3D-printen versus spuitgieten: het juiste productieproces kiezen

De onderste regel

Als je op zoek bent naar de “te lang; niet gelezen”-versie, dan is dit de realiteit: 3D-printen is om te flirten met ideeën; Spuitgieten is om je hieraan te verbinden. De keuze komt meestal neer op één enkele vraag: Hoeveel heb je nodig? * Blijf bij 3D-printen als je minder dan 500 onderdelen maakt, je ontwerp nog aan het aanpassen bent, of mofgenochtend een ‘wees gegroet’-prototype nodig hebt. U betaalt voofaf nul voof gereedschap, maar u betaalt een ‘tijdbelasting’ voor elke afzonderlijke eenheid die u produceert.

• Haal de trekker over voor spuitgieten op het moment dat u klaar bent om verder dan 1.000 eenheden te schalen. U zult een enorme rekening vooraf voor de mal moeten slikken (denk aan $ 5.000 tot $ 50.000), maar uw kosten per onderdeel zullen dalen van dollars naar centen.

Eerlijk gezegd kiezen de slimste teams er niet echt één: ze gebruiken 3D-printen om snel en goedkoop te falen, en schakelen vervolgens over op gieten om grote winsten te behalen in de detailhandel. In deze gids wordt precies uiteengezet waar dat ‘break-even’-punt zich bevindt en hoe u de dure fouten kunt vermijden die een project doorgaans de das om doen voordat het zelfs maar van start gaat.

Laten we er meteen naar toe gaan. U heeft een digitaal dossier en u heeft een fysiek onderdeel nodig. Nu komt het moment dat meestal bepaalt of uw project slaagt of een enorme hoofdpijn wordt: Hoe maak je het eigenlijk?

De meeste mensen denken dat het een simpele keuze is tussen de “nieuwe school” (3D-printen) en de “oude school” (spuitgieten). Maar eerlijk? Zo zwart-wit is het zelden meer.

Het echte verschil

Vergeet de studieboeken even. Dit is wat er feitelijk gebeurt:

• 3D-printen is als het gebruik van een hightech lijmpistool om je object laag voor laag tot stand te brengen. Geen gereedschap, geen grote installatie: alleen jij, een machine en een digitaal bestand. Het is ultieme vrijheid, totdat je beseft dat je er vrijdag duizend nodig hebt.
• Spuitgieten is gewelddadiger. Je gooit gesmolten plastic met ongelooflijke druk in een nauwkeurig gesneden stalen ‘grot’. Het is duur om te starten en het duurt een eeuwigheid om het op te zetten, maar zodra de machine begint te neuriën, is het een onstuitbaar beest van efficiëntie.

Waarom dit niet alleen maar ‘Tech Talk’ is

Ik heb veel oprichters romantisch zien worden over 3D-printen, maar beseften dat hun product door de kosten per eenheid onmogelijk te verkopen was. Aan de andere kant heb ik ingenieurs 30.000 dollar zien uitgeven aan een stalen mal voor een product dat nog niet eens op de markt is getest. Dat is een pijnlijke fout om te maken.

De ‘oude regels’ – waar het printen bedoeld was voor speelgoed en het gieten voor de ‘echte’ productie – zijn dood. Tegenwoordig zijn de lijnen vaag. Kunt u een overbruggingsproductierun afdrukken? Gebruikelijk. Moet je een prototype gieten? Soms.

Het doel

Ik ben hier niet om je een lezing te geven. Ik wil je helpen die ‘sweet spot’ te vinden: het exacte moment waarop het ene proces je geld begint te besparen en het andere het begint te verbranden. We gaan kijken naar de korreligheid: de doorlooptijden, de mechanische sterkte en de koude, harde wiskunde van het break-evenpunt.

Benieuwd welk traject daadwerkelijk bij jouw project past? Laten we verhuizen.

Moeten we meteen naar het gedeelte ‘Wat is 3D-printen’ gaan? Ik zal het net zo scherp houden.

Laten we eens kijken naar 3D-printen – of wat de industrie graag ‘Additive Manufacturing’ noemt. Eerlijk gezegd zegt de naam alles: je begint met nul en voegt alleen materiaal toe waar je het nodig hebt.

Zie het als het bouwen van een huis steen voor steen, alleen zijn de stenen microscopisch klein en is de ‘metselaar’ een laser of een mondstuk dat een digitale kaart volgt.

