3D-utskrift vs. formsprutning: Att välja rätt tillverkningsprocess

Bottom Line

Om du letar efter den "för långa, läste inte" versionen, här är verkligheten: 3D-utskrift är till för att flirta med idéer; Fellermsprutning är för att förbinda sig till dem. Valet brukar koka ner till en enda fråga: Hur många behöver du? * Håll dig till 3D-utskrift om du gör färre än 500 delar, fellertfarande justerar din design, eller behöver en "hail mary"-prototyp i mellergon bitti. Du betalar noll i förskott för verktyg, men du betalar en "tidsskatt" för varje enskild enhet du producerar.

• Tryck på avtryckaren på formsprutning det ögonblick du är redo att skala förbi 1 000 enheter. Du måste svälja en enorm förskottsräkning för formen (tänk $5 000 till $50 000), men din kostnad per del kommer att sjunka från dollar till öre.

För att vara ärlig, de smartaste teamen väljer faktiskt inte en – de använder 3D-utskrift för att misslyckas snabbt och billigt, och byter sedan till formning för att vinna stort i detaljhandeln. Den här guiden beskriver exakt var den "break-even"-punkten bor och hur man undviker de dyra misstagen som vanligtvis dödar ett projekt innan det ens startar.

Låt oss gå direkt till det. Du har en digital fil och du behöver en fysisk del. Nu kommer ögonblicket som vanligtvis avgör om ditt projekt lyckas eller blir en massiv huvudvärk: Hur gör man det egentligen?

De flesta tror att det är ett enkelt val mellan den "nya skolan" (3D-utskrift) och den "gamla skolan" (sprutgjutning). Men ärligt talat? Det är sällan så svart och vitt längre.

Den verkliga skillnaden

Glöm läroböckerna för en sekund. Här är vad som faktiskt händer:

• 3D-utskrift är som att använda en högteknologisk limpistol för att dra ditt objekt till existens, lager för lager. Inga verktyg, inga stora inställningar – bara du, en maskin och en digital fil. Det är ultimat frihet, tills du inser att du behöver tusen av dem på fredag.
• Formsprutning är våldsammare. Du smäller in smält plast i en precisionsskuren "grotta" av stål med ett otroligt tryck. Det är dyrt att starta och tar en evighet att installera, men när den maskinen väl börjar surra är den ett ostoppbart odjur av effektivitet.

Varför detta inte bara är "Tech Talk"

Jag har sett många grundare bli romantiska om 3D-utskrift, bara för att inse att deras kostnad per enhet gör deras produkt omöjlig att sälja. Å andra sidan har jag sett ingenjörer släppa $30 000 på en stålform för en produkt som inte ens har testats på marknaden ännu. Det är ett smärtsamt misstag att göra.

De "gamla reglerna" - där tryckning var för leksaker och formning var för "riktig" tillverkning - är döda. Idag är linjerna suddiga. Kan du skriva ut en bryggproduktion? Vanligtvis. Ska man forma en prototyp? Ibland.

Målet

Jag är inte här för att hålla en föreläsning. Jag vill hjälpa dig att hitta den där "sweet spot" - det exakta ögonblicket då en process börjar spara pengar och den andra börjar bränna den. Vi kommer att titta på gruset: ledtiderna, den mekaniska styrkan och den kalla, hårda matematiken för brytpunkten.

Är du redo att se vilken väg som faktiskt passar ditt projekt? Låt oss flytta.

Ska vi hoppa rakt in i avsnittet "Vad är 3D-utskrift" härnäst? Jag ska hålla det lika skarpt.

Låt oss titta på 3D-utskrift - eller vad branschen gillar att kalla "additiv tillverkning". Ärligt talat säger namnet dig allt: du börjar med noll och lägger bara till material där du behöver det.

Se det som att bygga ett hus sten för tegel, förutom att tegelstenarna är mikroskopiska och "muraren" är en laser eller ett munstycke som följer en digital karta.

Tekniken i den verkliga världen

Du har säkert hört talas om FDM (den som ser ut som en robotlimpistol), men det är bara toppen av isberget. Om du behöver något som inte ser ut som om det gjordes i ett garage, tittar du på SLA or DLP , som använder ljus för att förvandla flytande harts till fasta delar som är släta som glas. Sedan finns det SLS or MJF — de tunga slagarna. Dessa använder lasrar för att smälta nylonpulver till delar så starka att du faktiskt kan använda dem i en bilmotor eller en flygdräkt.

Det goda, det onda och det ärliga

Varför älskar folk det? Snabbhet och frihet. Om du har en idé klockan 9 kan du ha en fysisk del i handen vid middagen. Inga formar, inga "verktyg" och inget "du kan inte göra den formen" från en grinig maskinist. Om du behöver en del eller tio är 3D-printing din bästa vän.

