramah Teknologi"

Saya telah melihat ramai pengasas menjadi romantis tentang percetakan 3D, hanya untuk menyedari kos seunit mereka menjadikan produk mereka mustahil untuk dijual. Sebaliknya, saya telah melihat jurutera menjatuhkan $30,000 pada acuan keluli untuk produk yang belum diuji pasaran lagi. Itulah kesilapan yang menyakitkan untuk dilakukan.

"Peraturan lama"—di mana percetakan adalah untuk mainan dan acuan adalah untuk pembuatan "sebenar"—sudah mati. Hari ini, garisan menjadi kabur. Bolehkah anda mencetak larian pengeluaran jambatan? Biasanya. Sekiranya anda membentuk prototaip? Kadang-kadang.

Matlamat

Saya tidak di sini untuk memberi anda kuliah. Saya ingin membantu anda mencari "sweet spot" itu—saat yang tepat di mana satu proses mula menjimatkan wang anda dan satu lagi mula membakarnya. Kita akan melihat pada ketajaman: masa utama, kekuatan mekanikal, dan matematik yang sejuk dan sukar bagi titik pulang modal.

Bersedia untuk melihat laluan yang benar-benar sesuai dengan projek anda? Jom gerak.

Patutkah kita melompat terus ke bahagian "Apakah Percetakan 3D" seterusnya? Saya akan menyimpannya sama tajam.

Mari lihat percetakan 3D—atau apa yang industri suka panggil "Pengilangan Tambahan." Secara jujur, nama itu memberitahu anda segala-galanya: anda bermula dengan sifar dan menambah bahan hanya di tempat yang anda perlukan.

Fikirkan ia seperti membina bata rumah demi bata, kecuali bata adalah mikroskopik dan "tukang batu" ialah laser atau muncung mengikut peta digital.

Teknologi di Dunia Nyata

Anda mungkin pernah mendengarnya FDM (yang kelihatan seperti pistol gam robot), tetapi itu hanyalah puncak gunung ais. Jika anda memerlukan sesuatu yang tidak kelihatan seperti ia dibuat di garaj, anda sedang melihatnya SLA atau DLP , yang menggunakan cahaya untuk menukar resin cecair kepada bahagian pepejal, licin seperti kaca. Kemudian ada SLS atau MJF -pemukul berat. Ini menggunakan laser untuk menggabungkan serbuk nilon menjadi bahagian yang begitu kuat anda sebenarnya boleh menggunakannya dalam enjin kereta atau pakaian penerbangan.

Yang Baik, Yang Buruk, dan Yang Jujur

Mengapa orang menyukainya? Kepantasan dan kebebasan. Jika anda mempunyai idea pada 9 PG, anda boleh mempunyai bahagian fizikal di tangan anda dengan makan malam. Tiada acuan, tiada "perkakas" dan tiada "anda tidak boleh membuat bentuk itu" daripada seorang tukang mesin yang pemarah. Jika anda memerlukan satu bahagian atau sepuluh, percetakan 3D ialah kawan baik anda.

Tetapi inilah tangkapan yang kebanyakan orang terlepas pandang: Ia perlahan. Membina bahagian lapisan demi lapisan mengambil masa—kadang-kadang berjam-jam, kadang-kadang berhari-hari. Dan mari kita bincangkan tentang kos "setiap bahagian". Walaupun bahagian pertama murah, bahagian ke-1,000 harganya sama seperti yang pertama. Tiada "diskaun pukal" daripada undang-undang fizik di sini.

Selain itu, terdapat isu "bijirin". Sama seperti kayu, bahagian bercetak mempunyai lapisan. Jika anda menarik lapisan tersebut, bahagian itu mungkin terputus. Ia semakin baik dengan resin dan logam baharu, tetapi ia masih menjadi sesuatu yang membuatkan jurutera terjaga pada waktu malam.

Adakah ia untuk anda?

Jika anda masih mengubah reka bentuk anda, atau jika anda hanya memerlukan segelintir bahagian tersuai yang kelihatan seperti berada dalam filem sci-fi, berhenti mencari. Anda telah menemui pemenang anda. Tetapi jika anda merancang untuk mengisi gudang? Nah, itu perbualan yang berbeza sama sekali.

