Kan 3D-printen spuitgieten vervangen? Waarom het niet zal gebeuren

Als je de nieuws ten minste een keer in het laatste decennium hebt gelezen, ben je misschien bewust van de zogenoemde 3D-printrevolutie. Hoewel additieve productie sinds de jaren '80 in de industrie wordt gebruikt, was het niet wijd beschikbaar voor hobbygebruikers tot recent.

De creatie van het RepRap-project, naast het verlopen van verschillende octrooiën, maakte een versnelde daling in de kosten van hobby-3D-printers mogelijk.

Nu bijna iedereen een 3D-printer kan krijgen, vragen veel mensen zich af wat de grenzen van deze technologie zijn, en vooral of het ooit traditionele productiemethoden zoals spuitgieten zal vervangen.

Hoewel 3D-printen zeker zijn eigen plek in de industriële ruimte heeft, zal het traditionele spuitgietproductie niet vervangen, tenminste niet in de komende jaren. Beide technologieën hebben hun voor- en nadelen en kunnen de ander in specifieke gebieden overtreffen. Terwijl 3D-printen uitstekend is voor kleine productieseries en het maken van prototypes, is spuitgieten nog steeds het meest kostenefficiënt voor grote producties.

Vanwege de lagere kosten van de materialen en de energie-efficiëntie van spuitgieten, is het de aanbevolen productietechnologie bij het produceren van meer dan (ongeveer) honderd kilogram kunststof eenheden van hetzelfde product.

Waarom is 3D-printen duurder dan spuitgieten?

Ervan uitgaande dat je al een vorm hebt om je productie te starten, is spuitgietproductie veel goedkoper dan 3D-printen op een per-eenheid basis. Dit is zowel door de daadwerkelijke kosten van het plastic dat voor beide technieken wordt gebruikt, als de energie-efficiëntie van elke technologie.

Energie-efficiëntie van 3D-printen en spuitgieten

De gemiddelde stroomverbruik van een werkende 3D-printer bij printen op 200°C met een verwarmd bed op 60°C is ongeveer 125W/u. Dit betekent dat 3D-printen gemiddeld 9,61 kW per kilogram plastic verbruikt, terwijl we voor het produceren van hetzelfde hoeveelheid plastic via spuitgieten slechts gemiddeld 1,5 kW nodig hebben.

Met een gemiddeld tarief van 13 cent per kW/u (een redelijke prijs voor de VS), worden de kosten van het produceren van 1 kg plastic $1,25 voor 3D-printen en $0,19 voor spuitgieten.

Hoewel deze getallen een ruwe benadering zijn, en de exacte kosten van elke technologie afhangen van de specifieke machine en de modellen die geproduceerd worden, kunnen we toch concluderen dat spuitgieten efficiënter is in termen van stroomverbruik voor ruwweg dezelfde output (met een factor van meer dan 6).

De schattingen van het stroomverbruik voor deze berekening zijn gebaseerd op onze eigen metingen van een Ender 3 v2 (bekijk Facundo's artikel over het onderwerp). Je hebt misschien geraden dat noch hij noch ik een spuitgietmachine thuis hebben, dus ik baseerde deze berekeningen op een gemiddelde van meerdere betrouwbare bronnen.

Kosten van plastic voor 3D-printen en spuitgieten

De kosten per kilogram materiaal voor 3D-printers is ruwweg 20 keer duurder dan de plastic pellets die voor spuitgieten worden gebruikt.

Als je ooit filament voor een 3D-printer hebt gekocht, kun je waarschijnlijk instemmen dat het niet ongebruikelijk is om $20 te betalen voor een spoel PLA of ABS. Vergelijk dat met de gemiddelde kosten van $1 voor een kilogram ABS-pellets en nu weten we zeker waarom de meeste van onze dagelijkse apparaten niet 3D-geprint zijn.

Is spuitgieten altijd goedkoper dan 3D-printen?

Hoewel we al bepaald dat spuitgieten veel kostenefficiënter is voor het produceren van grotere hoeveelheden van een gegeven product, hebben 3D-printers ook hun plek in de industrie.

Vaak is het alleen nodig om een kleine tot middelgrote batch van een gegeven product te produceren. Dit kan het geval zijn van een prototype of een product dat alleen een nichemarkt bedient en dus beperkte vraag heeft.

Voor kleinere hoeveelheden is de kosten van de vorm zelf heel belangrijk. Ruwweg gesproken, kan een single-cavity vorm (een eenvoudige) je tussen $1000 en $2000 kosten, terwijl grote en complexe tot $75.000 kunnen kosten.

Om de prijs van een vorm te vragen is als om de prijs van een auto te vragen, in de zin dat het bereik enorm is. De waardering van mijn auto is waarschijnlijk lager dan de prijs van een Ferrari. Niettemin, voor het vergelijken van beide technieken, zal ik beide technieken vergelijken aannemend een vormkost van $10.000.

Zoals je in het onderstaande diagram kunt zien, wordt spuitgieten kostenefficiënter dan 3D-printen bij ongeveer 500 kg geproduceerde items.

Dit inflectiepunt (500 kg) hangt sterk af van de kosten van de vorm zelf. Als we dezelfde berekeningen opnieuw uitvoeren, maar een vormprijs van slechts $2.000 aannemen (voor een eenvoudige single-cavity vorm), zouden we moeten besluiten om van 3D-printen over te stappen op spuitgieten bij ongeveer 100 kilogram.

Wanneer moet ik een 3D-printer gebruiken in plaats van spuitgieten?