De technologie in de echte wereld

Je hebt er waarschijnlijk wel eens van gehoord FDM (degene die lijkt op een robotlijmpistool), maar dat is slechts het topje van de ijsberg. Als je iets nodig hebt dat er niet uitziet alsof het in een garage is gemaakt, kijk je ernaar SLA or DLP , die licht gebruiken om vloeibare hars om te zetten in vaste, glasgladde onderdelen. Dan is er SLS or MJF -de zware slagmensen. Deze gebruiken lasers om nylonpoeder samen te smelten tot onderdelen die zo sterk zijn dat je ze daadwerkelijk in een automotor of een vliegpak kunt gebruiken.

Het goede, het slechte en het eerlijke

Waarom houden mensen ervan? Snelheid en vrijheid. Als je om 9.00 uur een idee hebt, kun je tegen het avondeten een fysiek onderdeel in handen hebben. Geen mallen, geen ‘gereedschap’, en geen ‘je kunt die vorm niet maken’ van een knorrige machinist. Als je één of tien onderdelen nodig hebt, is 3D-printen je beste vriend.

Maar hier is het addertje onder het gras dat de meeste mensen over het hoofd zien: Het is langzaam. Het laag voor laag opbouwen van een onderdeel kost tijd – soms uren, soms dagen. En laten we het hebben over de kosten ‘per onderdeel’. Hoewel het eerste onderdeel goedkoop is, kost het duizendste onderdeel precies hetzelfde als het eerste. Er is hier geen “bulkkorting” van de wetten van de natuurkunde.

Bovendien is er het ‘graanprobleem’. Net als hout hebben geprinte delen lagen. Als u tegen deze lagen trekt, kan het onderdeel breken. Het wordt beter met nieuwe harsen en metalen, maar het is nog steeds iets dat ingenieurs 's nachts wakker houdt.

Is het voor jou?

Als je nog steeds je ontwerp aan het aanpassen bent, of als je slechts een handvol aangepaste onderdelen nodig hebt die eruit zien alsof ze thuishoren in een sciencefictionfilm, stop dan met zoeken. Je hebt je winnaar gevonden. Maar als u van plan bent een magazijn te vullen? Nou, dat is een heel ander gesprek.

Wilt u doorstromen naar spuitgieten? We kunnen praten over waarom het zo'n hoofdpijn is om te beginnen, maar zo mooi als het eenmaal draait.

Laten we het nu hebben over de zware hitter: Spuitgieten. Als 3D-printen een beeldhouwer is die zorgvuldig een standbeeld uithouwen is, is spuitgieten een hogesnelheidsstempel. Je neemt een blok staal of aluminium, snijdt er een ‘negatieve’ holte van je onderdeel in en blaast vervolgens gesmolten plastic met angstaanjagend hoge druk in die leegte. Zodra het is afgekoeld (wat binnen enkele seconden gebeurt), springt de mal open, laat het onderdeel vallen en wordt opnieuw ingesteld. Spoel en herhaal, duizenden keren per dag.

De ‘muur’ vooraf

Ik zal er eerlijk over zijn: aan de slag gaan met spuitgieten is een hele klus. Je drukt niet zomaar op ‘printen’. Je moet de mal ontwerpen, wat op zichzelf al een technisch hoogstandje is. Je moet denken aan “tochthoeken” (zodat het onderdeel niet vast komt te zitten) en “poortlocaties” (waar het plastic binnenkomt).

Dan is er de rekening. Een fatsoenlijke stalen mal kan je gemakkelijk €5.000, €20.000 of zelfs €100.000 kosten voordat je ook maar één bruikbaar onderdeel hebt geproduceerd. En het wachten? Verwacht dat u 4 tot 10 weken op uw handen zult zitten terwijl het gereedschap wordt bewerkt en gepolijst.

Waarom moeite doen?

Waarom doet iemand dat, ondanks al dat gedoe? Want zodra de “tooling” klaar is, draait de wiskunde in uw voordeel. We hebben het over de kosten per onderdeel die dalen van dollars naar centen.

Het gaat echter niet alleen om het geld. Spuitgietonderdelen zijn dat wel sterk. Omdat het plastic één continue, onder druk staande massa is in plaats van een stapel lagen, is de structurele integriteit van wereldklasse. Wil je een specifieke textuur? Een “zachte” afwerking? Een specifieke tint ‘Ferrari Red’? Spuitgieten regelt dat moeiteloos. Van het ABS in je LEGO-stenen tot de PEEK van medische kwaliteit in een hartklep: de materiaalbibliotheek is in principe oneindig.

