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3D打印机 买还是不买?

2023/1/6 11:05:31 来源:聚风传媒 关键词:聚风塑料网

摘要:稳定使用3D打印部件的塑料加工商常会有一个疑问:到底是企业自己投资购买机器自用,还是把打印工作外包更好?本文试着提供一些参考建议,文末还有精品推荐。



全球新冠病毒肺炎疫情给塑料加工业带来了挫折,但也创造出了一些机会,受到极大关注的机会领域之一是3D打印。尤其是在2020年疫情爆发的初期,医疗器械和防护用品的短缺导致全球医疗工作者和制造商转向应用3D打印来填补空白。


但在这种情况下,疫情只是加速了一种趋势而已,因为多年来越来越多的塑料加工商出于各种原因对3D打印零件抱有兴趣。所有这些使得“是否购买3D打印机而不是把技术外包”的问题比以往任何时候都更加迫在眉睫。


塑料行业中的3D打印或增材制造涉及到不用任何工装模具就创建出分层的组件,用于原型制作或在短时间内为客户定制生产组件。常见类型包括立体光刻 (SLA)、选择性激光烧结 (SLS)、熔融沉积成型 (FDM) 和数字化光处理 (DLP)。


众所周知,对于数以十万计的大批量零件生产,3D打印并非有效的选择,因为它的速度、效率和可重复性无法与类似注塑这样的成熟工艺相媲美。但在其他领域,它比传统成型方法更具优势。注塑成型的致命弱点是其高昂的建构成本,以及由于需要钢制模具具而导致进入生产阶段的交货时间过长,而这就是3D打印能大放异彩的地方。


然而,对于决定其业务需要3D打印部件的塑料加工商而言,实施操作的路径并不总是清晰的。一个很值钱的问题是,你是购买3D打印机还是通过3D打印服务提供商来订购零件?事实证明,这个问题的答案取决于其它一堆问题的答案。



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一些关键问题


根据一些专家的说法,计划执行3D打印的应用应该是首要决策驱动因素。简而言之,你要复制哪种成型工艺?对于最常见塑料零件制造工艺的注塑成型来讲,最接近的增材制造工艺是选择性激光烧结 (SLS),它使用激光按照3D模型来烧结粉末状聚酰胺(尼龙),将材料粘合在一起以形成坚固的结构。SLS是唯一一种接近注塑成型部件的3D打印技术。但与所有3D打印流程一样,它是以牺牲质量为代价的。SLS打印出来的零件没有注塑成型零件所具有的光滑表面和光洁度,因此在这方面总是要做出一定妥协。


如果要复制吹塑成型,那么立体光刻 (SLA) 是一个很好的选择。SLA的工作原理是使用高功率激光来硬化容器中的液态树脂,以创建所需的3D形状。这确实是唯一可支持吹塑成型的3D打印工艺,同时也是打印翻盖等包装部件的最佳选择。SLA的优势在于能够同时生产多种零件。


3D打印采用的三种主要技术中的第三种是熔融沉积成型 (FDM),在这里热塑性长丝被加热至熔点,然后逐层挤出以创建出3D对象。因此,它是模拟挤出的最佳增材制造技术。问题是,根据定义,挤出是一个很难进行3D打印的过程。即使应用FDM,因为无法3D打印长型部件,所以增材制造也仅限于制作较长挤出部件的短截面原型。


第二个考虑因素是你所需要的按月或按年来计算的3D打印部件数量。使用频率绝对是决定是否购买工业级3D打印机的决定因素,每个3D打印机供应商都见识过制造商购买了昂贵的3D打印机却又从未使用过它们。这是一个最好问心无愧的地方,问问自己实际要打印多少零件,而不是希望打印多少零件。任何人都不想仅仅是为了证明拥有这台3D打印机器而必须打印零件。仅是当前的需求就应该证明购买它是合理的,而不是对未来的期望。


如果你认为需要小批量的设计混杂程度高的零件——这通常意味着制作原型应用——那么购买一台打印机可能是有意义的,因为你不需要多个系统同时工作。但是,如果你计划打印大批量的设计混杂程度低的零件,那么有实力的外部服务机构可能是更好的答案。

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认知盲区导致损失


你的团队对增材制造的熟悉程度是另一个需要考虑的因素。这可能是一个带来问题的因素,因为人们普遍认为3D打印轻轻松松。大多数人对3D打印的了解并没有他们想象的那么多,即便是那些接受过CAD/CAM设计培训的人。业界一些人将3D打印“抬举”到只需把打印机插上电并按下打印按钮即可搞掟,但实际上远不止于此。


