3DPrintStory    Процесс 3D печати    Преимущества 3D печати

Преимущества 3D печати

В статье раскрыты основные преимущества 3D печати в сравнении с традиционными технологиями производства.

Вступление

Во время 3D печати объекты создаются послойно. Этот подход имеет много преимуществ относительно традиционных методов производства. Существуют различные методики 3D печати, но преимущества, рассмотренные в этой статье применимы ко всей индустрии в целом.

Вряд ли 3D печать заменит современные производственные процессы, но есть сферы, в которых 3D принтеры позволяют быстро и с высокой точностью создать необходимое изделие. Понимание преимуществ 3D печати дает инженерам возможность принимать оптимальное решение при выборе технологии производства, что снижает стоимость продукции и/или повышает ее качество.

Скорость

Одно из основных преимуществ 3D печати - скорость производства детали. Сложные по конфигурации модели можно загрузить напрямую из CAD среды и напечатать всего за несколько часов.

В прошлом изготовление прототипа могло занять дни или даже недели. Теперь весь этот технологический процесс можно смело заменить работой одного инженера, который предоставит образец через несколько часов. Да, промышленные 3D принтеры работают долго, но если ваши образцы небольших размеров вы сэкономите кучу времени.

На рисунке ниже показана крепежная деталь, изготовленная из нейлона.

Производство за один установ

Одна из основных задач инженера - максимально оптимизировать производство. Для изготовления большинства деталей необходимо применить несколько различных технологий и последовательных шагов обработки, которые напрямую влияют на качество и скорость производства деталей.

Давайте рассмотрим пример изготовления простого настенного крючка. Как и в случае с 3D печатью, процесс производства начинается с CAD модели. После утверждения дизайна, начинается процесс изготовления. Отрезается нужный кусок стали. После этого ей придают необходимую форму. Вероятно, после придания формы, надо провести замеры полученной детали. Поверхность обрабатывается и доводится до нужного размера. Сверлятся отверстия для монтажа на стену, формируются фаски и скругления.

Если вы используете 3D принтер, все эти операции могут свестись к одной. Как только CAD модель готова, вы можете загрузить ее на 3D принтер и получить готовое изделие через несколько часов.

Возможность производить детали за один установ значительно облегчает жизнь инженеру, который перестает зависеть от отдельного оборудования для токарной, фрезерной обработки, покарски и т.п.

На изображении ниже показан процесс 3D печати (красный) в сравнении с традиционным технологическим процессом (черный).

Цена

Стоимость производства детали можно разбить на 3 части: стоимость работы оборудования, материала и стоимость специалистов.

Стоимость работы оборудования: Большинство настольных 3D принтеров используют столько же электроэнергии, сколько ноутбук или стационарный компьютер. Более мощный, промышленные принтеры используют больше энергии, но возможность производить изделия за один установ все равно делает их эффективнее и менее ресурсоемкими. К слову, стоимость работы технологического оборудования - самая незначительная по сравнению с остальными пунктами.

Стоимость материалов: Стоимость материалов для 3D печати различается для различных технологий печати. Настольные FDM принтеры принтеры используют материалы, которые стоят около $25 за кг, в то время как для SLA печати необходимо отдать около $150 за л. Наличие разных материалов осложняет процесс сравнения с классическими технологиями производства. Например, нейлоновые смеси для SLS стоят около $70 за кг, а comparable nylon pellets used in injection molding можно купить за $2 - $5 за кг. Стоимость материала - основная составляющая производства методом 3D печати.

Стоимость специалистов: Одно из основных преимуществ 3D печати - стоимость специалистов. Если не учитывать пост-обработку, нужен человек, который нажмет одну кнопку. Дальнейший процесс полностью автоматизирован. В сравнении с традиционных производством, во время которого надо задействовать высококвалифицированных, обученных операторов, стоимость специалистов для 3D печати практически равна нулю.

Как уже упоминалось выше, 3D печать гораздо выгоднее для небольших объемов. В основном, ее используют для создания прототипов будущих изделий. Традиционные методы производства вступают в силу, когда производятся детали больших размеров или запускается большая партия деталей.

Минимизация рисков

Даже небольшие изменения в детали могут привести к значительному изменению цены ее производства. Наприм, наличие пазов в детали вынуждает использовать фрезерную обработку. Для этого может понадобится новое оборудование или оператор станка. Так что возможность проверить и уточнить конструкцию на прототипе обеспечивает минимизацию рисков перед запуском большой партии изделий.

Изделия сложной формы

В классическом производственном процессе всегда некоторые ограничения, которые надо учитывать. Например, у вас нет необходимого оборудования для формирования точных сферических поверхностей. Это проблема, так как стоит оно не дешево. 3D печать снимает эти ограничения, так как деталь формируется слой за слоем. Как правило, в 3D печати выделяют единственное ограничение - минимальный размер. Сложно напечатать маленькие элементы. Но эта проблема возникает редко, так что преимущество все же налицо - вы с легкостью сможете реализовать изделия самой сложной геометрии.

Разные сферы применения

Так как мы не ограничены конфигурацией детали, основной концепт 3D печати - изготовление одного изделия для одной задачи. Эта идея особенно хорошо прижилась в медицине. Сейчас на 3D принтере печатают протезы индивидуальной конфигурации, импланты и зубные пломбы. Изготавливают модные аксессуары и предметы интерьера. На рисунке ниже показаны наушники, изготовленные на 3D принтере.

Доступность

Технология 3D печати не новая. Ей уже около 30 лет. Но основной спрос на нее появился в последние 5 лет. Это привело к появлению большого количества 3D принтеров и снижению их цены. В 2015 году по всему миру было продано более 278,000 3D принтеров по цене менее $5000. То, что несколько лет назад было в диковинку, сегодня стало частью большинства предприятий. А open-source движение открыло настольным 3D принтерам дорогу в обычные дома. Например, на момент 2017 года можно приобрести китайский 3D принтер за $150-$200.

На диаграмме ниже показаны продажи 3D принтеров по цене до $5000 с 2017 по 2015 год. Обратите внимание, что последние пять лет количество продаж растет вдвое за год.

Безотходное производство

Классические методы обработки предполагают изготовление детали из заготовки, размер которой больше конечного изделия. В результате формируется стружка. Во время 3D печати расходуется только то количество материала, которое необходимо для производства. Кроме того, многие материалы для 3D печати можно переработать и использовать повторно.

На рисунке ниже показаны подставки для телефонов, изготовленные из материала, содержащего переработанную древесину.