3D-print vs. sprøjtestøbning: Valg af den rigtige fremstillingsproces

Bundlinjen

Hvis du leder efter den "feller lange; ikke læste" version, her er virkeligheden: 3D-print er til at flirte med ideer; Sprøjtestøbning er feller at fellerpligte sig til dem. Valget koger normalt ned til et enkelt spørgsmål: Hvor mange har du brug for? * Hold dig til 3D-print hvis du laver færre end 500 dele, stadig justerer dit design eller har brug for en "hail mary"-prototype i morgen tidlig. Du betaler nul på forhånd for værktøj, men du betaler en "tidsskat" for hver enkelt enhed, du producerer.

• Tryk på aftrækkeren på sprøjtestøbning det øjeblik, du er klar til at skalere forbi 1.000 enheder. Du bliver nødt til at sluge en massiv forudgående regning for formen (tænk $5.000 til $50.000), men dine omkostninger pr. del vil falde fra dollars til øre.

For at være ærlig, så vælger de smarteste teams faktisk ikke en - de bruger 3D-print til at fejle hurtigt og billigt, og skifter derefter til støbning for at vinde stort i detailhandlen. Denne vejledning nedbryder præcis, hvor det "break-even" punkt bor, og hvordan man undgår de dyre fejl, der normalt dræber et projekt, før det overhovedet lanceres.

Lad os gå direkte til det. Du har en digital fil, og du skal bruge en fysisk del. Nu kommer det øjeblik, der normalt afgør, om dit projekt lykkes eller bliver en massiv hovedpine: Hvordan laver man det egentlig?

De fleste tror, ​​det er et simpelt valg mellem den "nye skole" (3D-print) og den "gamle skole" (sprøjtestøbning). Men helt ærligt? Det er sjældent så sort/hvidt længere.

Den virkelige forskel

Glem lærebøgerne et øjeblik. Her er hvad der rent faktisk sker:

• 3D print er som at bruge en højteknologisk limpistol til at tegne dit objekt til eksistens, lag for lag. Ingen værktøjer, ingen stor opsætning – kun dig, en maskine og en digital fil. Det er ultimativ frihed, indtil du indser, at du har brug for tusindvis af dem inden fredag.
• Sprøjtestøbning er mere voldelig. Du smækker smeltet plastik ind i en "hule" af præcisionsskåret stål med et utroligt tryk. Det er dyrt at starte og tager evigheder at sætte op, men når først maskinen begynder at summe, er den et ustoppeligt dyr af effektivitet.

Hvorfor dette ikke bare er "Tech Talk"

Jeg har set mange grundlæggere blive romantiske omkring 3D-print, kun for at indse, at deres pris pr. enhed gør deres produkt umuligt at sælge. På bagsiden har jeg set ingeniører tabe $30.000 på en stålform for et produkt, der ikke engang er blevet markedstestet endnu. Det er en smertefuld fejl at begå.

De "gamle regler" - hvor tryk var for legetøj og støbning var for "rigtig" fremstilling - er døde. I dag er linjerne slørede. Kan du printe en broproduktion? Som regel. Skal du forme en prototype? Undertiden.

Målet

Jeg er her ikke for at holde dig et foredrag. Jeg vil gerne hjælpe dig med at finde det "sweet spot" - det nøjagtige øjeblik, hvor en proces begynder at spare dig for penge, og den anden begynder at brænde den. Vi kommer til at se på sandkornet: Gennemløbstiderne, den mekaniske styrke og den kolde, hårde matematik af break-even-punktet.

Klar til at se, hvilken vej der rent faktisk passer til dit projekt? Lad os flytte.

Skal vi springe direkte ind i afsnittet "Hvad er 3D-udskrivning" næste gang? Jeg vil holde det lige så skarpt.

Lad os se på 3D-print - eller hvad industrien ynder at kalde "Additive Manufacturing". Helt ærligt, navnet fortæller dig alt: du starter med nul og tilføjer kun materiale, hvor du har brug for det.