事实上,虽然增材制造将设计师从许多传统限制中解放了出来,并允许工程师专门为所需的形状、功能来创建零件,但在3D打印设计方面存在着一条陡峭的学习曲线,这是指在企业内部引入3D打印机通常意味着要培训员工,甚至是雇用外部人才。要运行SLS机器,需要一位专家。虽然3D打印现在正成为国内外机械工程教育的一部分,但尚未完全成熟。有着明确的技能要求,尤其是在高端打印方面,如果你不具备,那么将零件生产外包给专业人士是将风险降至最低的办法。


零件打印完成后,树脂材料的项目通常需要进行一定程度的后期处理。尽管并非所有项目都需要所有的步骤,但这可能意味着用刀或钳子移除掉支撑材料和结构;除粉;在溶剂槽中清洗零件;填充细孔或裂缝,甚至将单独打印的部件连接在一起;固化或硬化;表面处理,包括通过打磨使表面光滑。后处理的成本有可能很高,尤其是用手工完成的,而且这种手工后处理是劳动密集型的作业。在3D打印界,后处理是一个最大的麻烦,这是一个公开的秘密。这些打印后处理作业还从未出现在有关3D打印的抖音等短视频中,对于很多人来说,这些作业可能就是一场噩梦。


最后但同样重要的一点是财务预算。专业人士所用的3D打印机价格比业余爱好者的贵得多,这也难怪这些打印机就是用于正经业务的正经机器,极为耐用,并且在其结构中使用了大量金属。工业级3D打印机的价格通常在10-50万元之间,具体价格取决于它们的功能,而高端强大的打印机成本要高得多。总的来说,随着更多品牌进入市场,打印机价格正在下降,但对于大多数加工商来说,它仍然是一笔巨大的投资,他们真的必须认真对待3D打印,并经常使用它,以证明购买其的合理性。如果打印机每月仅用于打印一两个原型,那定会是血本无归。


记住很重要的一点,购买3D打印机只是制程总成本的一部分。还需要支付电费、保养费、软件费,还有打印耗材的费用,市面上打印线材往往价格不菲。最后,为了避免材料在机器内部固化并损坏系统,还要购买清洗打印丝来清洁打印机,这又增加了费用。


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3D打印线材


做个决定吧


对于需要3D打印零件的塑料加工商来说,是购买3D打印机还是通过3D打印服务提供商订购零件的问题的答案将取决于其自身的独特情况、目标和业务模式。由于每条路线都有优点和缺点,所以绝对不要做的是一时心血来潮。对于某些人来说,购买3D打印机确实是明智的决定。要是能够瞬间识别出3D打印可成为其业务组成部分的多个领域,那么就是加工商购买工业打印机的好时机了。


对于其他一些人来说,让外部机构承担3D打印的压力可能是更好的举措。不必因3D打印而投资于企业内部固定设备,因为有一些机构已经投资购买了大量的3D打印机,这样你就可以将制造业务分包给这些技术专家。


对于那些尚未下定决心的人,有一个折衷的选择。可以与3D打印服务供应商合作,向他们发送一些项目以确定3D打印是否适合自己。如果客户群有需求,你就可以购买机器并在企业内部进行3D打印,以加快周转速度并提高产能。


在考虑如此大笔的投资时,权衡好利弊并找到应对业务挑战的最佳3D打印解决方案,是如此的至关重要!


热塑性树脂3D打印机推荐


在去年的德国K展上,克劳斯玛菲公司推出了两款3D打印机,由此这家拥有185年历史的注塑、挤出、聚氨酯反应成型机械老牌制造商正式进入到了增材制造市场。两款机器分别是基于热塑性胶粒的工业级大件打印机powerPrint和工业级小件立体光刻打印机precisionPrint。


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powerPrint及由其打印的PETG材质多边形桌子


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precisionPrint及由其打印的电子产品


伊之密公司的SpaceA技术是基于热塑性材料的熔融沉积(FDM)工艺,通过熔融塑料层叠固化可制造出完整的功能部件。它具有加工尺寸大、生产效率高、能耗低等特点,并且拓展灵活,方便与伊之密注塑机联用实现流水线作业。


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SpaceA生产自行车车架


除了Allrounder注塑机,阿博格(Arburg)公司还提供用于工业增材制造的Freeformer打印机,完成阿博格的塑料无模成形(APF)工艺。它应用合格的标准胶粒高效生产单个零件和小批量产品,或定制大批量产品。


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 freeformer及由其打印的电子产品


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