Men här är fångsten som de flesta slänger över: Det är långsamt. Att bygga en del lager för lager tar tid – ibland timmar, ibland dagar. Och låt oss prata om kostnaden "per del". Medan den första delen är billig, kostar den 1 000:e delen exakt lika mycket som den första. Det finns ingen "bulkrabatt" från fysikens lagar här.

Dessutom finns det "korn"-problemet. Precis som trä har tryckta delar lager. Om du drar mot de lagren kan delen knäppa. Det blir bättre med nya hartser och metaller, men det är fortfarande något som håller ingenjörerna vakna på natten.

Är det för dig?

Om du fortfarande finjusterar din design, eller om du bara behöver en handfull anpassade delar som ser ut som om de hör hemma i en sci-fi-film, sluta leta. Du har hittat din vinnare. Men om du planerar att fylla ett lager? Tja, det är en helt annan konversation.

Vill du gå vidare till formsprutning? Vi kan prata om varför det är så jobbigt att börja, men så vackert när det väl är igång.

Låt oss nu prata om heavy hitter: Formsprutning. Om 3D-utskrift är en skulptör som noggrant snidar en staty, är formsprutning en höghastighetsstämpel. Du tar ett block av stål eller aluminium, skär in en "negativ" hålighet av din del i det och spränger sedan in smält plast i det tomrummet vid skrämmande höga tryck. När den väl har svalnat – vilket händer på några sekunder – öppnas formen, tappar delen och återställs. Skölj och upprepa, tusentals gånger om dagen.

Den främre "väggen"

Jag ska vara rakt på sak: att komma igång med formsprutning är svårt. Du "trycker inte bara på utskrift". Du måste designa formen, vilket är en teknisk bedrift i sig. Du måste tänka på "dragvinklar" (så att delen inte fastnar) och "portplatser" (där plasten kommer in).

Sedan är det räkningen. En anständig stålform kan enkelt sätta tillbaka $5 000, $20 000 eller till och med $100 000 innan du har producerat en enda användbar del. Och väntan? Räkna med att sitta på händerna i 4 till 10 veckor medan verktyget bearbetas och poleras.

Varför bry sig?

Med allt detta krångel, varför gör någon det? För när "verktyget" är klart, vänder matematiken till din fördel. Vi pratar om en kostnad per del som sjunker från dollar till öre.

Det handlar dock inte bara om pengar. Formsprutade delar är stark. Eftersom plasten är en sammanhängande, trycksatt massa snarare än en stapel av lager, är den strukturella integriteten i världsklass. Vill du ha en specifik textur? En "soft-touch" finish? En specifik nyans av "Ferrari Red"? Formsprutning klarar det utan ansträngning. Från ABS i dina LEGO-klossar till den medicinska klassade PEEK i en hjärtklaff, materialbiblioteket är i princip oändligt.

Avvägningen

Den största nackdelen – förutom kostnaden – är att du är "inlåst". Om du hittar ett misstag i din design efter att formen har skurits, tittar du på en mycket dyr pappersvikt och mycket att förklara för din revisor. Det är en process som belönar de som har gjort sina läxor och är redo att gå stort.

Ska vi gå till avsnittet "Nyckelskillnader"? Det är här vi bryter ner den faktiska "Break-Even" matematiken för att se vilken som sparar din budget.

Låt oss komma ner till brasssticks: Beslutsmatrisen. Det är här de teoretiska sakerna slutar och din budget börjar. De flesta människor blir förlamade här, men det handlar egentligen om några kalla, hårda variabler.

1. "Break-even" matematiken

Det här är den stora. Med 3D-utskrift är din kostnad platt. Oavsett om du gör 1 del eller 100, betalar du för maskintiden och materialet. Det är en rak linje.

Formsprutning börjar dock med en massiv vertikal spik (verktygskostnaden). Men när du producerar mer, blir den kostnaden "utspädd".

Tumregeln: * 1 till 500 enheter: 3D-utskrift är nästan alltid vinnaren.

• 500 till 2 000 enheter: Det här är "Gråzonen". Det beror på hur komplex din del är.
• 2 000 enheter: Sluta tänka och gå med formsprutning. Pengarna du sparar per del kommer så småningom att betala för den dyra mögeln och lite till.

2. Designflexibilitet kontra precision

Tänk på 3D-utskrift som "Design för vad som helst". Vill du ha en ihålig gallerstruktur inuti en sfär? inga problem. 3D-utskrift bryr sig inte om komplexitet.

