Vervangt 3D-printen het spuitgieten? NEE, en dit is waarom!

Als je het laatste decennium minstens één keer het nieuws leest, ben je misschien op de hoogte van de zogenaamde 3D-printrevolutie. Hoewel additieve productie al sinds de jaren tachtig in de industrie wordt gebruikt, was het tot voor kort niet algemeen beschikbaar voor hobbyisten.

De oprichting van het RepRap-project, naast het verstrijken van verschillende patenten, zorgde voor een versnelde daling van de kosten van 3D-printers van hobbykwaliteit.

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

Hoewel 3D-printen zeker een plaats heeft in de industriële ruimte, zal het de traditionele spuitgietproductie niet vervangen, althans niet in de komende jaren. Beide technologieën hebben hun voor- en nadelen en kunnen op specifieke gebieden beter presteren dan de andere. Hoewel 3D-printen uitstekend geschikt is voor kleine productiebatches en voor het maken van prototypes, is spuitgieten nog steeds het meest kostenefficiënt voor grote producties.

Vanwege de lagere materiaalkosten en de energiezuinigheid van spuitgieten, is het de aanbevolen productietechnologie bij het produceren van meer dan (ongeveer) honderd kilogram plastic eenheden van hetzelfde product.

Waarom is 3D-printen duurder dan spuitgieten?

Ervan uitgaande dat u al een matrijs heeft om uw productie te starten, is de productie van spuitgieten veel goedkoper dan 3D-printen per eenheid. Dit is zowel te wijten aan de werkelijke kosten van het plastic dat voor beide technieken wordt gebruikt als aan de energie-efficiëntie van elke technologie.

Energie-efficiëntie van 3D-printen en spuitgieten

Het gemiddelde verbruik van een werkende 3D-printer bij het printen bij 200°C met een verwarmd bed ingesteld 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 dezelfde hoeveelheid plastic via Spuitgieten slechts gemiddeld 1,5 kW nodig zouden hebben.

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

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

De schattingen van het elektriciteitsverbruik die voor deze berekening worden gebruikt, zijn gebaseerd op onze eigen metingen van een Ender 3 v2 (bekijk het artikel van Facundo over dit onderwerp). Je had misschien al geraden dat noch hij, noch ik thuis een spuitgietmachine hebben, dus heb ik deze berekeningen gebaseerd op een gemiddelde van meerdere betrouwbare bronnen.

Kosten van plastic voor 3D-printen en spuitgieten

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

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

Is spuitgieten altijd goedkoper dan 3D-printen?

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

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

Voor kleinere hoeveelheden zijn de kosten van de matrijs zelf erg belangrijk. Grofweg kan een mal met één holte (een eenvoudige) u tussen $ 1000 en $ 2000 kosten, terwijl grote en complexe vormen tot $ 75.000 kunnen kosten.

Vragen naar de prijs van een mal is als vragen naar de prijs van een auto, in die zin dat het aanbod enorm is. De waardering van mijn auto is waarschijnlijk lager dan de prijs van een Ferrari. Desalniettemin, om beide technologieën te vergelijken, zal ik beide technologieën vergelijken, uitgaande van een malkost van $ 10.000

Zoals u in de onderstaande grafiek kunt zien, wordt spuitgieten bij ongeveer 500 kg geproduceerde artikelen kostenefficiënter dan 3D-printen.

Dit buigpunt (500 kg) is sterk afhankelijk van de kosten van de mal zelf. Als we dezelfde berekeningen nogmaals uitvoeren, maar uitgaan van een matrijsprijs van slechts $ 2.000 (voor een eenvoudige mal met één holte), zouden we moeten besluiten om van 3D-printen naar spuitgieten over te stappen op ongeveer 100 kilogram.

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

Additive manufacturing is handiger als de benodigde productie slechts enkele tientallen kilo's bedraagt. Het wordt ook aanbevolen voor het snel prototypen van nieuwe modellen, omdat het ontwerpers in staat stelt hun modellen te herhalen en te optimaliseren zonder aanzienlijke kosten.

