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[分享] 观点之争:3D打印与注塑

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发表于 2022-11-29 10:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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3D打印的最大亮点是高价值、小批量的生产,这与注塑成型相反。以下是这两种技术的优缺点,并就何时从一种技术转向另一种技术提供了有意义的建议。
3D打印第一次登上头条是因为一部科幻小说星际迷航》,夸张的媒体报道将这项技术定位为“任何人都可以制造任何东西”的过程。毫无疑问的当时的技术进程并不能做到多么高的精度。主流看法含糊其辞,对这项技术不屑一顾。
然而,今天的3D打印无疑是一项工业配套产业,具有可达到的生产级效率。与这些技术同时发展的还有我们看待这项技术的观点“3D打印”或最初的“快速成型”不再是大多数专业实验室中流行的短语;现在,“加法制造”或更简略地说AM,是首选的术语,将这些逐层工艺直接放在制造领域。
大约十年前夸大的承诺现在是可实现的:生产、规模、质量、验证和数量都是正在发生的事实
在某些情况下与工具箱中的任何工具一样,细微差别对于方案的适用性至关重要。毕竟,当你只有一把锤子时,一切看起来都像钉子。今天的工具箱要强大得多,给我们留下了选择和必要的资源来做出明智的决定:我什么时候需要锤子?我什么时候还需要别的东西?
更重要的是:我什么时候需要注塑成型,什么时候需要3D打印?
注塑成型
历经考验与证实注塑成型(IM)已经纵横几十年。在19世纪末获得专利,随着二战要求低成本、大批量生产,IM在几十年后蓬勃发展起来。从那以后,便经久不衰IM在现代制造环境中几乎无处不在,也许对注塑成型最好的描述是一个你熟悉的魔鬼;它有它的缺陷和局限性,但你对它很熟悉,通常是可靠的。然而,IM会被新来者AM取代吗?
优点:
注塑成型的规模、速度、均匀性符合大批量生产的要求。能够可靠地处理大量的材料,注塑成型提供了可预测性和质量。此外,使用的工艺越多,生产的零件就越多,解决方案的成本效益就越高。虽然IM设置可能是一项巨大的前期投资,但随着其使用规模的扩大,其ROI也是巨大的。事实上,同行评议的研究表明,“注塑成型是大规模生产具有复杂形状的小型、精确聚合物部件的最佳方法。
缺点
注塑成型是一个众所周知的制造过程,但自然也不是没有它的局限性。设计和制造IM的技术和费用是非常重要的,实际上生成一个新设计的增加时间也是非常重要的。
众所周知,IM的设计制造过程是漫长的,通常是非线性的。作为一种基于成型的技术,IM依赖于可拆卸模具,这扼杀了低零件数量和复杂内部几何形状的设计能力。此外,制作这些模具会使生产时间增加数周甚至数月。
雷点
总之,IM可以可靠地生产高质量的零部件,但这需要一段时间。当需要少量的最终使用产品时,注塑成型可能会增加时间和成型成本,从而抵消理想的ROI。随着新的解决方案进入市场并证明了他们的优势也就预示了注塑成型失去其在生产中的一些主导地位。
3D打印
3D打印是生产领域的新成员,它可以是一种令人兴奋的淘系的结合——新的形状,复杂的形式,高价值/小批量的生产,所有这些都是按照越来越严格的标准逐层建造的。自19世纪以来,随着现代专利追溯到20世纪80年代,3D打印从底层重新思考制造。更多的监督、标准和验证正在见证技术更多地进入生产领域,并最终开始实现早期被夸大的预期
优点
随着聚合物、金属、废弃物甚至生物材料的能力,3D打印几乎探索了所有的材料领域。自然,在实验室探索和现实应用之间存在着巨大的鸿沟,而3D打印已经开始填补这一鸿沟。
3D打印的大规模生产正在进入商用化的重要阶段,助听器是早期广泛采用的最重要领域。消费者可以在零售商店购买3D打印的中底鞋,也可以通过智能手机应用定制适合他们脚的个性化鞋垫。假肢和矫形器等医疗产品也可以专门为佩戴者定制。与传统技术一起生产,3D打印补充了一个主要的过程,以创造下一代最终用途产品。
AM对生产的好处是多方面的。复杂的内部结构可以直接合并到一个成品件,因为整个产品是一次性生产的,减少了零件数量和连接的薄弱环节。更容易实现轻量化,例如通过晶格结构或简单地通过减少零件数量,这对于航天和汽车等对重量敏感的行业非常重要。更快的上市时间也是一个主要考虑因素,因为3D打印机可以本地化生产。更重要的是,3D打印还省去了对工具的需求,省去了许多制造过程中时间密集的阶段。不断有更多经过验证的材料进入市场,将熟悉的材料带到一个新的领域。
此外,随着3D打印的开始,与注塑成型之间的桥接生产也越来越凸显其价值。在COVID-19大流行的早期,当个人防护设备(PPE)和呼吸机的必要部件供应短缺,而现在需要它的需求很高时,3D打印加强了为医疗专业人员和患者提供所需的设备,而IM则加强了生产以满足更广泛的需求。有些仍在使用的技术或产品,因为3D打印可能增强了设备的效能。
缺点
AM仍然是一项新兴技术,尽管它最近不断发展和成熟。第一次采用该技术需要一个重要的学习曲线,因为精通DFM的产品设计师必须DfAM中学习一套新的技能——增材制造设计。在不喜欢高风险的部门中,验证是关键的,新设备在培训和投资方面很昂贵,在了解完整的ROI之前,他们会犹豫是否采用。通常,公司内部会采用单一的可靠的生产方式,而使用am的部门倾向于在一个成熟的公司中像一个初创公司一样运行。
尽管阿科玛、巴斯夫、创创、汉高、萨比克等巨头纷纷涉足3d打印领域,但与传统制造业相比,AM的整体产品组合要小得多。
工艺标准虽然发挥了越来越大的作用,但也落后了。许多潜在的采用者甚至不能考虑3D打印,因为国防和其他政府授权的组织在讨论过程的范围内受到限制。在更多的标准得到认可和来自所有层面的更多支持之前——例如拜登总统的2022年AM前进计划将覆盖范围扩大到全国、地方和国际——采用率将继续低于理论上可能的水平。
雷点
在很多方面,AM仍然是一个未知数。更少的材料,更低的采用,更少的培训,更慢的绝对每件速度结合在一起成为一个困难的采用公式。一些“大玩家”对AM投资保密,并将其作为“秘密武器”的竞争秘密,这也阻碍了许多AM供应商兜售其最大成功故事的能力。
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