کاربرد های چاپ سه بعدی با سرعت زیادی در حال گسترش است و این روند ناشی از معرفی روزانه مواد جدید، فناوری های نوین و فرآیند های ثانویه است. امروزه شاهد استفاده از تولید افزودنی نه تنها برای نمونه سازی، بلکه برای تولید قطعات نهایی هستیم تا تعداد مونتاژ ها کاهش یابد و هندسه های پیچیده قابل ساخت باشند.
در همین حال، قالب گیری تزریقی همچنان به عنوان ستون فقرات تولید عمل میکند و بدون جنجال رسانه ای، قطعات را به طور مستمر تولید میکند. این فرآیند که طی دهه ها تکامل یافته است، شاید همانند چاپ سه بعدی توجه عمومی را جلب نکند، اما برای تولید قطعات اقتصادی در حجم بالا، گزینه ای مطمئن و مورد اعتماد است.
آینده ای که در آن چاپ سه بعدی جایگزین قالب گیری تزریقی شود، ممکن است هنوز دور باشد، اما امروزه این دو فناوری به صورت مکمل به خوبی عمل میکنند. اگرچه چاپ سه بعدی اغلب به عنوان گزینه ای مناسب برای نمونه سازی مطرح میشود، هزینه ها معمولاً در مقیاس تولید انبوه محدود کننده هستند و در اینجا قالب گیری تزریقی وارد عمل میشود.
آیا میخواهید بدانید کدام روش برای شما مناسبتر است؟ ابتدا بیایید نگاهی به عوامل تعیین کننده هزینه در هر یک از این خدمات تولید بیندازیم.
پرینت سه بعدی
- زمان ساخت: مهم ترین عامل تعیین کننده هزینه در چاپ سه بعدی، زمان ساخت است. هرچه زمان ساخت طولانیتر باشد، هزینه قطعه بیشتر خواهد بود. به عنوان مثال، یک مکعب توپر ساده را در نظر بگیرید. با وجود سادگی قطعه، چاپ لایه به لایهی مکعب توپر، زمان بیشتری نسبت به حالتی میبرد که داخل مکعب به صورت طراحی شبکه ای (Cross-linked) باشد؛ طراحی شبکه ای به مواد کمتری نیاز دارد و در نتیجه زمان ماشین نیز کاهش مییابد. هرگونه ساختار پشتیبان لازم در طول فرآیند چاپ نیز زمان ماشین و هزینه را افزایش میدهد.
- هزینه مواد: بسته به فناوری مورد استفاده، مواد چاپ سه بعدی میتوانند هزینهبر باشند. در حالی که فرآیند Direct Metal Laser Sintering (DMLS) تمام پودر های استفاده نشده را بازیابی میکند، فرآیندی مانند Selective Laser Sintering (SLS) که مبتنی بر پودر پلیمر است، امکان بازیافت ندارد و این موضوع هزینه را افزایش میدهد.
- پردازش پس از چاپ (Post-processing): تقریباً برای همه قطعات چاپ سه بعدی لازم است. این فرآیند ها باعث افزایش استحکام قطعات، بهبود ظاهر ظاهری و ویژگیهای دیگر میشوند، اما نیازمند کار دستی هستند که میتواند زمانبر باشد. هر سرویس چاپ سه بعدی شامل فرآیند های پس پردازش خاص خود است، بنابراین تحقیق در مورد نیاز های این مراحل از قبل میتواند در تعیین هزینه کمک کننده باشد.
قالب گیری تزریقی
- پیچیدگی قطعه: چندین عامل طراحی میتواند منجر به پیچیدگی بیشتر قطعه در قالب گیری تزریقی شود. تحلیل طراحی برای تولید پذیری (Design for Manufacturability – DFM) بسیار مهم است تا تغییراتی که هزینه را کاهش میدهند شناسایی شوند. به عنوان مثال، کوچک بودن یک قطعه به طور خودکار به معنای کوچکتر بودن اندازه قالب نیست. اگر طراحی قطعه شما نیازمند ایجاد Undercut یا حرکت جانبی (Side Action) باشد، اندازه پایه قالب (و در نتیجه هزینه) به طور قابل توجهی افزایش مییابد. همچنین، اگر یک Cam یا Insert لازم باشد، اندازه کلی قالب میتواند بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ دلار افزایش یابد.