Tænk på det som at bygge et hus mursten for mursten, bortset fra at murstenene er mikroskopiske, og "mureren" er en laser eller en dyse, der følger et digitalt kort.

Teknikken i den virkelige verden

Du har sikkert hørt om FDM (den, der ligner en robotlimpistol), men det er kun toppen af isbjerget. Hvis du har brug for noget, der ikke ser ud som om det blev lavet i en garage, kigger du på SLA or DLP , som bruger lys til at omdanne flydende harpiks til faste dele, der er glatte som glas. Så er der SLS or MJF - de tunge slagere. Disse bruger lasere til at smelte nylonpulver til dele så stærke, at du faktisk kan bruge dem i en bilmotor eller en flyverdragt.

Den gode, den dårlige og den ærlige

Hvorfor elsker folk det? Hastighed og frihed. Hvis du har en idé kl. 9, kan du have en fysisk del i hånden ved middagen. Ingen forme, ingen "værktøj" og nej "den form kan du ikke lave" fra en gnaven maskinmester. Hvis du har brug for en del eller ti, er 3D-print din bedste ven.

Men her er den fangst, som de fleste skygger for: Det er langsomt. At bygge en del lag for lag tager tid - nogle gange timer, nogle gange dage. Og lad os tale om omkostningerne "per del". Mens den første del er billig, koster den 1.000. del nøjagtig det samme som den første. Der er ingen "masserabat" fra fysikkens love her.

Plus, der er "korn"-problemet. Ligesom træ har trykte dele lag. Hvis du trækker mod disse lag, kan delen knække. Det bliver bedre med nye harpikser og metaller, men det er stadig noget, der holder ingeniører oppe om natten.

Er det til dig?

Hvis du stadig finjusterer dit design, eller hvis du kun har brug for en håndfuld brugerdefinerede dele, der ser ud som om de hører hjemme i en sci-fi-film, så lad være med at kigge. Du har fundet din vinder. Men hvis du planlægger at fylde et lager? Nå, det er en helt anden samtale.

Vil du videre til sprøjtestøbning? Vi kan tale om, hvorfor det er så hovedpine at starte, men så smukt, når det først kører.

Lad os nu tale om heavy hitter: Sprøjtestøbning. Hvis 3D-print er en billedhugger, der omhyggeligt udskærer en statue, er sprøjtestøbning et højhastighedsstempel. Du tager en blok af stål eller aluminium, skærer et "negativt" hulrum af din del ind i det og sprænger derefter smeltet plastik ind i det tomrum ved skræmmende højt tryk. Når den er afkølet - hvilket sker på få sekunder - åbnes formen, taber delen og nulstilles. Skyl og gentag tusindvis af gange om dagen.

Den forreste "væg"

Jeg vil være ligefrem: Det er en skamplet at komme i gang med sprøjtestøbning. Du trykker ikke bare på print. Man skal designe formen, hvilket er en ingeniørmæssig bedrift i sig selv. Du skal tænke på "trækvinkler" (så delen ikke sætter sig fast) og "portplaceringer" (hvor plastikken kommer ind).

Så er der regningen. En anstændig stålform kan nemt sætte dig tilbage $5.000, $20.000 eller endda $100.000, før du har produceret en enkelt brugbar del. Og ventetiden? Forvent at sidde på dine hænder i 4 til 10 uger, mens værktøjet bliver bearbejdet og poleret.

Hvorfor gider?

Med alt det besvær, hvorfor gør nogen det? For når først "værktøjet" er færdigt, vender regnestykket til din fordel. Vi taler om en omkostning pr. del, der falder fra dollars til øre.

Det handler dog ikke kun om pengene. Sprøjtestøbte dele er stærk. Da plasten er én kontinuerlig, tryksat masse snarere end en stak af lag, er den strukturelle integritet i verdensklasse. Vil du have en bestemt tekstur? En "soft-touch" finish? En bestemt nuance af "Ferrari Red"? Sprøjtestøbning klarer det ubesværet. Fra ABS i dine LEGO klodser til den medicinske kvalitet PEEK i en hjerteklap er materialebiblioteket dybest set uendeligt.

