Ưu nhược điểm của công nghệ in3d hiện nay so với ép phun nhựa

Những lợi thế của in 3D là gì? Chúng ta hãy nhanh chóng phân tích những lợi thế và bất lợi so với các quy trình sản xuất truyền thống.

In 3D là gì?

Sản xuất phụ gia hiện là một nhánh lớn của các hệ thống công nghiệp (và thí nghiệm) để tạo ra các bộ phận và sản phẩm mới. Thường được gọi là in 3D, hầu hết các hệ thống trong loại này được đặc trưng bởi phương pháp xây dựng từng chi tiết của chúng.

Đáng chú ý là có một số khác biệt giữa các hệ thống riêng lẻ, với 10 loại in 3D hiện có. Tuy nhiên, sự khác biệt chính giữa các quy trình công nghiệp điển hình này có thể được chia thành các loại:

Tốc độ xác định thời gian nhanh chóng của một chi tiết nhất định có thể được sản xuất từ thiết kế đến hoàn thành.
Chi phí là số tiền tài trợ trung bình cần thiết để tạo ra một chi tiết.
Chất lượng là thước đo thực tế về mức độ hoàn hảo và chính xác của một chi tiết có thể được thực hiện.
Tính nhất quán là cách các bộ phận tương tự giống nhau giữa các khu vực khác nhau giữa các hoạt động sản xuất riêng biệt.
Tính linh hoạt xác định cách thiết kế dễ dàng có thể được tùy chỉnh hoặc sửa đổi trong quá trình sản xuất.
Khả năng tiếp cận là một thước đo sơ bộ về việc một người hoặc doanh nghiệp có thể dễ dàng có được phương tiện để tạo ra một chi tiết hoặc sản phẩm.
Tính bền vững là thước đo sơ bộ về lượng chất thải được tạo ra bởi việc sản xuất một bộ phận duy nhất và sự dễ dàng mà bộ phận đó có thể được tái chế so với các quy trình khác.

Tốc độ

Một trong những lợi thế lớn nhất của in 3D được tóm tắt trong ba từ: Tạo mẫu nhanh .

Tạo mẫu nhanh về cơ bản là khả năng thiết kế, sản xuất và kiểm tra một chi tiết tùy chỉnh trong ít thời gian nhất có thể, và sau đó có thể dễ dàng sửa đổi thiết kế mà không ảnh hưởng xấu đến tốc độ của quá trình sản xuất.

Trước khi in 3D tồn tại như một quy trình sản xuất chính thống, một nguyên mẫu sẽ mất vài tuần để sản xuất. Mỗi lần thay đổi được thực hiện, sẽ mất vài tuần nữa cho đến khi thiết kế sửa đổi có thể được sản xuất. Thêm thời gian vận chuyển, và có thể dễ dàng mất một năm để phát triển đầy đủ một sản phẩm từ đầu đến cuối.

In 3D hiện đại: Các doanh nghiệp hiện có khả năng thiết kế một bộ phận, sản xuất trên máy in 3D chuyên nghiệp và sau đó thử nghiệm tất cả trong không gian vài ngày (và đôi khi thậm chí ít hơn). Điều này có nghĩa là thời gian cần thiết để tạo nguyên mẫu một cách hiệu quả một chi tiết từ đầu đến cuối sẽ đượcgiảm xuống gần như tối đa!

Chúng ta cũng đừng quên những cá nhân nhỏ bé. Do sự ra đời của máy in 3D để bàn, các nhà sản xuất, người yêu thích và những người đam mê giờ đây có thể tạo ra hầu hết mọi thứ. Họ có thể sáng tạo như họ muốn mà không cần kho chứa đầy máy móc. Họ cũng không có thời gian khổng lồ liên quan đến việc thuê ngoài các công việc sản xuất phức tạp. Đối với những người dùng máy in 3D này, việc tạo mẫu nhanh mang một ý nghĩa hoàn toàn mới: họ không bị ràng buộc bởi các đơn hàng tối thiểu, có thể tùy chỉnh mọi thứ và mọi thứ họ tạo ra một cách dễ dàng và có thể chia sẻ hoặc bán các thiết kế độc đáo của họ cho những người có máy in 3D.