Mahu beralih kepada Pengacuan Suntikan? Kita boleh bercakap tentang mengapa ia sangat menyakitkan untuk bermula, tetapi sangat cantik apabila ia berjalan.

Sekarang, mari bercakap tentang pemukul berat: Pengacuan Suntikan. Jika pencetakan 3D ialah pengukir yang mengukir patung dengan teliti, pengacuan suntikan ialah setem berkelajuan tinggi. Anda mengambil bongkah keluli atau aluminium, mengukir rongga "negatif" bahagian anda ke dalamnya, dan kemudian meletupkan plastik cair ke dalam lompang itu pada tekanan yang sangat tinggi. Setelah ia sejuk—yang berlaku dalam beberapa saat—acuan akan terbuka, menjatuhkan bahagian dan menetapkan semula. Bilas dan ulangi, beribu kali sehari.

"Tembok" di hadapan

Saya akan terus terang: bermula dengan pengacuan suntikan adalah kerja yang sukar. Anda bukan sahaja "tekan cetak." Anda perlu mereka bentuk acuan, yang merupakan prestasi kejuruteraan itu sendiri. Anda perlu memikirkan "sudut draf" (supaya bahagian itu tidak tersangkut) dan "lokasi pintu masuk" (tempat plastik masuk).

Kemudian ada bil. Acuan keluli yang baik boleh dengan mudah mengembalikan anda $5,000, $20,000, atau bahkan $100,000 sebelum anda menghasilkan satu bahagian yang boleh digunakan. Dan menunggu? Jangkakan untuk duduk di atas tangan anda selama 4 hingga 10 minggu semasa alat sedang dimesin dan digilap.

Kenapa Repot?

Dengan semua kerumitan itu, mengapa ada orang melakukannya? Kerana sebaik sahaja "alatan" selesai, matematik bertukar memihak kepada anda. Kami bercakap tentang kos setiap bahagian yang turun daripada dolar kepada sen.

Ia bukan hanya tentang wang, walaupun. Bahagian acuan suntikan adalah kuat. Oleh kerana plastik adalah satu jisim bertekanan berterusan dan bukannya timbunan lapisan, integriti struktur adalah bertaraf dunia. Inginkan tekstur tertentu? Kemasan "sentuhan lembut"? Warna khusus "Ferrari Red"? Pengacuan suntikan mengendalikannya dengan mudah. Daripada ABS dalam bata LEGO anda kepada PEEK gred perubatan dalam injap jantung, perpustakaan bahan pada dasarnya tidak terhingga.

Trade-off

Kelemahan terbesar—selain kosnya— ialah anda "terkunci". Jika anda mendapati kesilapan dalam reka bentuk anda selepas acuan dipotong, anda sedang melihat pemberat kertas yang sangat mahal dan banyak penjelasan yang perlu dilakukan kepada akauntan anda. Ia adalah satu proses yang memberi ganjaran kepada mereka yang telah membuat kerja rumah mereka dan bersedia untuk menjadi besar.

Patutkah kita beralih ke bahagian "Perbezaan Utama"? Di sinilah kami memecahkan matematik "Break-Even" sebenar untuk melihat yang mana satu menjimatkan belanjawan anda.

Mari kita turun ke pancing tembaga: Matriks Keputusan. Di sinilah perkara teori berakhir dan belanjawan anda bermula. Kebanyakan orang lumpuh di sini, tetapi ia benar-benar disebabkan oleh beberapa pembolehubah yang sejuk dan keras.

1. Matematik "Break-Even".

Ini yang besar. Dengan percetakan 3D, kos anda adalah rata. Sama ada anda membuat 1 bahagian atau 100, anda membayar untuk masa mesin dan bahan. Ia adalah garis lurus.

Pengacuan suntikan, bagaimanapun, bermula dengan lonjakan menegak yang besar (kos perkakas). Tetapi apabila anda menghasilkan lebih banyak, kos itu akan "dicairkan."

Peraturan Ibu Jari: * 1 hingga 500 unit: Percetakan 3D hampir selalu menjadi pemenang.