Afvejningen

Den største ulempe - udover omkostningerne - er, at du er "låst inde." Hvis du finder en fejl i dit design, efter at formen er skåret, ser du på en meget dyr papirvægt og en masse forklaringer, du skal gøre for din revisor. Det er en proces, der belønner dem, der har lavet deres lektier og er klar til at gå stort.

Skal vi flytte til afsnittet "Nøgleforskelle"? Det er her, vi opdeler den faktiske "Break-Even" matematik for at se, hvilken der sparer dit budget.

Lad os komme ned til messingstikkene: Beslutningsmatrixen. Det er her, de teoretiske ting slutter, og dit budget begynder. De fleste mennesker bliver lammet her, men det kommer virkelig ned til et par kolde, hårde variabler.

1. "Break-Even" matematik

Dette er den store. Med 3D-print er dine omkostninger flad. Uanset om du laver 1 del eller 100, betaler du for maskintiden og materialet. Det er en lige linje.

Sprøjtestøbning starter dog med en massiv lodret spids (værktøjsomkostningerne). Men efterhånden som du producerer mere, bliver den pris "fortyndet".

Tommelfingerreglen: * 1 til 500 enheder: 3D-print er næsten altid vinderen.

• 500 til 2.000 enheder: Dette er "gråzonen". Det afhænger af, hvor kompleks din del er.
• 2.000 enheder: Stop med at tænke og gå med sprøjtestøbning. De øre, du sparer pr. del, vil i sidste ende betale for den dyre skimmelsvamp og lidt til.

2. Designfleksibilitet vs. præcision

Tænk på 3D-print som "Design til hvad som helst". Vil du have en hul gitterstruktur inde i en kugle? Intet problem. 3D-print er ligeglad med kompleksitet.

Sprøjtestøbning er et andet udyr. Du skal "Design for Manufacturing" (DFM). Du har brug for trækvinkler (let tilspidsning), så delen faktisk kan glide ud af formen. Du skal bekymre dig om vægtykkelse -hvis en del af dit design er for tykt, vil det "synke" eller blive skævt, når det afkøles. Hvis du ændrer mening senere? Det tager fem minutter at ændre en 3D-fil; at skifte en stålform tager fem uger og et par tusinde dollars.

3. Styrke og overfladefinish

Lad os være rigtige: Hvis du har brug for en del, der ser ud som om den kom fra en detailhylde, er sprøjtestøbning guldstandarden. Overfladen er glat, farven er bagt ind, og delen er "isotropisk" - hvilket betyder, at den er lige stærk i alle retninger.

3D-print er nået langt, men de fleste dele (især FDM) har stadig det afslørende "lagdelte" look. De er også "anisotrope", hvilket er en smart måde at sige, at de kan dele sig langs laglinierne, hvis du lægger for meget stress på dem.

4. Materialevalg

• 3D print: Du er begrænset til, hvad der kan omdannes til en filament, pulver eller harpiks. Det er en voksende liste, men det er stadig en undergruppe.
• Sprøjtestøbning: Hvis det er plastik, kan du støbe det. Vil du have glasfyldt nylon til høj varme? Eller fleksibel TPE, der føles som gummi? Du har nøglerne til hele polymerriget.

Er du klar til at afslutte dette med resuméet "Hvornår skal du bruge hvilket" og nogle eksempler fra den virkelige verden?

Så hvor lægger du egentlig dine penge? Lad os stoppe med at tale teori og se på de scenarier i den virkelige verden, der normalt lander på mit skrivebord.

Hvornår skal man holde sig til 3D-print

Helt ærligt, hvis du stadig er i "hvad nu hvis"-fasen, er 3D-print din bedste ven.