Additieve productie is handiger in gevallen waar de vereiste productie slechts een paar tientallen kilogrammen is. Het wordt ook aanbevolen voor het snel prototypen van nieuwe modellen, vanwege het feit dat het ontwerpers in staat stelt om hun modellen te itereren en te optimaliseren zonder significante kosten te maken.

3D-printtechnologie stelt ontwerpers ook in staat om vormen te ontwerpen die niet geproduceerd kunnen worden met traditionele productiemethoden. De volgende Eiffeltoren die ik met mijn Ender 3 v2 printte, is onmogelijk te produceren met spuitgieten.

Is 3D-printen langzamer dan spuitgieten?

Een 3D-printer is zeker langzamer dan een spuitgietmachine. Bijvoorbeeld, het is niet ongebruikelijk dat zulke machines tot 3.000 flesdoppen per uur produceren. Een 3D-printer zou één eenheid van hetzelfde item in ongeveer 15 minuten produceren, wat betekent dat we 750 printers nodig zouden hebben om dezelfde productiesnelheid te halen. Omgekeerd kunnen we ook 750 uur wachten om hetzelfde aantal eenheden te printen.

Dat gezegd hebbende, is een 3D-printer zeker sneller en handiger als het aankomt op snelle iteraties en kleine-batch producties. Het is ook erg handig tijdens het prototyperingsproces. Door middel van additieve productietechnologie kunnen we opeenvolgende ontwerpsprints doen en onze modellen snel optimaliseren en verbeteren, iets wat we niet zouden kunnen doen als we voor spuitgieten zouden kiezen.

Het meest belangrijk, de fabricage van een vorm kan tot 10 weken duren, wat betekent dat we tenminste zo lang zouden moeten wachten om onze eerste geproduceerde eenheid te zien. Aan de andere kant, als we al de G-code van ons ontwerp op een USB-stick hebben geladen, kunnen we verwachten ons eerste item dezelfde dag te hebben.

Is 3D-printplastic hetzelfde als spuitgietplastic?

3D-printmachines gebruiken spoelen filament om de gewenste eenheden te produceren, terwijl spuitgietproductie meestal plastic in de vorm van kleine pellets gebruikt. Dat gezegd hebbende, worden sommige typen thermoplasten in beide technologieën gebruikt.

Polystyreen (HIPS), ABS en Nylon zijn populaire materialen die in zowel 3D-printen als spuitgieten worden gebruikt. PLA is de meest populaire keuze van plastic in de 3D-printcommunity, maar heeft bijna geen use cases in spuitgieten.

Andere gangbare kunststoffen die in spuitgieten worden gebruikt, zijn Acryl, Polypropyleen en Polyethyleen, onder andere. Deze zijn niet compatibel met hobbyistische desktopprinters, voornamelijk door de hoge temperaturen die vereist zijn om ze te extruderen.

Industriële 3D-printers, zoals die je kunt kopen bij Stratasys of 3D Systems, zijn compatibel met de meeste thermoplasten. Er is een klein bezwaar: ze kosten je een paar honderdduizend dollar.

Voordelen en nadelen van 3D-printen en spuitgieten

Beide technologieën hebben hun toepassingen waar ze de ander overtreffen, dus het is veilig om te zeggen dat beide technieken in de komende jaren (of decennia) gebruikt zullen worden.

Hoewel we al door de meeste voor- en nadelen van elke technologie gingen, laten we ze snel samenvatten.

Voordelen van 3D-printen ten opzichte van spuitgieten

• Staat snelle iteraties en ontwerpverbeteringen toe
• Perfect geschikt voor kleine tot middelgrote batches
• Staat gepersonaliseerde unieke items toe
• Maakt vormen en ontwerpen mogelijk die onmogelijk zijn met andere technologieën
• Vereist geen voorafgaande kosten (dwz. een vorm)
• Geschikt voor zowel hobbyisten als prosumers

Voordelen van spuitgieten ten opzichte van 3D-printen

• Zeer kostenefficiënt voor grote hoeveelheden
• Verbruikt minder stroom per kilogram plastic
• Levert hoge-kwaliteit producten met fijne details
• Grote hoeveelheden geproduceerde eenheden per uur
• Compatibel met een groot assortiment thermoplasten
• Stærkere en weerstandsfähigere Teile

Conclusie

Samenvattend, is het veilig om te zeggen dat 3D-printen traditionele spuitgiettechnieken niet zal vervangen. Het feit dat de huidige 3D-printers niet in staat zijn om dezelfde kwaliteit en robuustheid te bereiken die je kunt verwachten van gespoten onderdelen, vormt een enorm nadeel voor additieve productie. Bovendien staat de technologie zelf niet toe de ongelooflijke productiesnelheden te halen die haalbaar zijn met traditionele productiemethoden.

Bekijk onze aanbevolen producten sectie

We hebben een aanbevolen producten sectie gemaakt die je in staat stelt de gokken te elimineren en de tijd die je besteedt aan onderzoeken welke printer, filament of upgrades je moet kopen te verminderen, aangezien we weten dat dit een ontmoedigende taak kan zijn die meestal leidt tot veel verwarring.

We hebben slechts een handvol 3D-printers geselecteerd die we goed achten voor beginners, gevorderden en zelfs experts, wat de keuze makkelijker maakt, en de filamenten en upgrades die vermeld staan, zijn allemaal door ons getest en zorgvuldig geselecteerd, zodat je weet dat welke je ook kiest, zal werken zoals bedoeld.