De wisselwerking

Het grootste nadeel – naast de kosten – is dat je ‘opgesloten zit’. Als je een fout in je ontwerp ontdekt nadat de mal is uitgesneden, heb je te maken met een heel dure presse-papier en moet je veel uitleggen aan je accountant. Het is een proces dat degenen beloont die hun huiswerk hebben gedaan en klaar zijn om groots te ondernemen.

Moeten we naar het gedeelte 'Belangrijkste verschillen' gaan? Dit is waar we de werkelijke ‘Break-Even’-wiskunde opsplitsen om te zien welke u uw budget bespaart.

Laten we naar de koperen spijkers gaan: De beslissingsmatrix. Dit is waar de theoretische dingen eindigen en uw budget begint. De meeste mensen raken hier verlamd, maar het komt eigenlijk neer op een paar koude, harde variabelen.

1. De ‘break-even’-wiskunde

Dit is de grote. Met 3D-printen blijven uw kosten gelijk. Of u nu 1 onderdeel of 100 onderdelen maakt, u betaalt voor de machinetijd en het materiaal. Het is een rechte lijn.

Spuitgieten begint echter met een enorme verticale piek (de gereedschapskosten). Maar naarmate u meer produceert, worden die kosten ‘verdund’.

De vuistregel: * 1 tot 500 eenheden: 3D-printen is bijna altijd de winnaar.

• 500 tot 2.000 eenheden: Dit is de ‘grijze zone’. Het hangt ervan af hoe complex uw onderdeel is.
• 2.000 eenheden: Stop met nadenken en ga voor spuitgieten. Met de centen die u per onderdeel bespaart, kunt u uiteindelijk die dure mal betalen en nog wat.

2. Ontwerpflexibiliteit versus precisie

Beschouw 3D-printen als ‘Design for Anything’. U wilt een holle roosterstructuur in een bol? Geen probleem. 3D-printen geeft niets om complexiteit.

Spuitgieten is een ander beest. Je moet “Design for Manufacturing” (DFM) gebruiken. Je hebt nodig ontwerphoeken (licht taps toelopend) zodat het onderdeel daadwerkelijk uit de mal kan glijden. Je moet je zorgen maken wanddikte —als een deel van je ontwerp te dik is, zal het “zinken” of kromtrekken als het afkoelt. Mocht je later van gedachten veranderen? Het wijzigen van een 3D-bestand duurt vijf minuten; Het vervangen van een stalen mal duurt vijf weken en een paar duizend dollar.

3. Sterkte en oppervlakteafwerking

Laten we eerlijk zijn: als je een onderdeel nodig hebt dat eruit ziet alsof het uit de winkel komt, is spuitgieten de gouden standaard. Het oppervlak is glad, de kleur is ingebakken en het onderdeel is ‘isotroop’, wat betekent dat het in elke richting even sterk is.

3D-printen heeft een lange weg afgelegd, maar de meeste onderdelen (vooral FDM) hebben nog steeds dat veelzeggende ‘gelaagde’ uiterlijk. Ze zijn ook ‘anisotroop’, wat een mooie manier is om te zeggen dat ze zich langs de laaglijnen kunnen splitsen als je er te veel nadruk op legt.

4. Materiaalkeuze

• 3D-printen: Je bent beperkt tot wat kan worden omgezet in een filament, poeder of hars. Het is een groeiende lijst, maar het is nog steeds een subset.
• Spuitgieten: Als het plastic is, kun je het vormen. Wilt u met glas gevuld nylon voor hoge temperaturen? Of flexibel TPE dat aanvoelt als rubber? Jij hebt de sleutels van het hele polymeerkoninkrijk.

Klaar om dit af te ronden met de samenvatting 'Wanneer moet u welke gebruiken' en enkele voorbeelden uit de praktijk?

Dus waar stop je eigenlijk je geld? Laten we stoppen met praten over theorie en kijken naar de scenario’s uit de echte wereld die gewoonlijk op mijn bureau belanden.

Wanneer moet je het bij 3D-printen houden?

Eerlijk gezegd, als je nog in de ‘wat als’-fase zit, is 3D-printen je beste vriend.