Điều này không có nghĩa là không có giới hạn trong in 3D khi nói về tốc độ. Về bản chất, quy trình từng lớp có thời gian cố định cho mỗi chi tiết, có nghĩa là một chi tiết sẽ luôn mất cùng một lượng thời gian chính xác để tạo như tạo lần đầu. Với các hệ thống như ép phun, sau khi đầu tư ban đầu thời gian cần thiết để tạo ra các công cụ và khuôn phù hợp, hệ thống có thể được tự động hóa và bộ phận được sản xuất hàng loạt nhanh chóng. Điều này làm giảm đáng kể lượng thời gian cần thiết cho mỗi chi tiết.

Vì vậy, đối với các hoạt động sản xuất và tạo mẫu nhỏ, in 3D là một trong những lựa chọn tốt nhất khi có liên quan đến tốc độ. Tuy nhiên, để sản xuất một sản phẩm hoàn chỉnh ở quy mô sản xuất hàng loạt, các hệ thống sản xuất truyền thống vẫn vượt trội so với in 3D trong một thời gian dài.

Chi phí

Đây là nơi mọi thứ trở nên hơi thú vị. Như đã thảo luận trong phần trước, in 3D mất ít thời gian hơn để sản xuất một chi tiết hoặc nguyên mẫu duy nhất. Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất truyền thống có thể đẩy nhanh việc sản xuất hàng loạt một chi tiết hoàn thiện.

Có đúng như vậy khi nhìn vào của chi phí? Đối với các hoạt động rất nhỏ, in 3D rẻ hơn, vì sẽ chỉ có một hoặc hai máy cần thiết (tùy thuộc vào hệ thống) để sản xuất một bộ phận từ một vật liệu nhất định. Cũng có ít chất thải hơn, không yêu cầu thêm vật liệu. Như vậy, chi phí cho mỗi bộ phận từ máy in 3D được cố định cho bất kỳ bộ phận nào.

Tuy nhiên, một quy trình truyền thống đang được sử dụng để sản xuất hàng loạt một bộ phận sẽ sử dụng ít năng lượng hơn trong thời gian ngắn hơn để tạo ra một số lượng lớn các bộ phận. Sau chi phí trả trước của việc tạo ra các công cụ cần thiết, chi phí của một chi tiết thường không cao hơn nhiều so với vật liệu được sử dụng để tạo ra nó. Tại một số điểm, điều này kết hợp với tốc độ của quy trình sản xuất truyền thống sẽ làm mất cân bằng đầu tư ban đầu vào máy móc và trở nên ít tốn kém hơn so với việc duy trì hệ thống in 3D để sản xuất cùng một bộ phận.

Chi phí vận hành và bảo trì máy in 3D giao với việc duy trì và sử dụng cạnh tranh công nghiệp hóa của nó sẽ khác nhau tùy thuộc vào các bộ phận được tạo. Điểm này được gọi là điểm hòa vốn, sau đó một phương pháp truyền thống trở nên rẻ hơn trên mỗi đơn hàng so với in 3D. Trong một phân tích được thực hiện bởi Xometry, điểm hòa vốn này có thể được tìm thấy trong 150 đơn hàng đầu tiên được sản xuất, khi so sánh các dịch vụ in 3D SLS với ép phun cho một chi tiết thử nghiệm đơn giản.

Chất lượng

Có thể hạn chế lớn nhất của in 3D là chất lượng phần cuối cùng. Do cách thức mỗi lớp kế tiếp nhau được đặt lên trên cùng của phương thức in 3D điển hình, một điểm yếu được xây dựng theo đúng nghĩa đen của thiết kế. Tất nhiên có nhiều cách để thiết kế xung quanh điểm yếu này, ví dụ như giữ các tính năng nhất định song song với đế in, nhưng điều này có thể gây khó khăn cho những người cố gắng tạo ra các bộ phận chất lượng cực cao cho sử dụng công nghiệp.

Đối với một số hệ thống, một nhược điểm khác của việc xếp lớp là các dòng lớp không thể tránh khỏi được sản xuất trong và trên một chi tiết, có thể làm giảm đáng kể sự hấp dẫn trực quan của sản phẩm. Một lần nữa, có nhiều cách để hoàn thành các phần được in 3D để làm cho các lớp này trở nên vô hình, nhưng điều này đòi hỏi thêm thời gian và công sức so với các sản phẩm được sản xuất bằng các phương tiện khác.