• Prototypefasen: Hvis du har brug for at mærke delen i hånden, teste pasformen eller vise en "ligner-som-værk-lignende" model til en investor inden mandag, så lad være med at se på en form.
• Broproduktion: Dette er et skridt, jeg ser smarte teams gøre hele tiden. Du er færdig med dit design, og du har bestilt din sprøjtestøbeform – men den form vil ikke være klar før om to måneder. Du udskriver 500 enheder nu for at begynde at sælge og se markedet. Det holder fremdriften i live.
• De "umulige" geometrier: Nogle gange går en designer vild med interne gitter eller organiske former, som et stålværktøj simpelthen ikke kan nå. Hvis din del ligner et stykke koral, kan udskrivning være dit eneste valg.

Hvornår skal du trykke på aftrækkeren på sprøjtestøbning

Dette er til, når "eksperimentet" er slut, og "forretningen" begynder.

• Højvolumensikkerhed: Hvis du er overbevist om, at du vil sælge 5.000 enheder, betaler den forudgående smerte af skimmelsvampen sig selv på uger. Det er forskellen mellem en hobby og en produktionslinje.
• "Detailfornemmelsen": Hvis dit produkt skal stå på en hylde hos Best Buy eller IKEA, skal det føles "ægte". Ingen lag, ingen ru kanter - kun den glatte, tunge, konsistente følelse, som kun højtryksstøbning giver.
• De medicinske/auto-standarder: Når liv står på spil, er "godt nok" ikke en mulighed. Sprøjtestøbning giver dig adgang til certificerede harpikser af medicinsk kvalitet, der er blevet testet i årtier.

Snydearket: Hurtige værktøjer og materialer

Hvis du er på udkig efter "hvordan", er her et hurtigt pulstjek på, hvad der rent faktisk bliver brugt i branchen lige nu:

Det sidste ord

Er det ene "bedre" end det andet? Ikke rigtig. Det er som at spørge, om en hammer er bedre end en skruetrækker.

Faktisk vælger de mest succesrige projekter, jeg ser, ikke den ene side – de bruger begge. De prototyper med 3D-print, bruger det til at bygge "bro"-materiale og går derefter over til sprøjtestøbning, når markedet viser, at de har ret.

For at være ærlig er den største fejl ikke at vælge den "forkerte" teknologi; det venter for længe med overhovedet at træffe et valg. Kig på din mængde, tjek din bankkonto, og begynd bare at lave. Du kan altid pivotere senere.

Tilpasningens virkelighed: 3D-print i aktion

Jeg husker et lille medicinsk teknologifirma, der forsøgte at løse et specifikt problem: tilpassede kirurgiske guider til rygmarvsoperationer. Hver patients rygsøjle er forskellig, så en "standard" del var ubrugelig.

Hvis de var gået sprøjtestøbningsvejen, ville de have været døde i vandet. Kan du forestille dig at bearbejde en stålform til $ 10.000 til en del, du kun skal bruge én gang? Det er absurd. Ved at bruge SLA (stereolitografi) , var de i stand til at tage en patients CT-scanning og printe en biokompatibel guide på under 24 timer. Omkostningerne pr. del var høje - måske $ 50 for en smule plastik - men prisen på "værktøj" var nul. Faktisk er 3D-print i denne niche ikke kun et valg; det er den eneste grund til, at virksomheden eksisterer.

The Power of the Pivot: Skalering med sprøjtestøbning

Sammenlign nu det med en startup, jeg arbejdede med, og som designede en "smart" genanvendelig vandflaske. De startede på Kickstarter og brugte 3D-print (specifikt Multi Jet Fusion ) for deres første 200 "beta"-enheder. Det var fantastisk at få feedback, men så snart de ramte 5.000 ordrer, blev regnestykket grimt.

De betalte næsten $12 pr. bolig for at udskrive dem. Ved at bide sig fast og investere $25.000 i en aluminiumsform af høj kvalitet, faldt de prisen til $0,85 pr. enhed. For at være ærlig, føltes de 25.000 dollars som en formue på det tidspunkt, men de tjente pengene tilbage i den første måneds levering. Det er sprøjtestøbningens "dyr" - det er en massiv væg at forcere, men udsigten på den anden side er utrolig rentabel.