زمان طراحی
برای مهندسانی که تحت فشار فزاینده برای عرضه سریع محصولات به بازار هستند، زمان مساوی است با پول. تکرار سریع (Quick Iteration) کلید کوتاه کردن زمان لازم برای کامل کردن طراحی و حرکت از مفهوم اولیه تا قطعه نهایی است. به همین دلیل است که بسیاری از مشتریان در فرآیند نمونه سازی ابتدا از چاپ سه بعدی استفاده میکنند و سپس پس از آماده شدن قطعه برای تولید انبوه، به قالبگیری تزریقی میروند.
تکرار محصول با چاپ سه بعدی سریعتر و کم هزینهتر از قالب گیری تزریقی است. اگر پس از چاپ سه بعدی یک قطعه، نقصی در طراحی شناسایی شود، فایل CAD به راحتی قابل اصلاح است و نسخه جدید در طی چند روز چاپ و به دست شما میرسد. در مقابل، قالب گیری تزریقی به دلیل نیاز به اصلاح قالب، هزینه قابل توجهی برای هر تغییر طراحی دارد. علاوه بر این، قالب گیری تزریقی معمولاً نیازمند کار طراحی اولیه بیشتری است، زیرا ایجاد قالب میتواند فرآیندی پیچیده با عوامل متعدد باشد که باید مدنظر قرار گیرد.
راه اندازی و ابزارآلات (Set Up and Tooling)
هزینه های راه اندازی و ابزارآلات یکی دیگر از حوزه هایی است که چاپ سه بعدی در آن برتری واضح دارد، زیرا نیاز به سرمایه گذاری در این زمینه ها ندارد. در مقابل، قالب گیری تزریقی شامل هزینه های ابزارآلات و اغلب هزینه راه اندازی (Set-up Fee) برای هر دوره تولید قطعات قالب گیری شده است. همان طور که پیشتر اشاره شد، تحلیل طراحی برای تولید پذیری (DFM) میتواند به کاهش هزینه ابزارآلات کمک کند، اما باز هم قالب میتواند هزاران دلار هزینه اولیه به همراه داشته باشد.
قیمت هر قطعه (Piece-Part Price)
در این بخش فرصت قالب گیری تزریقی برای برتری فراهم میشود. قیمت هر قطعه در قالب گیری تزریقی، زمانی که به حجم بالای قطعات برسیم، به طور قابل توجهی کمتر از چاپ سه بعدی خواهد بود. اگرچه هزینه ابزارآلات را به تفصیل بررسی کردیم، اما هر قطعه ای که از آن قالب تولید میشود، در حجمهایی که سرمایهگذاری اولیه را توجیه میکند، مقرون به صرفهتر خواهد بود.
پردازش پس از چاپ (Post-processing)
صرف نظر از فناوری مورد استفاده، تقریباً همه قطعات چاپ سه بعدی به نوعی پردازش پس از چاپ نیاز دارند. فرآیند های الزامی پس از چاپ شامل حذف ساختار های پشتیبان یا رزین اضافی است که بسته به فناوری انتخابی متفاوت میباشد. ظهور گزینه های پردازش پس از چاپ مانند Vapor Smoothing، که باعث افزایش استحکام و بهبود ظاهر قطعه میشوند، نقش مهمی در گسترش کاربرد های تولید افزودنی داشته اند، اما هر یک از این فرآیند ها هزینه اضافی به همراه دارند.
در مقابل، قالبگیری تزریقی با بیش از ۱۰۰ نوع ماده ترموپلاستیک و ترموست ارائه میشود که از قالب خارج شده و با کیفیت بالا مناسب تولید هستند. فرآیند های تکمیلی مانند بافت دهی قالب، افزودن Threaded Insert، حکاکی لیزری و غیره در دسترس هستند، اما برای دوام و کیفیت سطح قطعه ضروری نیستند.