• De prototypefase: Als je het onderdeel in je hand wilt voelen, de pasvorm wilt testen of vóór maandag een ‘looks-like-works-like’-model aan een investeerder wilt laten zien, kijk dan niet eens naar een mal.
• Brugproductie: Dit is een stap die ik slimme teams voortdurend zie maken. U bent klaar met uw ontwerp en u heeft uw spuitgietmatrijs besteld, maar die matrijs is pas over twee maanden klaar. U drukt nu 500 eenheden af ​​om te beginnen met verkopen en de markt te betreden. Het houdt het momentum levend.
• De “onmogelijke” geometrieën: Soms gaat een ontwerper helemaal los met interne roosters of organische vormen waar een stalen gereedschap eenvoudigweg niet bij kan. Als uw onderdeel op een stuk koraal lijkt, is bedrukken wellicht uw enige keuze.

Wanneer moet u de trekker overhalen bij spuitgieten?

Dit is voor wanneer het ‘experiment’ voorbij is en de ‘business’ begint.

• Zekerheid bij hoog volume: Als u er zeker van bent dat u 5.000 eenheden zult verkopen, betaalt de initiële pijn van de mal zichzelf binnen enkele weken terug. Het is het verschil tussen een hobby en een productielijn.
• Het ‘retailgevoel’: Als je product bij Best Buy of IKEA op de plank komt te staan, moet het ‘echt’ aanvoelen. Geen lagen, geen ruwe randen - alleen het gladde, zware, consistente gevoel dat alleen hogedrukgieten oplevert.
• De medische/autonormen: Als er levens op het spel staan, is ‘goed genoeg’ geen optie. Spuitgieten geeft u toegang tot gecertificeerde harsen van medische kwaliteit die al tientallen jaren worden getest.

Het spiekbriefje: snelle hulpmiddelen en materialen

Als u op zoek bent naar het ‘hoe’, vindt u hier een snelle controle van wat er momenteel daadwerkelijk in de branche wordt gebruikt:

Het laatste woord

Is het een ‘beter’ dan het ander? Niet echt. Het is hetzelfde als vragen of een hamer beter is dan een schroevendraaier.

Eigenlijk kiezen de meest succesvolle projecten die ik zie niet één kant; ze gebruiken beide. Ze maken prototypes met 3D-printen, gebruiken het om een ​​‘brugvoorraad’ op te bouwen en stappen vervolgens over op spuitgieten zodra de markt hun gelijk geeft.

Om eerlijk te zijn is de grootste fout niet het kiezen van de “verkeerde” technologie; het is te lang wachten om überhaupt een keuze te maken. Kijk naar uw volume, controleer uw bankrekening en begin gewoon met verdienen. Je kunt later altijd nog draaien.

De realiteit van maatwerk: 3D-printen in actie

Ik herinner me een klein medisch technologiebedrijf dat een specifiek probleem probeerde op te lossen: op maat gemaakte chirurgische handleidingen voor wervelkolomoperaties. De wervelkolom van elke patiënt is anders, dus een ‘standaard’ onderdeel was nutteloos.

Als ze de spuitgietroute hadden gevolgd, zouden ze dood in het water hebben gelegen. Kunt u zich voorstellen dat u een stalen mal van $ 10.000 bewerkt voor een onderdeel dat u maar één keer gaat gebruiken? Het is absurd. Door te gebruiken SLA (stereolithografie) konden ze binnen 24 uur de CT-scan van een patiënt maken en een biocompatibele handleiding afdrukken. De kosten per onderdeel waren hoog – misschien $ 50 voor een beetje plastic – maar de “gereedschapskosten” waren nul. Eigenlijk is 3D-printen in deze niche niet zomaar een keuze; het is de enige reden dat het bedrijf bestaat.

De kracht van het draaipunt: schaalvergroting met spuitgieten

Vergelijk dat eens met een startup waarmee ik samenwerkte en die een ‘slimme’ herbruikbare waterfles ontwierp. Ze begonnen op Kickstarter en gebruikten 3D-printen (specifiek Multi Jet-fusie ) voor hun eerste 200 “bèta”-eenheden. Het was geweldig om feedback te krijgen, maar zodra ze 5.000 bestellingen bereikten, werd de wiskunde lelijk.

Ze betaalden bijna $ 12 per behuizing om ze te printen. Door de knoop door te hakken en 25.000 dollar te investeren in een aluminium mal van hoge kwaliteit, daalden ze die kosten naar 0,85 dollar per stuk. Eerlijk gezegd voelde die $ 25.000 destijds als een fortuin, maar ze verdienden dat geld terug in de eerste maand van verzending. Dat is het ‘beest’ van spuitgieten: het is een enorme muur om te beklimmen, maar het uitzicht aan de andere kant is ongelooflijk winstgevend.

