Formowanie wtryskowe to od wielu lat główna metoda wytwarzania dużej liczby elementów z tworzyw sztucznych. Okazuje się najbardziej efektywna przy produkcji wysokonakładowej, jednak zupełnie inaczej jest podczas w prototypowania lub wytwarzania krótkich serii produktów. Dlatego w tym artykule przedstawiamy popularne alternatywy, pokazując, czym na ich tle wyróżnia się druk 3D w technologii FDM z materiału PLA.
Spis treści:
- Wyzwania formowania wtryskowego
- Zalety i wady alternatyw dla formowania wtryskowego
- Druk 3D FDM z PLA — najlepsza alternatywa?
- Kiedy wybrać druk 3D zamiast formowania wtryskowego?
Wyzwania formowania wtryskowego
Formowanie wtryskowe ma wiele zalet, z których najważniejsza to wysoka koszt efektywność w produkcji wielkoseryjnej oraz wysoka wydajność produkcji. Nie bez znaczenia są także elastyczność materiałowa oraz precyzja i powtarzalność.
Jednocześnie formowanie wtryskowe nie jest pozbawione ograniczeń. W tym kontekście często wymienia się wysokie koszty początkowe, które generuje konieczność wytworzenia drogich form wtryskowych. To głównie z tego powodu ta metoda opłaca się w zasadzie tylko przy produkcji bardzo dużych wolumenów.
Dodatkowo projektowanie i wykonanie formy mogą zająć całe tygodnie, co wydłuża czas wprowadzenia produkty na rynek. Poza tym wszelkie zmiany w projekcie, nawet najdrobniejsze, wymagają zwykle modyfikacji samej formy, co wiąże się z dodatkowymi kosztami i opóźnieniami. Dlatego już teraz poznaj drukowanie 3d na zamówienie.
Zalety i wady alternatyw dla formowania wtryskowego
Z powodów przedstawionych w poprzednim akapicie, a także z innych względów, stosuje się metody alternatywne dla formowania wtryskowego. Poniżej prezentujemy zalety i wady najpopularniejszych z nich.
Obróbka CNC (Computer Numerical Control)
Obróbka CNC umożliwia tworzenie części z metalu, plastiku i innych materiałów w procesie skrawania. Jest więc ubytkową metodą produkcji. Do jej najważniejszych zalet zaliczamy wysoką precyzję i możliwość wytwarzania elementów z różnych materiałów. W porównianiu do formowania wtryskowego, obróbka CNC jest tańsza, zwłaszcza w produkcji małoseryjnej, z uwagi na fakt, że nie wymaga tworzenia form wtryskowych.
Wśród wad tej metody produkcji znajdziemy przede wszystkim bardzo duże ilości odpadów, co przy zastosowaniu drogich materiałów może generować duże koszty. Proces skrawania jest również czasochłonny. Koszty tej metody rosną wraz z wielkością produkcji, co jej obniża efektywność. Wad tych pozbawione są natomiast wydruki 3d na zamówienie.
Formowanie próżniowe (Thermoforming)
Formowanie próżniowe, polegające na nagrzewaniu arkuszy tworzyw i formowaniu ich na kształt formy, umożliwia szybkie i tanie wytwarzanie przede wszystkim dużych części o nieskomplikowanych kształtach. Do zalet tej metody zaliczamy też o wiele niższe koszty w porównaniu do formowania wtryskowego.
Niestety, formowanie próżniowe uniemożliwia uzyskanie skomplikowanych kształtów i geometrii elementów. Charakteryzuje się także o wiele mniejszą precyzją, co ogranicza jej zastosowania w porównaniu do metody formowania wtryskowego.
Formowanie kompresyjne
Formowanie kompresyjne stosowane jest głównie do produkcji dużych elementów z materiałów termoutwardzalnych. Zapewnia niższe koszty form, umożliwiając produkcję części o bardzo cienkich ściankach (np. obudowy do elektroniki). Do wad tej metody zaliczamy jednak czasochłonność produkcji. Nie pozwala także na tworzenie elementów o skomplikowanych geometriach.
Druk 3D FDM z PLA — najlepsza alternatywa?
Biorąc pod uwagę ograniczenia opisanych powyżej metod, druk 3D w technologi FDM z materiału PLA wydaje się pod wieloma względami najlepszą alternatywą dla formowania wtryskowego. Stwierdzenie to dotyczy zwłaszcza produkcji niskonakładowej i prototypowania.
Druk 3D nie korzysta z form, co obniża już początkowe koszty. Podnosi także opłacalność produkcji nawet pojedynczych egzemplarzy czy prototypów. To czyni tę metodę bardziej dostępną zwłaszcza dla małych firm.
Jest addytywną metodą produkcji, w której praktycznie nie występują odpady materiałowe, bo drukarka zużywa tylko tyle materiału, aby stworzyć gotową część. To również ogranicza koszty produkcji, ma także wymiar proekologiczny, tym bardziej że PLA jest materiałem biodegradowalnym i pozyskiwanym z odnawialnych źródeł.
Jedną z głównych zalet druku 3D jest także szybkość produkcji. Może ona zostać rozpoczęta niezwłocznie po przesłaniu cyfrowego projektu do drukarki. Dzięki temu proces wytwarzania części może trwać zaledwie kilka godzin lub dni (w zależności od stopnia skomplikowania elementu). W porównaniu z formowaniem wtryskowym, którego rozpoczęcie często poprzedzają wielotygodniowe przygotowania form, druk 3D na zamówienie okazuje się więc znacznie szybszy. Może to przyspieszyć wypuszczenie finalnego produktu na rynek.
Kolejną z najważniejszych przewag nad formowaniem wtryskowym, jest duża elastyczność projektowa druku 3D. Po pierwsze technologia ta umożliwia szybkie tworzenie nawet bardzo złożonych kształtów, trudnych lub wręcz niemożliwych do osiągnięcia we wtryskarce. Po drugie zaś modyfikowanie projektu jest bardzo łatwe i tanie. Wystarczy wprowadzić zmiany w cyfrowym modelu, aby niemalże natychmiast rozpocząć proces produkcji kolejnej wersji elementu.
Kiedy wybrać druk 3D zamiast formowania wtryskowego?
Druk 3D FDM z PLA posiada również wady, co jednak nie zmienia faktu, że w porównaniu do formowania wtryskowego sprawdza się lepiej szczególnie w prototypowaniu. Dużą szybkość i elastyczność drukowania przestrzennego pozwalają na wygodne iteracje projektów bez wysokich kosztów i opóźnień, związanych z przeprojektowaniem form.
Natomiast w produkcji krótkoseryjnej druk 3D okazuje się tańszy, niż formowanie wtryskowe, a najbardziej opłacalny jest podczas wytwarzania pojedynczych egzemplarzy. Dodatkowo pozwala na tworzenie części o skomplikowanych geometriach i wewnętrznych strukturach, których uzyskanie w procesie formowania wtryskowego jest bardzo utrudnione.