3D-печать vs. литье под давлением: какую технологию выбрать

Суть технологий

3D-печать

Это создание объемных предметов по следующему алгоритму.

1. Сначала в специальной программе создают цифровую модель желаемого объекта — с нуля или на основе данных 3D-сканирования;

2. Модель отправляют на печать. В зависимости от характеристик проекта, выбранного материала и т.д. используют различные технологии.

3. Готовый объект извлекают из принтера и при необходимости обрабатывают — чистят, шлифуют, красят.

Литье под давлением

Это метод массового производства, основная идея которого заключается в том, что расплавленный материал принимает нужную геометрию в пресс-форме.

Пресс-форма состоит из двух половинок (матрицы и пуансона), сделанных из прочного материала и имеющих полость, которая повторяет контуры будущего изделия. Исходный материал, например, пластик или металл, расплавляют и под высоким давлением впрыскивают в эту полость, где он охлаждается и твердеет, принимая необходимую геометрию.

Готовое изделие извлекается из пресс-формы, после чего цикл повторяется. Это позволяет производить тысячи и даже миллионы одинаковых изделий.

Чем различаются 3D-печать и ЛПД

Сроки изготовления заказа

3D-печать намного быстрее, чем ЛПД, и позволяет создавать изделия в рекордно короткие сроки — от одного часа до суток.

ЛПД — более длительный процесс, т.к. сначала необходимо изготовить пресс-форму, что само по себе может занимать месяцы. Кроме того, ЛПД требует более долгой подготовки оборудования и материалов, обучения персонала.

Важно понимать, что здесь мы говорим о единичных экземплярах и небольших партиях (1-10 шт.). Сравнение возможностей серийного производства — ниже.

Объемы производства

3D-печать экономически выгодна для мелкосерийного производства — от одной до 50-80 деталей. ЛПД применяется для производства от 100 до сотен тысяч деталей.

Себестоимость единицы готовой продукции

Минимальная себестоимость единицы изделия, произведенного как с помощью 3D-печати, так и с помощью ЛПД, может быть менее 100 рублей при производстве простых деталей из недорогих материалов.

Ключевой момент: чем больше партия одинаковых деталей, изготовленных с помощью технологии литья под давлением, тем меньше стоит одна единица продукции. С 3D-печатью такой закономерности нет — количество единиц в партии не снижает существенно стоимость одного экземпляра.

Доступные материалы

И для 3D-печати, и для ЛПД доступен большой ассортимент материалов, обладающих самыми разными свойствами. В частности, это пластики — ABS, Nylon, PP, PEEK плюс многие другие, в том числе с наполнителями для придания изделию особой прочности, жесткости или, наоборот, гибкости.

Некоторые материалы, применяемые в 3D-печати, не подходят для ЛПД, например:

• термопластичные полиуретаны (TPU) для печати гибких изделий, деформирующихся без разрушений, — рукавов, шлангов, трубок.

• Материалы с углеродным волокном, предназначенные для создания очень прочных и при этом легких деталей.

• Фотополимеры, затвердевающие под действием ультрафиолета или лазера. Из фотополимеров получаются высокоточные, детализированные изделия с гладкой поверхностью.

Подробнее о материалах для 3D-печати >>

Прототипы или конечные изделия?

3D-печать обычно используется для быстрого прототипирования изделий на ранних стадиях, развивающихся проектов, деталей, которые невозможно изготовить другими методами. 3D-печатные прототипы используются для визуализации и оценки идей, проверки на соответствие инженерным требованиям, тестирования сборки, презентации продуктов в маркетинговых целях.

Литье под давлением (ЛПД) предназначено для прототипов более поздних стадий, готовых конструкций, деталей с жесткими допусками и, в целом, с высокими требованиями к механическим характеристикам. Так же ЛПД применяется для прототипирования изделий, требующих испытаний в максимально приближенных к реальным условиях.

Дополнительное оборудование

Для 3D-печати требуется принтер и расходные материалы, но редко нужно дорогостоящее дополнительное оборудование.

Для ЛПД необходимы: стальная или алюминиевая оснастка, пресс-формы, дозирующие устройства, охладительные системы, выталкиватели для автоматического извлечения готовых деталей и другие инструменты.

Гибкость дизайна

3D-печать позволяет создавать сложные конструкции, чем ЛПД, в том числе соты и решетки. Сочетание 3D-печати с генеративным дизайном и топологической оптимизацией делает ее непревзойденной технологией в плане производства исключительно сложных и то же время функциональных форм.

ЛПД не рекомендуется при доработке деталей или модификации существующей конструкции — это может оказаться слишком затратным по времени и деньгам. Для модификации 3D-печатной детали достаточно внести изменения в цифровой файл и повторить печать.

Потери материала

При ЛПД потери материала минимальны, однако некоторые отходы все же образуются, в основном из литника — приспобления для подачи расплавленного материала в полость формы. В литниковых каналах остается небольшое количество материала после его застывания.

При 3D-печати часть материала может уходить на печать поддерживающих структур, тестовые образцы и брак, но при печати небольших партий потери не являются существенными.

Постобработка

Постобработка готовых изделий бывает необходима и при 3D-печати, и при ЛПД. Она включает в себя удаление лишнего материала, шлифовку и покраску. В случае с 3D-печатью может потребоваться удаление материалов поддержек.

Трудоемкость постобработки при обеих технологиях зависит от сложности формы изделия, требованиям к качеству, объемов производства и т.д.

Выводы

Когда выбирают 3D-печать?

• Быстрые сроки выполнения работ
• Малые объемы производства (до 100 деталей)
• Ранее прототипирование
• Дизайн не финальный, проекту могут потребоваться изменения
• Сложная геометрия изделия

Когда выбирают литье под давлением?

• Длительный срок выполнения работ
• Крупносерийное производство (от 100 до миллионов идентичных деталей)
• Прототипирование на поздних этапах
• Окончательный дизайн детали (прототипирование больше не требуется)
• Относительно простая геометрия изделия

3D-печать и ЛПД могут дополнять друг друга. Например, с помощью 3D-печати изготавливают и прототипируют пресс-формы, оснастку и другие вспомогательные инструменты. Изготовление мастер-моделей с помощью 3D-принтеров позволяет значительно упростить и ускорить литейное производство.

Иногда детали со сложной внутренней геометрией могут быть сначала напечатаны, а затем использоваться в качестве моделей для ЛПД.