Методы производства

Можно выделить 3 основных метода производства изделий:

1. Formative manufacturing (Формование). Когда в заранее подготовленную форму по специальным каналам поступает материал в жидком виде и застывает. Наиболее известные технологии это литье в силиконовые формы и впрыскивание под давлением.

Тогда как литье в силиконовые формы можно осуществлять и в домашних условиях, профессиональная услуга требует специального оборудования. Впрыскивание (или литье) под давлением это промышленная технология, требующая больший материальных вложений в оборудование и изготовление пресс формы. Данная технология позволяет быстро производить большое количество изделий из пластиков, где стоимость каждой отдельной детали становиться меньше с увеличением количества.

2. Subtractive manufacturing (Извлечение). Принцип данного метода в том, что из массы материала вырезается необходимая форма. Используется на фрезеровочных\токарных и ЧПУ (координатных) станках а так же на раскройных и лазерных станках. 

3. Additive manufacturing (Добавление). В данном случае материал добавляется в необходимое место и в необходимом количестве, для формирования необходимой формы. К этому методу и относиться 3д печать. В отличие от остальных методов, 3д печать позволяет производить небольшие партии деталей с низкой себестоимостью, однако с увеличением количества деталей стоимость выравнивается и становиться дороже, чем приведенные выше методы.

Каждый метод производства имеет свои достоинства и недостатки и применяется для определенных задач. Некоторые задачи гораздо более выгодно (и в плане времени и в плане стоимости) выполнять определенным методом, так же каждый метод определяет свои технические\ прочностные характеристики, точность и качество поверхности производимых деталей. Так как мы работаем преимущественно с методом аддитивного производства, через призму данного метода мы постараемся рассмотреть наиболее важные характеристики всех 3 производственных процессов.

 

Доступность

Как в плане стоимости (например минимальный заказ на печать у нас 1000 руб.), так и в плане сроков (от 1 дня или даже нескольких часов), но об этом ниже. В первую очередь имеется ввиду именно доступ пользователя к технологии. 

Однако здесь есть важный нюанс: для для печати НЕОБХОДИМА цифровая 3D модель, правильно сделанная (с соблюдением необходимых для печати требований) и экспортированная в правильном масштабе в один из необходимых форматов (STL, STP, IGS, OBJ). Так же без данной модели невозможно точно (а иногда и примерно) определить стоимость. Тогда как для многих специалистов, взаимодействовавших с производствами это не является сюрпризом или серьезной преградой , для обычного пользователя, желающего заменить сломавшуюся ручку сложной формы, стоимость цифровой модели может быть гораздо выше чем новая купленная ручка или даже вся дверь целиком. Однако если вам нужно 100 таких ручек и у Вас есть ТЗ и, например, чертеж, стоимость моделирования снижается и размывается на партию.

3д печать это доступный метод производства, но это все же производство (технически сложный процесс) со всеми вытекающими издержками. 

Тем не менее, если сравнить аддитивное производство в двумя другими методами, обозначенными выше, это самый доступный метод. Для формативного метода производства требуется не только мастер-модель (для проверки, чаще всего изготавливается методом 3д печати), чертежи, техническое задание, но и производственный план на изделие. Сюда можно добавить небольшой нюанс-специфическую черту работы отечественных предприятий в сфере производства или косвенно относящихся к данной сфере (наше субъективное мнение, основанное на личном опыте): если менеджер предприятия, в которое Вы обратились поймет, что Вы не сильно разбираетесь в том, чего хотите или Ваш запрос покажется ему не очень интересным (по какой-либо причине) он может просто прекратить общение с Вами по личной инициативе без объяснения причин. Даже если Вы продолжите общение, у Вас вполне может сложиться впечатление, что Вам делают огромное одолжение и Вы должны быть за это благодарны.

Справедливости ради, стоит заметить, что подобные ситуации могут возникать и в двух других производственных методах, однако степень и частота данных ситуаций снижается с переходом от Formative Manufacturing к Subtractive manufacturing и к Additive manufacturing. 

Пусть описанное Выше является показателем субъективным и не относящимся к технической стороне дела, мы считаем важным упомянуть об этом, так как это напрямую относиться к Доступности того или иного метода. Здесь стоит повторить - это наше личное впечатление (основанное, однако, на опыте), не более того. 

 

Стоимость

Данный раздел имеет смысл разделить на 2 части: стоимость как таковая (от 1 шт.) и сравнение стоимости с увеличением количества.

 

Часть первая.