• 500 hingga 2,000 unit: Ini ialah "Zon Kelabu." Ia bergantung pada betapa kompleksnya bahagian anda.
• 2,000 unit: Berhenti berfikir dan pergi dengan Pengacuan Suntikan. Sen yang anda simpan setiap bahagian akhirnya akan membayar untuk acuan yang mahal itu dan kemudian beberapa.

2. Fleksibiliti Reka Bentuk lwn. Ketepatan

Fikirkan percetakan 3D sebagai "Reka Bentuk untuk Apa-apa." Anda mahukan struktur kekisi berongga di dalam sfera? Tiada masalah. Percetakan 3D tidak mempedulikan kerumitan.

Pengacuan suntikan adalah binatang yang berbeza. Anda perlu "Design for Manufacturing" (DFM). Awak perlukan draf sudut (tirus sedikit) supaya bahagian itu sebenarnya boleh meluncur keluar dari acuan. Anda perlu risau ketebalan dinding —jika satu bahagian reka bentuk anda terlalu tebal, ia akan "tenggelam" atau meledingkan apabila ia sejuk. Kalau awak berubah fikiran nanti? Menukar fail 3D mengambil masa lima minit; menukar acuan keluli mengambil masa lima minggu dan beberapa ribu ringgit.

3. Kekuatan dan Kemasan Permukaan

Mari kita nyata: jika anda memerlukan bahagian untuk kelihatan seperti ia keluar dari rak runcit, pengacuan suntikan ialah standard emas. Permukaannya licin, warnanya dibakar, dan bahagiannya adalah "isotropik"—bermaksud ia sama kuat dalam setiap arah.

Percetakan 3D telah berjalan jauh, tetapi kebanyakan bahagian (terutamanya FDM) masih mempunyai rupa "berlapis" yang menarik. Mereka juga "anisotropik," yang merupakan cara mewah untuk mengatakan bahawa mereka mungkin berpecah di sepanjang garis lapisan jika anda meletakkan terlalu banyak tekanan pada mereka.

4. Pemilihan Bahan

• Percetakan 3D: Anda terhad kepada apa yang boleh diubah menjadi filamen, serbuk atau resin. Ia adalah senarai yang semakin meningkat, tetapi ia masih merupakan subset.
• Pengacuan Suntikan: Jika ia plastik, anda boleh membentuknya. Inginkan nilon berisi kaca untuk haba yang tinggi? Atau TPE fleksibel yang terasa seperti getah? Anda mempunyai kunci kepada seluruh kerajaan polimer.

Bersedia untuk menyelesaikan perkara ini dengan ringkasan "Bila Menggunakan Yang Mana" dan beberapa contoh dunia sebenar?

Jadi, di manakah anda sebenarnya meletakkan wang anda? Mari kita berhenti bercakap teori dan lihat senario dunia sebenar yang biasanya mendarat di atas meja saya.

Bila Perlu Tetap dengan Pencetakan 3D

Secara jujur, jika anda masih dalam fasa "bagaimana jika", pencetakan 3D ialah kawan baik anda.

• Fasa Prototaip: Jika anda perlu merasakan bahagian di tangan anda, uji kesesuaian, atau tunjukkan model "kelihatan-seperti-kerja-kerja" kepada pelabur menjelang hari Isnin, jangan lihat acuan.
• Pembuatan Jambatan: Ini adalah langkah yang saya lihat pasukan pintar lakukan sepanjang masa. Anda telah menyiapkan reka bentuk anda dan anda telah memesan acuan suntikan anda—tetapi acuan itu tidak akan siap selama dua bulan. Anda mencetak 500 unit sekarang untuk mula menjual dan menyemai pasaran. Ia mengekalkan momentum hidup.
• Geometri "Mustahil": Kadangkala, pereka menjadi liar dengan kekisi dalaman atau bentuk organik yang tidak dapat dicapai oleh alat keluli. Jika bahagian anda kelihatan seperti sekeping batu karang, percetakan mungkin satu-satunya pilihan anda.

Bila untuk Menarik Pencetus pada Pengacuan Suntikan

Ini adalah apabila "percubaan" tamat dan "perniagaan" bermula.