Wat is het volgende?

We evolueren naar een wereld waarin je niet echt meer ‘een kant hoeft te kiezen’. Heb je erover gehoord 3D-geprint gereedschap ? Het is een fascinerende middenweg. Bedrijven zijn nu bezig met het 3D-printen van de vormt zichzelf gebruik van harsen op hoge temperatuur. U krijgt de snelheid van een printer, maar de materiaaleigenschappen van een vormdeel. Het is perfect voor die tussendoortjes van 50 tot 100 stuks waarbij geen van beide traditionele methoden helemaal past.

De onderste regel

Uiteindelijk zou uw keuze niet moeten gaan over welke technologie ‘cooler’ is. Het gaat om jouw specifieke eindstreep.

• Ben je nog steeds aan het herhalen? Druk het af. * Is uw ontwerp “bevroren” en uw orderboek vol? Vorm het. Blijf vooral niet hangen in ‘analyseverlamming’. De meest succesvolle fabrikanten die ik ken, zijn degenen die niet bang zijn om een ​​3D-printer te gebruiken om snel te falen, zodat ze een spuitgietmachine kunnen gebruiken om groots te worden.

Met welke ben jij klaar om vandaag mee te beginnen?

Veelgestelde vragen

Is 3D-printen eigenlijk ‘goedkoper’ dan spuitgieten?
Eerlijk gezegd? Alleen bij het begin. Als je één onderdeel maakt, is 3D-printen een koopje, omdat je niet betaalt voor een mal van $ 10.000. Maar zodra u een bepaald volume bereikt (meestal rond de 500 tot 1.000 eenheden), beginnen de afdrukkosten per onderdeel pijn te doen. Zie het als een taxi versus het kopen van een auto: de taxi is goedkoper voor een enkele rit, maar als je elke dag 160 kilometer rijdt, kun je het voertuig beter bezitten.

Kan ik voor beide processen hetzelfde ontwerp gebruiken?
Waarschijnlijk niet. Dit is een valkuil waar veel ontwerpers in trappen. Met 3D-printen kun je wegkomen met een ‘lui’ ontwerp: je kunt dikke blokken plastic en scherpe interne hoeken hebben. Als je datzelfde ontwerp in een spuitgietmatrijs probeert te stoppen, zal het kromtrekken, zinken of vastlopen. Als u van plan bent uw onderdeel uiteindelijk te vormen, begin er dan voor te ontwerpen nu (denk aan diepgangshoeken en uniforme wanddikte), zelfs als u voorlopig alleen maar prototypes afdrukt.

Welk proces levert sterkere onderdelen op?
Spuitgieten wint deze zonder twijfel. Omdat het plastic als één continue, gesmolten massa onder druk wordt geïnjecteerd, is het structureel consistent. 3D-geprinte onderdelen hebben ‘lagen’, en die lagen zijn in wezen kleine breuklijnen. Als je een geprint onderdeel verkeerd benadrukt, splijt het als een stuk hout.

Hoe snel kan ik mijn onderdelen krijgen?
Als je het morgen nodig hebt, print het dan uit. Binnen enkele uren kunt u van een CAD-bestand naar een fysiek onderdeel gaan. Spuitgieten is een wachtspel. Zelfs een ‘snelle’ matrijs heeft twee tot vier weken nodig om te bewerken, en dat is nog voordat u met de daadwerkelijke productierun begint.

Is 3D-printen alleen voor plastic?
Eigenlijk niet. Metaal 3D-printen (SLM/DMLS) is enorm populair in de lucht- en ruimtevaart en medische implantaten. U kunt ook keramiek of was bedrukken voor investeringsgieten. Bij de meeste consumentenproducten hebben we het echter meestal over verschillende soorten harsen en thermoplastische materialen.

Wacht, hoe zit het met het 3D-printen van de mal?
Dat is de ‘pro-move’ op dit moment. Als u 50 echte, gegoten onderdelen nodig heeft, kunt u de malinzetstukken in 3D printen met behulp van een hogetemperatuurhars. Het is een geweldige manier om het eigenlijke productiemateriaal te testen zonder een fortuin uit te geven aan stalen gereedschap. Verwacht alleen niet dat die gedrukte mal 10.000 opnames meegaat; hij zal het waarschijnlijk na 50 ophouden.