Hvad er det næste?

Vi bevæger os mod en verden, hvor du ikke rigtig behøver at "vælge en side" længere. Har du hørt om 3D-printet værktøj ? Det er en fascinerende mellemvej. Virksomheder 3D-printer nu støber sig selv ved brug af højtemperaturharpikser. Du får en printers hastighed, men materialeegenskaberne for en støbt del. Den er perfekt til de "imellem" oplag på 50 til 100 stykker, hvor ingen af ​​de traditionelle metoder helt passer.

Bundlinjen

I slutningen af dagen bør dit valg ikke handle om, hvilken teknologi der er "sejer". Det handler om din specifikke mållinje.

• Gentager du stadig? Udskriv det. * Er dit design "frosset" og din ordrebog fuld? Form den. For det meste skal du bare ikke sidde fast i "analyselammelse." De mest succesrige producenter, jeg kender, er dem, der ikke er bange for at bruge en 3D-printer til at fejle hurtigt, så de kan bruge en sprøjtestøber til at få stor succes.

Hvilken er du klar til at starte med i dag?

Ofte stillede spørgsmål

Er 3D-print faktisk "billigere" end sprøjtestøbning?
Helt ærligt? Kun i starten. Hvis du laver en del, er 3D-print en lejlighedskøb, fordi du ikke betaler for en støbeform til $10.000. Men når først du rammer et bestemt volumen - normalt omkring 500 til 1.000 enheder - begynder udskrivningsomkostningerne "per del" at gøre ondt. Tænk på det som en taxa i forhold til at købe en bil: Taxaen er billigere for en enkelt tur, men hvis du kører 100 miles hver dag, er det bedre at eje køretøjet.

Kan jeg bruge det samme design til begge processer?
Sandsynligvis ikke. Dette er en fælde mange designere falder i. 3D-print lader dig slippe afsted med "dovent" design - du kan have tykke plastikblokke og skarpe indre hjørner. Hvis du forsøger at skubbe det samme design ind i en sprøjtestøbeform, vil det blive skævt, synke eller sidde fast. Hvis du planlægger efterhånden at forme din del, så begynd at designe til den nu (tænk trækvinkler og ensartet vægtykkelse), selvom du kun udskriver prototyper for nu.

Hvilken proces producerer stærkere dele?
Sprøjtestøbning vinder denne, uden tvivl. Fordi plasten injiceres som én kontinuerlig, smeltet masse under tryk, er den strukturelt konsistent hele vejen igennem. 3D-printede dele har "lag", og disse lag er i det væsentlige små fejllinjer. Hvis du stresser en trykt del på den forkerte måde, vil den flække som et stykke træ.

Hvor hurtigt kan jeg få mine dele?
Hvis du har brug for det i morgen, så print det. Du kan gå fra en CAD-fil til en fysisk del på timer. Sprøjtestøbning er et ventespil. Selv en "hurtig" form tager 2 til 4 uger at bearbejde, og det er før du overhovedet starter den egentlige produktionskørsel.

Er 3D-print kun til plastik?
Faktisk nej. Metal 3D-print (SLM/DMLS) er enormt inden for rumfart og medicinske implantater. Du kan også printe i keramik eller voks til investeringsstøbning. Men for de fleste forbrugerprodukter taler vi normalt om forskellige typer harpiks og termoplast.

Vent, hvad med 3D-print af formen?
Det er "pro move" lige nu. Hvis du har brug for 50 rigtige, støbte dele, kan du 3D-printe formindsatserne ved hjælp af en højtemperaturharpiks. Det er en fantastisk måde at teste det faktiske produktionsmateriale uden at bruge en formue på et stålværktøj. Bare forvent ikke, at den trykte form holder til 10.000 skud - den giver sandsynligvis op efter 50,