• Kepastian Kelantangan Tinggi: Jika anda yakin anda akan menjual 5,000 unit, kesakitan awal acuan membayar sendiri dalam beberapa minggu. Ia adalah perbezaan antara hobi dan barisan pengeluaran.
• "Rasa Runcit": Jika produk anda akan diletakkan di atas rak di Best Buy atau IKEA, produk itu perlu berasa "sebenar". Tiada lapisan, tiada tepi kasar—hanya rasa licin, berat dan konsisten yang hanya dihasilkan oleh pengacuan tekanan tinggi.
• Piawaian Perubatan/Auto: Apabila nyawa berada di hadapan, "cukup baik" bukan pilihan. Pengacuan suntikan memberi anda akses kepada resin gred perubatan yang diperakui yang telah diuji selama beberapa dekad.

Helaian Penipu: Alat & Bahan Pantas

Jika anda membeli-belah untuk "bagaimana", berikut ialah semakan nadi pantas tentang perkara yang sebenarnya digunakan dalam industri sekarang:

Kata Akhir

Adakah satu "lebih baik" daripada yang lain? Tidak juga. Ia seperti bertanya sama ada tukul lebih baik daripada pemutar skru.

Sebenarnya, projek paling berjaya yang saya lihat tidak memilih satu pihak—mereka menggunakan kedua-duanya. Mereka prototaip dengan percetakan 3D, menggunakannya untuk membina stok "jambatan", dan kemudian beralih kepada pengacuan suntikan sebaik sahaja pasaran membuktikannya.

Sejujurnya, kesilapan terbesar bukanlah memilih teknologi "salah"; ia menunggu terlalu lama untuk membuat pilihan sama sekali. Lihat volum anda, semak akaun bank anda, dan mula membuat. Anda sentiasa boleh berputar kemudian.

Realiti Penyesuaian: Pencetakan 3D dalam Tindakan

Saya masih ingat sebuah firma teknologi perubatan kecil cuba menyelesaikan masalah tertentu: panduan pembedahan tersuai untuk operasi tulang belakang. Setiap tulang belakang pesakit adalah berbeza, jadi bahagian "standard" tidak berguna.

Jika mereka telah melalui laluan pengacuan suntikan, mereka akan mati di dalam air. Bolehkah anda bayangkan pemesinan acuan keluli $10,000 untuk bahagian yang anda hanya akan gunakan sekali? Ia tidak masuk akal. Dengan menggunakan SLA (Stereolitografi) , mereka dapat mengambil imbasan CT pesakit dan mencetak panduan biokompatibel dalam masa kurang dari 24 jam. Kos setiap bahagian adalah tinggi—mungkin $50 untuk sedikit plastik—tetapi kos "peralatan" adalah sifar. Sebenarnya, dalam niche ini, percetakan 3D bukan sekadar pilihan; itulah satu-satunya sebab perniagaan itu wujud.

Kuasa Pivot: Penskalaan dengan Pengacuan Suntikan

Sekarang, bandingkan dengan permulaan yang saya bekerja dengan yang mereka bentuk botol air boleh guna semula "pintar". Mereka bermula pada Kickstarter dan menggunakan percetakan 3D (khususnya Gabungan Pelbagai Jet ) untuk 200 unit "beta" pertama mereka. Ia bagus untuk mendapatkan maklum balas, tetapi sebaik sahaja mereka mencapai 5,000 pesanan, matematik itu berubah menjadi hodoh.

Mereka membayar hampir $12 setiap perumahan untuk mencetaknya. Dengan menggigit peluru dan melabur $25,000 dalam acuan aluminium berkualiti tinggi, mereka menurunkan kos itu kepada $0.85 seunit. Sejujurnya, $25,000 itu terasa seperti kekayaan pada masa itu, tetapi mereka memperoleh kembali wang itu pada bulan pertama penghantaran. Itulah "binatang" pengacuan suntikan-ia adalah dinding besar untuk didaki, tetapi pemandangan di sisi lain adalah sangat menguntungkan.

Apa Sebenarnya Seterusnya?

Kami bergerak ke arah dunia yang anda tidak perlu "memilih pihak" lagi. Pernahkah anda mendengar tentang Perkakas bercetak 3D ? Ia adalah jalan tengah yang menarik. Syarikat kini mencetak 3D acuan sendiri menggunakan resin suhu tinggi. Anda mendapat kelajuan pencetak tetapi sifat bahan bahagian yang dibentuk. Ia sesuai untuk larian "antara" 50 hingga 100 keping yang mana kaedah tradisional tidak sesuai.