Как уже было обозначено выше, самой доступной технологией является Additive manufacturing, то есть 3d печать. Здесь стоит уточнить, что стоимость сильно варьируется, в зависимости от выбора материала. Доступными материалами для 3D печати являются пластик ABS и PLA, стоимость может начинаться от 5 руб/см3 фактического объема 3д модели, однако существует так же большое количество других материалов, стоимость которых может значительно отличатся в большую сторону. Так средняя стоимость печати из полиамида составляет 100 руб/см3 а из фотополимера начинается от 100 руб и может доходить до 500 руб./см3. Можно так же упомянуть 3д печать металлом, цены на данную услугу заметно выше и начинаются около 1000 руб/см3. Здесь стоит добавить, что стоимость печати внутри диапазонов по материалам определяется как свойствами материалов (марки пластика ABS или его производные материалы), так и типом используемого оборудования. Один и тот же материал (например пластик или полиамид) может быть использован на разных принтерах, при этом вы получите разный результат, однако определенные типы материалов могут быть использованы только с определенным видом принтеров, ввиду их технических особенностей. Таким образом 3д печать может быть как доступным, так и довольно дорогим производственным методом.

Далее по доступности следует Subtractive manufacturing. Данный метод представлен в нашей статье фрезеровкой на станках ЧПУ и лазерной резкой. Здесь цена складывается в зависимости от типа выбранного материала (металл, пластик, дерево и т.д.), качества (степени) обработки и типа используемого оборудования. Так обработка дерева или пластика черновым способом на высокой скорости может быть довольно доступной по цене, тогда как 3х ступенчатая обработка металла на 4х или 5-координатном станке с высокой точностью является дорогим удовольствием. Здесь стоит отметить, что Subtractive manufacturing, по сути, является единственном доступным типом для производства металлических изделий, так как 3д печать изделий из металла будет не только  дороже, но и может уступать по качеству готовой поверхности.

Здесь стоит упомянуть о важном моменте, снова выдвигающем аддитивное производство на первое место: далеко не все формы изделий могут быть изготовлены посредством фрезерной обработки (и литья под давлением), тогда как для 3д печати доступны почти все формы. Подробнее об этом ниже.

И замыкает список Formative manufacturing или литье в формы. Стоит однако сказать, что существует промежуточная форма производства изделий из пластика, посредством литья в силиконовые формы, которая по доступности может делить 2 строчку с фрезерной обработкой. Мы еще коснемся этого способа во второй части. Существуют и другие формы литья, например литье металлов различными способами, о которых мы говорить не будем. Более подробно здесь мы остановимся на литье под давлением, как самой популярной технологии для производства пластиковых изделий. Ценовой порог данной технологии высок (по сравнению со способами описанными выше), за счет сложной цепочки производства и необходимости проектирования и производства формы. Стоимость процесса будет во многом зависеть от количества изделий, которое Вам необходимо произвести, но об этом во второй части. Стоимость проектирования и производства зависит от множества факторов. однако усредненная, примерная цена на изготовления формы может быть не менее 500 000 руб. а срок не менее 1 месяца. К этому стоит прибавить стоимость проектных работ по первичной разработке изделия и тестированию (с применением описанных выше технологий). 

Однако как только все подготовительные работы закончены а форма изготовлена, Вы можете быстро производить изделия с низкой стоимостью за единицу.

 

Часть вторая.

В данной части мы решили на примере показать стоимость той или иной технологии. 

За основу была взята простая модель рамки (размер 100/100/10 мм), чтобы изготовление под силу было всем технологиям*. Материал изготовления - пластик АБС или близкий аналог** Цены представлены за 1 шт, с учетом количества.

 

*стоит сказать, что отверстия в боковинах невозможно (или очень дорого) изготовить по технологии Subtractive manufacturing, поэтому в данной технологии считали без них. 

**Subtractive manufacturing - полипропилен

 

Additive manufacturing (3d печать)

1 шт - 432 руб (минимальный заказ 1000 руб.) Срок 1 день. 

100 шт - 266 руб. Срок 3-4 дня. 

1000 шт - 187 руб. Срок 16-20 дней.

 

Subtractive manufacturing (Фрезеровка ЧПУ, Лазерная резка) 

Фрезеровка (полипропилен)

1 шт - нет (минимум 100 шт) 

100 шт - 400 руб. Срок - неделя

1000 шт - 200 руб. Срок - 2 недели

 

Лазерная резка (АБС) 

1 шт - нет (минимум 100 шт) 

100 шт - 200 руб Срок - неделя

1000 шт - 180 руб. Срок - 2 недели

 

Formative manufacturing (Литье в силиконовые формы, Литье под давлением) 

Литье в силиконовые формы

Мастер модель 3000 руб. 2-4 дня

1 шт - 8000 руб. Срок 2-3 дня

100 шт - 543 руб Срок - неделя

1000 шт - 310 руб. Срок - 2,5 недели

 

Литье под давлением

Прототип 1000- 3000 руб. 2-4 дня

Пресс форма 300 000 - 500 000 руб. 1-2 месяца.