Cách dễ nhất khắc phục những vấn đề này là in bằng các hệ thống laser ở độ phân giải cực cao. Tuy nhiên, điều này có nghĩa là các bộ phận sẽ mất nhiều thời gian hơn để sản xuất (hãy nhớ thời gian cố định cho một chi tiết đặc trưng của in 3D) và tùy thuộc vào vật liệu, có thể vẫn cần xử lý bổ sung để đạt được cường độ tối đa. Ngoài ra, các hệ thống laser này khá tốn kém khi mua và vận hành, khiến chúng phù hợp hơn với các công ty đã công nghiệp hóa và các doanh nghiệp lớn.

Tính nhất quán

Mặc dù nó có thể được coi là một chi tiết mở rộng của chất lượng bộ phận, chúng tôi đã quyết định rằng tính nhất quán phải được coi là chủ đề riêng của nó, vì nó không nhất thiết phải tương đương với chất lượng.

Trong quy trình sản xuất truyền thống, ví dụ ép phun, có một tỷ lệ phần trăm của bất kỳ lô phụ tùng nào có thể bị lỗi hoặc không nhất quán về chất lượng so với các bộ phận còn lại. Do những tiến bộ to lớn trong công nghệ sản xuất công nghiệp, chúng chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong tổng số bộ phận được sản xuất trên một đơn vị thời gian.

Với in 3D, quy trình phức tạp hơn một chút. Do các bộ phận được in liên tiếp, mỗi bản in riêng lẻ có thể được theo dõi và các lỗi bắt gặp trong thời gian thực, làm giảm tổng số bộ phận bị hỏng và vật liệu bị lãng phí. Tuy nhiên, sự không nhất quán nhỏ có thể xảy ra trong quá trình in do những thay đổi nhỏ trong chất lượng vật liệu và môi trường xung quanh. Để một loạt các bộ phận hoàn toàn phù hợp, các máy phải được giữ gìn tốt và trong một môi trường được kiểm soát.

Tính linh hoạt

Một ưu điểm khác của in 3D là khả năng có thể tạo ra bất cứ thứ gì có thể phù hợp với khối lượng xây dựng của nó của bất kỳ máy in cụ thể nào.

Trong bất kỳ quy trình sản xuất nào khác (ngoài phay), mỗi bộ phận mới hoặc thay đổi trong thiết kế bộ phận đều yêu cầu một công cụ mới hoặc khuôn để sản xuất để tạo ra bộ phận mới. Với in 3D, thiết kế có thể được đưa vào một chi tiết mềm máy cắt, bất kỳ hỗ trợ cần thiết nào được thêm vào, sau đó được in với rất ít thay đổi trong máy móc hoặc thiết bị vật lý.

Một lợi thế nổi tiếng khác của in 3D là khả năng tạo ra các thiết kế hình học mà trước đây không thể được sản xuất như một chi tiết hoặc một bộ phận. Những thứ đó bao gồm:

Tạo khối rỗng ở trong chi tiết
các bộ phận trong các bộ phận
cơ chế in tại chỗ

Ngay cả những thứ mà bất kỳ người đam mê in 3D nào cũng sẽ sử dụng, như kiểu họa tiết rỗng , thường quá phức tạp đối với các phương pháp sản xuất truyền thống và như vậy chỉ dành riêng cho in 3D. Điều này cũng đúng với khả năng sử dụng nhiều vật liệu cho cùng một đối tượng , cho phép rất nhiều màu sắc, kết cấu và tính chất cơ học khác nhau được trộn lẫn và khớp với nhau.

Một ưu điểm khác của in 3D là khả năng cho bất kỳ người dùng nào, ngay cả những người có kinh nghiệm CAD hạn chế, chỉnh sửa thiết kế theo ý thích của họ, tạo ra các bộ phận mới độc đáo và hoàn toàn tùy chỉnh. Đối với các công ty, điều này có nghĩa là bây giờ có tùy chọn cho phép mỗi khách hàng tùy chỉnh một sản phẩm theo sở thích cá nhân của họ, một xu hướng phát triển trong các thị trường hiện đại. Nó cũng có nghĩa là một thiết kế nhất định có thể được sản xuất trong một loạt lớn các vật liệu khác nhau .

