Wszyscy dobrze wiedzą. Druk 3D używamy do tworzenia pojedynczych prototypów a produkcję seryjną wykonujemy metodą wtrysku do stalowej formy. Zastanówmy się czy jest to prawda dla każdego przypadku, czy może się okazać, że druk 3D nadaje się do produkcji wielkoseryjnej? Czy metodą druku 3D jesteśmy wstanie wykonać dużą serie produktową szybciej niż formowaniem wtryskowym?
Rodzaje druku 3D a sposób wytwarzania części
Na początku trzeba rozumieć, że druk 3D to ogólne pojęcie oznaczające wytwarzanie wyrobów poprzez dodawanie materiału. Druk 3D dzieli się na technologie, które wykonują zadany wyrób w określony sposób. W zależności od technologii którą wybierzemy będziemy mogli osiągną inne rezultaty.
Druk 3D FDM
Technika FDM polega na wyciskaniu z dyszy termoplastycznego materiału. W tej technologii występują drukarki 3D o małym jak i dużym polu roboczym. FDM pozwala natomiast na wytwarzanie tylko 1 wyrobu w czasie. Czyli jeśli czas wykonania wyrobu to 1 godzina to czas wykonania 10 wyrobów to 10 godzin. Ponadto FDM znacząco odbiega od jakości którą można otrzymać metodą formowania wtryskowego.
Druk 3D SLA
Inną technologią może być SLA, jest to technologia utwardzania żywicy wiązką lasera. Wyroby wykonane tą metodą są znaczenie wyższej jakości niż tworzone za pomocą FDM. Jeśli chodzi o wykonywanie większych ilości wyrobów to w metodzie SLA czas rośnie liniowo wraz z liczbą wykonywanych wyrobów. Dzieje się tak dlatego, że laser utwardza żywicę punktowo więc czas potrzebny na wykonanie każdego wyrobu jest identyczny.
Druk 3D MJP
Ostatnią technologią którą rozpatrzymy w tym artykule jest MJP. W tej technice żywica utwardzana jest światłem UV. MJP ponadto charakteryzuje się najwyższą jakością wykonywanych elementów. Tworzone wyroby jakościowo porównywalne są z wyrobami tworzonymi poprzez formowanie wtryskowe. Dodatkową ciekawostką związaną z technologią MJP jest to, że może ona tworzyć elementy równolegle na całej platformie a czas ich wykonania będzie taki sam jak czas wykonanie 1 wyrobu. Dla przykładu czas tworzenia 1 niewielkiego detalu może wynieść 4 godziny, ale jeśli takimi elementami zapełnimy całą platformę roboczą drukarki 3D to wykona one je wszystkie również w 4 godziny. Dzieje się tak za sprawą specyficznej głowicy drukującej, która pokrywa swoim zasięgiem całą szerokość obszaru roboczego co umożliwia równoległe wytwarzanie elementów w całej przestrzeni roboczej.
Kiedy druk 3D wykona produkcje szybciej niż formowanie wtryskowe?
Z przeanalizowania dostępnych technologii druku 3D wynika, że metodą która może powalczyć z formowaniem wtryskowym jest MJP. W tej technologii czas wykonania 1 wyrobu oraz całej platformy takich samych elementów jest identyczny. Należy również pamiętać, że długość procesu druku 3D zależy od wysokości elementów. Dlatego by MJP mogło wytworzyć jak najwięcej wyrobów w ciągu doby powinny one być niewielkiej wysokości. Kolejną cechą wyrobu powinny być niewielkie gabaryty zewnętrzne ponieważ pozwoli to na wytworzenie większej ilości wyrobów na 1 platformie. Ostatnim czynnikiem, który powinien mieć wyrób są skomplikowane kształty, które wpływają na wydłużenie procesu tworzenia formy wtryskowej oraz podnoszą jej stopień skomplikowania. Dla technologii MJP stopień skomplikowania wyrobu nie ma znaczenia.
Zaprojektowany do wykonania detal
Dla testu został stworzony prosty model 3D. Średnica zewnętrzna wyrobu to 15mm a jego wysokość to 10mm. Dodatkowo model 3D został wyposażony w przelotowe kanały wokół całej linii obrotu, dla technologii druku 3D MJP kanały takie nie są utrudnieniem i nie wpływają na czas produkcji, natomiast wymuszają użycie suwaków w formie wtryskowej. Wymiary platformy roboczej w technologii MJP to 200 na 250mm czyli na jednej platformie MJP jest wstanie wykonać do 156 elementów naraz. Przewidywany czas wykonania platformy to 4 godziny wiec dobowo MJP jest wstanie wykonać 6 platform co jest po przeliczeniu da ponad 900 elementów.
Czas wykonania produkcji tydzień po tygodniu
W tam akapicie prezentujemy teorie o tym jak mogła by wyglądać produkcja wyrobu z powyższego akapitu dla druku 3D w technologii MJP oraz dla formowania wtryskowego. Czas podawany jest w tygodniach. Punktem początkowym jest moment wysłania modelu 3D w celu jego wyceny.
| Czas od momentu wysłania zapytania [tygodnie] | Druk 3D | Formowanie wtryskowe |
| 1 | Klient otrzymuje ofertę na wykonanie detali | Klient otrzymuje ofertę na wykonanie formy wtryskowej oraz detali |
| 2 | Klient zaakceptował ofertę. Zaczyna się produkcja detali | Klient zaakceptował ofertę. Rozpoczyna się projektowanie formy wtryskowej |
| 3 | Wyprodukowano 6500 gotowych wyrobów | Trwa projektowanie formy wtryskowej |
| 4 | Wyprodukowano 13000 gotowych wyrobów | Trwa projektowanie formy |
| 5 | Wyprodukowano 19500 gotowych wyrobów | Projekt formy gotowy, kompletowanie materiałów do wykonania formy |
| 6 | Wyprodukowano 26000 gotowych wyrobów | Wykonywanie formy wtryskowej |
| 7 | Wyprodukowano 32500 gotowych wyrobów | Wykonywanie formy wtryskowej |
| 8 | Wyprodukowano 39000 gotowych wyrobów | Wykonywanie formy wtryskowej |
| 9 | Wyprodukowano 45500 gotowych wyrobów | Wykonywanie formy wtryskowej |
| 10 | Wyprodukowano 52000 gotowych wyrobów | Forma gotowa, przygotowanie maszyny do produkcji |
| 11 | Wyprodukowano 58500 gotowych wyrobów | Wykonanie 50 000 wyrobów |
Czy druk 3D może być szybszy od tworzenia wyrobów metodą formy wtryskowej?
Jak wielu z nas się spodziewało druk 3D w 99% przypadkach nie będzie wstanie wykonać dużej serii wyrobów w czasie krótszym niż formowanie wtryskowe. Jedynie w ściśle dobranym przypadku gdzie detal jest niewielkich wymiarów i skomplikowanych kształtów technologia MJP może konkurować w szybkości tworzonych elementów. W takim przypadku druk 3D uzyskuje przewagę w postaci natychmiastowego rozpoczęcia produkcji co przekłada się też na ominięcie kosztu projektu i wykonania formy wtryskowej.