Formsprutning är en annan best. Du måste "Design for Manufacturing" (DFM). Du behöver dragvinklar (lätt avsmalnande) så att delen faktiskt kan glida ut ur formen. Du måste oroa dig väggtjocklek – om en del av din design är för tjock kommer den att "sjunka" eller skeva när den svalnar. Om du ändrar dig senare? Att ändra en 3D-fil tar fem minuter; att byta en stålform tar fem veckor och några tusen dollar.

3. Styrka och ytfinish

Låt oss vara verkliga: om du behöver en del som ser ut som om den kom från en detaljhandelshylla, är formsprutning guldstandarden. Ytan är slät, färgen är inbakad och delen är "isotropisk" - vilket betyder att den är lika stark i alla riktningar.

3D-utskrift har kommit långt, men de flesta delar (särskilt FDM) har fortfarande det där tydliga "skiktade" utseendet. De är också "anisotropa", vilket är ett fint sätt att säga att de kan delas längs lagerlinjerna om du lägger för mycket stress på dem.

4. Materialval

• 3D-utskrift: Du är begränsad till vad som kan förvandlas till en filament, pulver eller harts. Det är en växande lista, men det är fortfarande en delmängd.
• Formsprutning: Om det är plast kan du forma det. Vill du ha glasfylld nylon för hög värme? Eller flexibel TPE som känns som gummi? Du har nycklarna till hela polymerriket.

Är du redo att avsluta detta med sammanfattningen "When to Use which" och några verkliga exempel?

Så, var lägger du dina pengar egentligen? Låt oss sluta prata teori och titta på de verkliga scenarierna som brukar landa på mitt skrivbord.

När ska man hålla sig till 3D-utskrift

Ärligt talat, om du fortfarande är i "tänk om"-fasen är 3D-utskrift din bästa vän.

• Prototypfasen: Om du behöver känna delen i handen, testa passformen eller visa en "looks-like-works-like" modell för en investerare senast på måndag, titta inte ens på en form.
• Brotillverkning: Det här är ett drag jag ser smarta team göra hela tiden. Du har avslutat din design och du har beställt din formsprutningsform – men den formen kommer inte att vara klar på två månader. Du skriver ut 500 enheter nu för att börja sälja och se marknaden. Det håller farten vid liv.
• De "omöjliga" geometrierna: Ibland går en designer vild med interna galler eller organiska former som ett stålverktyg helt enkelt inte kan nå. Om din del ser ut som en bit korall kan utskrift vara ditt enda val.

När ska man trycka på avtryckaren på formsprutning

Detta är för när "experimentet" är över och "affären" börjar.

• Högvolymsäkerhet: Om du är säker på att du kommer att sälja 5 000 enheter, betalar mögelsmärtan i förväg tillbaka på några veckor. Det är skillnaden mellan en hobby och en produktionslinje.
• "Detaljhandelskänslan": Om din produkt ska stå på en hylla på Best Buy eller IKEA måste den kännas "riktig". Inga lager, inga grova kanter – bara den släta, tunga, konsekventa känslan som endast högtrycksgjutning ger.
• Medicinska/bilstandarder: När liv står på spel är "tillräckligt bra" inte ett alternativ. Formsprutning ger dig tillgång till certifierade hartser av medicinsk kvalitet som har testats i årtionden.

Fuskbladet: Snabba verktyg och material

Om du letar efter "hur", här är en snabb pulskontroll på vad som faktiskt används i branschen just nu:

Det sista ordet

Är det ena "bättre" än det andra? Inte riktigt. Det är som att fråga om en hammare är bättre än en skruvmejsel.

De mest framgångsrika projekten jag ser väljer faktiskt inte en sida – de använder båda. De prototyper med 3D-utskrift, använder det för att bygga "bro"-lager och går sedan över till formsprutning när marknaden visar att de har rätt.

För att vara ärlig, det största misstaget är inte att välja "fel" teknik; det väntar för länge på att göra ett val alls. Titta på din volym, kolla ditt bankkonto och börja bara göra. Du kan alltid pivotera senare.

Anpassningens verklighet: 3D-utskrift i aktion

Jag minns ett litet medicinskt tekniskt företag som försökte lösa ett specifikt problem: anpassade kirurgiska guider för ryggradsoperationer. Varje patients ryggrad är olika, så en "standard" del var värdelös.

Om de hade gått formsprutningsvägen skulle de ha varit döda i vattnet. Kan du tänka dig att bearbeta en stålform för 10 000 dollar för en del som du bara ska använda en gång? Det är absurt. Genom att använda SLA (stereolitografi) , kunde de ta en patients datortomografi och skriva ut en biokompatibel guide på mindre än 24 timmar. Kostnaden per del var hög - kanske $ 50 för lite plast - men "verktygskostnaden" var noll. I denna nisch är 3D-utskrift faktiskt inte bara ett val; det är den enda anledningen till att verksamheten finns.