Стоимость выпуска 1 изделия 10-14 руб./шт.

 

Резюмируя, до 100 шт у 3d печати нет конкурентов, от 100 до 1000 шт (даже до нескольких тысяч) конкуренцию может составить (если форма модели простая) Subtractive manufacturing, если Вам нужно от нескольких тысяч и более, тогда целесообразно использовать Formative manufacturing (литье под давлением).

Данный расчет не учитывает технологические особенности производственных процессов и материалов, что так же является важным (зачастую решающим) фактором, при выборе метода производства.

 

Технологии и материалы. 

Аддитивное производство (Additive manufacturing) представлено в нашей статье технологией 3d печати, подробнее о том, как работает технология Вы можете узнать здесь

Ввиду технологических особенностей, качество поверхности, прочность и прочие характеристики могут уступать Subtractive manufacturing и точно уступают Formative manufacturing. Все конечно же зависит от конкретного 3d принтера и материала, но в целом это так, особенно если взять самую популярную технологию послойного наплавления (FFF) и самые популярные материалы пластика ABS и PLA. Данные материалы превосходят по прочностным, температурным и прочим характеристикам большинство полимеров, гипс и, некоторые марки полиамида. Для улучшения качества поверхности часто применяются различные техники пост-обработки, однако даже после обработки поверхность может уступать по качеству другим методам производства. Тем не менее, все большее количество людей и компаний находят для себя данное качество приемлемым, пересматривая сложившиеся ранее стандарты. Более того. иногда качество поверхности не имеет значения, так как деталь является внутренней (скрытой) частью. Однако данный параметр безусловно является, минусом аддитивной технологии.

Материалы в целом могут иметь самые разные свойства по прочности, качеству поверхности, точности и пр. и зависят от технологии 3д печати. Несмотря на то, что линейка материалов постоянно расширяется, перечень доступных материалов ограничен и уступает своим разнообразием Formative Manufacturing к Subtractive manufacturing, так как используются в основном полимеры, зачастую имеющие похожие основы. Аддитивное производство имеет довольно широкую линейку материалов, но основная их часть слабо доступна (керамика, металл, тугоплавкие полимеры, композитные материалы и тд.) из-за довольно дорогой стоимости как оборудования так и самих материалов, тогда как, например, некоторые полимеры, прозрачные материалы или металлы могут быть вполне доступны для технологий Formative Manufacturing к Subtractive manufacturing. Описанное выше так же является минусом, однако ситуация с течением времени меняется к лучшему и все больше материалов становиться доступно для 3d печати.

Теперь перейдем к тому, как строиться производственный процесс и какие преимущества или недостатки из этого следуют. Как было описано выше, для всех методов производства необходимы вводные данные (3д модели или чертежи), в Formative Manufacturing к этому добавляется мастер-модель. Далее идет сам процесс производства. Additive manufacturing имеет самую короткую цепочку (модель обрабатывается ПО и сразу передается на печать) и требует наименьшее количество подготовки, чуть больше подготовки требует Subtractive manufacturing, так как там необходима подготовка материала изготовления и более долгая наладка процесса, и гораздо более длинную цепочку имеет Formative Manufacturing: подготовка проектной документации и чертежей, проверка, подготовка мастер модели, проверка, подготовка пресс-формы, тестовые запуски и, непосредственно изготовление. Соответственно двигаясь от Additive manufacturing к Formative Manufacturing возможность корректировки процесса и модели снижается и становиться вообще не возможной без перезапуска всего процесса.

Главное, что выделяет Аддитивное производство и является одним из его ключевых преимуществом: 3д печати может создавать практически любые формы модели, тогда как Subtractive manufacturing ограничены 3-мя координатами фрезерования (есть и 5 координатные станки, но они все-равно сильно уступают печати, более того, они далеко не так доступны как 3х координатные), что сильно уступает 3д печати. Formative Manufacturing так же довольно сильно ограничено в форме (не так сильно как Subtractive manufacturing, но все же) и может создавать далеко не все. Благодаря возможности создания практически неограниченных по сложности форм изделий 3d печать замещает старые методы и преобразовывает многие отрасли промышленности. Наглядным примером здесь может являться 3d печать ракетных двигателей из металла. Благодаря описанному выше, печать способна создать гораздо более сложную внутреннюю структуру изделия, что старым методам производства было не под силу.

--

Резюмируя, можно сказать, что каждая технология производства подходит для определенных задач, имеет свои недостатки и достоинства. Каждая отдельная технология на данном этапе развития не способна заместить другие, напротив, необходимо углублять взаимопроникновение технологий и их перекрестное использование, для наиболее эффективного решения производственных задач.

© 2012-2018. 3dminifactory.ru. Все права защищены.