Khả năng tiếp cận

Như chúng ta đã thấy trong quá trình xem xét tính nhất quán , khả năng tiếp cận của các hệ thống in 3D thay đổi dựa trên chất lượng và khả năng của hệ thống.

Mặc dù máy in 3D FDM có thể được mua với giá chỉ 100 đô la , những máy này chủ yếu nhắm vào người tiêu dùng cá nhân và người yêu thích. Máy móc và hệ thống nhắm vào người dùng chuyên nghiệp sẽ bắt đầu từ khoảng 1.000 đô la và đi lên từ đó. Máy công nghiệp có thể có giá cao hơn hoặc nhiều hơn cả một chiếc xe hoàn toàn mới.

Mặc dù nghe có vẻ như đây là một chi tiết của phần Chi phí , nhưng điều chúng tôi thực sự đang xem xét là việc một người, chuyên gia hoặc công ty có thể có được một thiết lập in 3D đầy đủ dễ dàng như thế nào. Để so sánh, một thiết lập ép phun hoàn toàn có thể có giá khoảng 50.000 đô la trở lên và điều đó không tính đến giá cài đặt hoặc công cụ bổ sung cần thiết để tự tạo khuôn.

Vì vậy, trong khi vẫn không rẻ, hệ thống in 3D có thể dễ dàng được sử dụng và sử dụng bởi nhiều người hơn nhiều so với các thiết lập sản xuất truyền thống. Ngoài ra, in 3D gần như hoàn toàn tự động theo mặc định và yêu cầu ít hoặc không cần thêm nhân viên để hoạt động, giám sát và bảo trì máy. Điều này làm cho in 3D dễ tiếp cận hơn nhiều so với các hệ thống sản xuất khác trong một thời gian dài.

Tính bền vững

Sự dễ dàng nói trên cũng có một hàm ý khác. Giả sử một người hoặc doanh nghiệp đã có được một máy in 3D, ít bộ phận hơn cần gia công để sản xuất. Điều này có nghĩa là có ít tác động môi trường được tạo ra bằng cách vận chuyển mọi thứ trên toàn cầu, ngoài việc không yêu cầu vận hành và bảo trì bên ngoài máy.

Ngoài ra, như đã đề cập trong phần Chi phí , in 3D tạo ra ít chất thải hơn cho một chi tiết. Kết hợp với tính chất có thể tái chế nói chung của các vật liệu được sử dụng để in 3D, có thể thấy rõ rằng in 3D có lợi thế lớn về độ bền.

Tuy nhiên, tương tự như các nhà máy, máy in 3D vẫn cần năng lượng để chạy và vật liệu để xây dựng. Như đã thấy trong phần Tốc độ , có một điểm mà in 3D vượt trội so với các đối tác công nghiệp của nó. Điều này có nghĩa là theo thời gian, năng lượng cần thiết để chạy máy in và nhu cầu tinh chỉnh hoặc tái chế các vật liệu thành định dạng có thể in sẽ bù đắp cho độ bền của máy in 3D.

Nói một cách đơn giản, cho đến khi các nguồn năng lượng tái tạo và xử lý vật liệu của Green greener trở nên phổ biến hơn, một phương pháp sản xuất truyền thống vẫn có thể bền vững hơn về độ lâu dài khi sản xuất hàng loạt một số lượng sản phẩm.

kết luận

Tóm lại, những ưu điểm chính của in 3D được thể hiện ở các yếu tố Tốc độ, Độ Linh hoạt và Chi phí. Như chúng tôi đã nói nhiều lần trong suốt bài viết này, đối với các hoạt động sản xuất nhỏ, tạo mẫu và sở thích, máy in 3D là một phương pháp sản xuất tốt hơn rất nhiều so với các hệ thống công nghiệp khác.

Tuy nhiên, nếu bạn đang muốn bắt đầu sản xuất hàng loạt một sản phẩm, các hệ thống công nghiệp bắt đầu trở thành một lựa chọn tốt hơn nhiều. Điều này có thể giải thích tại sao nhiều công ty vẫn chưa coi in 3D là một hệ thống sản xuất khả thi cho các sản phẩm hiện đại.