The Power of the Pivot: Skalning med formsprutning

Jämför nu det med en startup jag arbetade med som designade en "smart" återanvändbar vattenflaska. De började på Kickstarter och använde 3D-utskrift (specifikt Multi Jet Fusion ) för sina första 200 "beta"-enheter. Det var bra att få feedback, men så fort de fick 5 000 beställningar blev matematiken ful.

De betalade nästan $12 per bostad för att skriva ut dem. Genom att bita ihop och investera $25 000 i en högkvalitativ aluminiumform sänkte de kostnaden till $0,85 per enhet. För att vara ärlig kändes de 25 000 $ som en förmögenhet på den tiden, men de tjänade tillbaka pengarna under den första månaden av leverans. Det är formsprutningens "odjur" - det är en massiv vägg att klättra på, men utsikten på andra sidan är otroligt lönsam.

Vad är egentligen nästa?

Vi går mot en värld där du egentligen inte behöver "välja sida" längre. Har du hört talas om 3D-printade verktyg ? Det är en fascinerande mellanväg. Företag 3D-printar nu formar själva använda högtemperaturhartser. Du får hastigheten hos en skrivare men materialegenskaperna hos en gjuten del. Den är perfekt för de där "mellan" körningarna på 50 till 100 stycken där ingen av de traditionella metoderna riktigt passar.

Bottom Line

I slutet av dagen bör ditt val inte handla om vilken teknik som är "coolare". Det handlar om din specifika mållinje.

• Itererar du fortfarande? Skriv ut det. * Är din design "fryst" och din orderbok full? Forma den. För det mesta, fastna bara inte i "analysförlamning." De mest framgångsrika tillverkarna jag känner är de som inte är rädda för att använda en 3D-skrivare för att misslyckas snabbt, så de kan använda en formspruta för att lyckas stort.

Vilken är du redo att börja med idag?

Vanliga frågor

Är 3D-utskrift faktiskt "billigare" än formsprutning?
Ärligt? Bara i början. Om du gör en del är 3D-utskrift ett fynd eftersom du inte betalar för en $10 000 form. Men när du väl når en viss volym – vanligtvis runt 500 till 1 000 enheter – börjar kostnaden för "per del" för utskrift att göra ont. Tänk på det som en taxi jämfört med att köpa en bil: taxin är billigare för en enkel resa, men om du kör 100 miles varje dag är det bättre att äga fordonet.

Kan jag använda samma design för båda processerna?
Förmodligen inte. Detta är en fälla många designers faller i. 3D-utskrift låter dig komma undan med "lat" design – du kan ha tjocka block av plast och vassa inre hörn. Om du försöker trycka in samma design i en formspruta kommer den att skeva, sjunka eller fastna. Om du planerar att så småningom gjuta din del, börja designa för det nu (tänk dragvinklar och enhetlig väggtjocklek), även om du bara skriver ut prototyper just nu.

Vilken process ger starkare delar?
Formsprutning vinner den här, helt klart. Eftersom plasten injiceras som en kontinuerlig, smält massa under tryck, är den strukturellt konsekvent hela tiden. 3D-utskrivna delar har "lager" och dessa lager är i huvudsak små fellinjer. Om du betonar en tryckt del på fel sätt kommer den att delas som en träbit.

Hur snabbt kan jag få mina delar?
Om du behöver det imorgon, skriv ut det. Du kan gå från en CAD-fil till en fysisk del på timmar. Formsprutning är ett väntande spel. Även en "snabb" form tar 2 till 4 veckor att bearbeta, och det är innan du ens påbörjar själva produktionskörningen.

Är 3D-utskrift bara för plast?
Egentligen nej. Metall 3D-utskrift (SLM/DMLS) är enormt inom flyg- och medicinska implantat. Du kan även trycka i keramik eller vax för investeringsgjutning. Men för de flesta konsumentprodukter talar vi vanligtvis om olika typer av hartser och termoplaster.

Vänta, hur är det med 3D-utskrift av formen?
Det är "proffset" just nu. Om du behöver 50 riktiga, gjutna delar kan du 3D-printa forminsatserna med ett högtemperat harts. Det är ett bra sätt att testa själva produktionsmaterialet utan att spendera en förmögenhet på ett stålverktyg. Räkna bara inte med att den tryckta formen håller i 10 000 bilder – den kommer förmodligen att ge upp efter 50,