Garis Bawah

Pada penghujung hari, pilihan anda tidak sepatutnya mengenai teknologi yang "lebih sejuk". Ia mengenai garisan penamat khusus anda.

• Adakah anda masih berulang? Cetaknya. * Adakah reka bentuk anda "beku" dan buku pesanan anda penuh? Acuan ia. Selalunya, jangan terjebak dalam "lumpuh analisis." Pengeluar yang paling berjaya yang saya kenali ialah mereka yang tidak takut menggunakan pencetak 3D untuk gagal dengan cepat, jadi mereka boleh menggunakan acuan suntikan untuk berjaya besar.

Yang manakah anda bersedia untuk mulakan hari ini?

Soalan Lazim

Adakah percetakan 3D sebenarnya "lebih murah" daripada acuan suntikan?
secara jujur? Hanya pada permulaan. Jika anda membuat satu bahagian, percetakan 3D adalah murah kerana anda tidak membayar untuk acuan $10,000. Tetapi sebaik sahaja anda mencapai volum tertentu—biasanya sekitar 500 hingga 1,000 unit—kos pencetakan "setiap bahagian" mula terjejas. Fikirkan ia seperti teksi berbanding membeli kereta: teksi itu lebih murah untuk satu perjalanan, tetapi jika anda memandu sejauh 100 batu setiap hari, anda lebih baik memiliki kenderaan itu.

Bolehkah saya menggunakan reka bentuk yang sama untuk kedua-dua proses?
Mungkin tidak. Ini adalah perangkap ramai pereka jatuh ke dalamnya. Percetakan 3D membolehkan anda melarikan diri dengan reka bentuk "malas"—anda boleh mempunyai blok tebal plastik dan sudut dalaman yang tajam. Jika anda cuba memasukkan reka bentuk yang sama ke dalam acuan suntikan, ia akan meledingkan, tenggelam atau tersekat. Jika anda merancang untuk akhirnya membentuk bahagian anda, mulakan mereka bentuk untuknya sekarang (fikirkan sudut draf dan ketebalan dinding seragam), walaupun anda hanya mencetak prototaip buat masa ini.

Proses yang manakah menghasilkan bahagian yang lebih kuat?
Pengacuan suntikan menang yang ini, turun tangan. Oleh kerana plastik disuntik sebagai satu jisim lebur berterusan di bawah tekanan, ia konsisten dari segi struktur keseluruhannya. Bahagian bercetak 3D mempunyai "lapisan", dan lapisan tersebut pada asasnya adalah garis kerosakan kecil. Jika anda menekankan bahagian bercetak dengan cara yang salah, ia akan terbelah seperti sekeping kayu.

Berapa cepat saya boleh mendapatkan bahagian saya?
Jika anda memerlukannya esok, cetaknya. Anda boleh pergi dari fail CAD ke bahagian fizikal dalam beberapa jam. Pengacuan suntikan adalah permainan menunggu. Malah acuan "cepat" mengambil masa 2 hingga 4 minggu untuk dimesin, dan itu sebelum anda memulakan pengeluaran sebenar.

Adakah percetakan 3D hanya untuk plastik?
Sebenarnya, tidak. Percetakan 3D logam (SLM/DMLS) sangat besar dalam aeroangkasa dan implan perubatan. Anda juga boleh mencetak dalam seramik atau lilin untuk tuangan pelaburan. Walau bagaimanapun, untuk kebanyakan produk pengguna, kami biasanya bercakap tentang pelbagai jenis resin dan termoplastik.

Tunggu, bagaimana pula dengan cetakan 3D acuan?
Itulah "langkah pro" sekarang. Jika anda memerlukan 50 bahagian acuan sebenar, anda boleh mencetak 3D sisipan acuan menggunakan resin suhu tinggi. Ini cara yang bagus untuk menguji bahan pengeluaran sebenar tanpa membelanjakan banyak wang untuk alat keluli. Jangan harapkan acuan bercetak itu bertahan selama 10,000 tangkapan—mungkin akan berputus asa selepas 50.