3D-printtechnologie stelt ontwerpers ook in staat om vormen te ontwerpen die met traditionele productiemethoden niet konden worden geproduceerd. De volgende Eiffeltoren die ik heb geprint met mijn Ender 3 v2 is onmogelijk te maken met spuitgieten.

Is 3D-printen langzamer dan spuitgieten?

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

Dat gezegd hebbende, een 3D-printer is absoluut sneller en handiger als het gaat om snelle iteraties en producties in kleine batches. Het is ook erg handig tijdens het prototypingproces. Door middel van additive manufacturing-technologie kunnen we sequentiële ontwerpsprints doen en onze modellen snel optimaliseren en verbeteren, iets wat we niet zouden kunnen als we ervoor kiezen om Spuitgieten te gebruiken.

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

Is 3D-printen van plastic hetzelfde als Spuitgieten van plastic?

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

Polystyreen (HIPS), ABS en Nylon zijn populaire materialen die worden gebruikt bij zowel 3D-printen als spuitgieten. PLA is de meest populaire keuze van plastic dat wordt gebruikt in de 3D-printgemeenschap, maar het heeft bijna geen toepassingen in spuitgieten.

Andere veel voorkomende kunststoffen die bij spuitgieten worden gebruikt, zijn onder andere acryl, polypropyleen en polyethyleen. Deze zijn niet compatibel met desktopprinters voor hobbyisten, voornamelijk vanwege de hoge temperaturen die nodig zijn om ze te extruderen.

3D-printers van industriële kwaliteit, zoals degene die u kunt kopen bij Stratasys of 3D Systems, zijn compatibel met de meeste thermoplasten. Er is een kleine waarschuwing:ze zullen je een paar honderdduizend dollar terugbetalen.

Voor- en nadelen van 3D-printen en spuitgieten

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

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

Voordelen van 3D-printen boven spuitgieten

• Maakt snelle iteraties en ontwerpverbeteringen mogelijk
• Perfect geschikt voor kleine tot middelgrote batches
• Maakt gepersonaliseerde items mogelijk
• Maakt vormen en ontwerpen mogelijk die met andere technologieën onmogelijk te maken zijn
• Vereist geen aanloopkosten (bijv. een mal)
• Geschikt voor zowel hobbyisten als prosumenten

Voordelen van spuitgieten boven 3D-printen

• Zeer kostenefficiënt voor grote hoeveelheden
• Verbruikt minder elektriciteit per kilogram plastic
• Geeft hoogwaardige producten met fijne details
• Grote hoeveelheden geproduceerde eenheden per uur
• Compatibel met een groot aantal thermoplasten
• Sterkere en resistentere onderdelen

Conclusie

Samenvattend kan worden gesteld dat 3D-printen de traditionele spuitgiettechnieken niet zal vervangen. Het feit dat de huidige 3D-printers niet dezelfde kwaliteit en robuustheid kunnen bereiken die men mag verwachten van geïnjecteerde onderdelen, vormt een enorm nadeel voor additive manufacturing. Bovendien staat de technologie zelf niet de ongelooflijke productiesnelheden toe die haalbaar zijn met de traditionele productiemethoden.

Bekijk onze sectie met aanbevolen producten

We hebben een sectie met aanbevolen producten gemaakt waarmee u het giswerk kunt verwijderen en de tijd kunt verminderen die u besteedt aan het onderzoeken van welke printer, filament of upgrades u moet krijgen, omdat we weten dat dit een zeer ontmoedigende taak kan zijn en over het algemeen tot veel verwarring leidt .

We hebben slechts een handvol 3D-printers geselecteerd die we goed vinden voor zowel beginners als gevorderden, en zelfs experts, waardoor de beslissing gemakkelijker wordt, en de filamenten, evenals de vermelde upgrades, zijn allemaal door ons getest en zorgvuldig geselecteerd , zodat u weet dat welke u ook kiest, zal werken zoals bedoeld.