Напечатать одну деталь на 3D принтере можно за часы и без оснастки. Изготовление такой же детали литьем на малых объемах экономически неоправданно из-за стоимости пресс формы (пресс-форма для литья пластмасс). Если же речь идёт о сотнях тысяч или миллионах изделий, литье пластмасс под давлением резко выигрывает по себестоимости единицы. Точная граница безубыточности варьируется: она зависит от материала, сложности детали, постобработки и даже конкретных методов литья пластмасс под давлением и методов 3D печати.

Но кроме тиража есть и другие причины выбрать аддитивный метод.

3D печать деталей и прототипов уже десятилетия остается стандартом для быстрой проверки идей. Среди видов прототипов 3D печати особенно ценятся функциональные образцы — они позволяют протестировать десятки вариантов изделия за короткое время. Деталь размером с колоду карт на профессиональном принтере, использующем передовые технологии 3D печати, изготавливается менее часа — дизайнеры могут быстро проверять гипотезы и тут же вносить правки.

Раньше поставщики литья рекомендовали быстрое прототипирование оснастки, чтобы протестировать деталь в том же материале, что и серийная продукция. Сегодня это ограничение снято: современные материалы для 3D печати — от нержавеющей стали и углеволоконного полиамида для 3D печати до технической керамики — позволяют получать функциональные прототипы с финальными свойствами. Компании тестируют изделия в реальных условиях и зачастую обнаруживают, что качество напечатанного прототипа не уступает литьевой детали. В результате серийное производство могут полностью перевести на 3D печать, если объёмы это позволяют.

Более того, 3D печать применяют и для создания самих прототипов пресс-форм. Промышленные пластики выдерживают десятки (иногда сотни) циклов в литьевой машине (станке для литья пластмасс под давлением), что дает возможность «обкатать» конструкцию пресс-формы для литья пластмасс под давлением до ее изготовления в металле.

Возможность создавать формы, недоступные ни механообработке, ни литью, — визитная карточка методов 3D печати. Речь идет о ячеистых заполнителях, снижающих массу, переплетенных криволинейных каналах, деталях внутри деталей. При литье такую конструкцию пришлось бы разбивать на несколько частей и затем собирать. Аддитивный метод делает всё за одну операцию, экономя время и труд.

Отличный пример — теплообменники, изготовленные единой деталью со сложными внутренними каналами. 3D печать также позволяет без дополнительных операций наносить на каждое изделие уникальные текстуры, маркировку или серийные номера

При проектировании под литье необходимо учитывать извлечение из формы: тонкостенные и деликатные элементы становятся зоной риска. Аддитивные технологии накладывают куда меньше конструктивных ограничений, но есть свои нюансы: удаление поддержек и полная очистка внутренних полостей от порошка (для порошковых методов). Даже использование растворимых поддержек добавляет этап постобработки — например, в технологии печати FDM (FDM печать - это метод послойного наплавления) поддержки часто требуют механического удаления или растворения; не стоит недооценивать этот фактор при расчете трудоемкости.

Тренд на персонализированное производство — от обуви, печатаемой на заказ, до медицинских ортезов и хирургических шаблонов, изготавливаемых по анатомии пациента, — формирует целую индустрию.

Общеизвестно, что при использовании 3D печати FDM и других аддитивных технологий этап изготовления оснастки выпадает полностью. Как только цифровая модель готова, можно запускать печать. Но более важно влияние на стратегию: дороговизна пресс-форм нередко тормозит инновации. Продукт, который ещё можно улучшить, идет в тираж без доработок, потому что новый раунд производства оснастки слишком дорог. Или производитель хочет отреагировать на рыночный тренд, но инвестиции в инструмент делают это нецелесообразным.

Компания, использующая 3D печать, может улучшать продукт от партии к партии, гибко следовать за спросом и быстрее выводить на рынок широкую номенклатуру. Пример — датский производитель оправ Monoqool: очки печатаются под заказ с применением полиамида для 3D печати, дизайнеры моментально адаптируются к модным тенденциям, без страха затоваривания.

При производстве пластиковых изделий вопросы устойчивости становятся всё острее. По воздействию на окружающую среду технология литья пластмасс под давлением и методы 3D печати сопоставимы, но у аддитивного подхода есть пара преимуществ.

Во-первых, печать по требованию сводит к минимуму избыток товаров и невостребованные остатки. Литьевые производства работают с минимальными экономически оправданными партиями; излишки нередко годами лежат на складе, после чего утилизируются.

Во-вторых, при малых объемах проще сделать выбор в пользу переработанных материалов — ценовой барьер ниже. Например, при печати ABS пластиком или печати полипропиленом на 3D принтере можно успешно использовать вторичное сырьё.

Отходы есть в обоих процессах. В 3D печати это поддержки (актуально для технологии печати FDM и SLA); технологии порошкового синтеза, такие как селективное лазерное спекание (селективное лазерное спекание SLS), дают меньше отходов. В литье — остатки пластика в литниковой системе и облой, которые можно перемолоть и снова пустить в дело. Отходы филамента для печати, как правило, не перерабатываются, зато не сформованный порошок в SLM и селективном лазерном спекании используется повторно. В целом применение вторичных полимеров в обеих технологиях пока невелико, но будет расти по мере улучшения качества и доступности рециклятов.

Доступность и простота современных 3D принтеров по сравнению со станками для литья пластмасс под давлением позволяют компаниям перенести мелкосерийное производство к себе. Это снимает зависимость от внешних подрядчиков — часто зарубежных, — дает полный контроль качества, исключает время доставки и риски сбоев в цепочке поставок. Пример — производитель велоаксессуаров Silca, печатающий полые титановые «петухи» для переключателей: сложная геометрия и небольшая серия сделали 3D печать очевидным выбором.

Мы любим аддитивные технологии, но не считаем литьё устаревшим. Во многих случаях оно идеально. Проблема прямых сравнений в том, что на самом деле мы сопоставляем не две технологии, а десятки: под термином «литьё под давлением» скрываются реактопласты, газовое литьё и ещё более десяти разновидностей — все это различные методы литья пластмасс под давлением. 3D печать тоже представлена семью основными категориями и множеством подтипов. Некорректно в каждом тезисе сталкивать промышленное литьё с настольным FDM. Однако приведённые выше сценарии справедливы независимо от конкретных реализаций. Остальные же аргументы зависят от того, какие именно варианты технологий сравниваются.

Утверждение, что литьевые детали всегда прочнее напечатанных, верно лишь отчасти. Слоистая структура действительно может быть источником слабости, но при грамотном проектировании и правильно подобранной технологии 3D печати — например, с использованием полиамида для 3D печати — деталь не уступает по прочности литьевой. Для сильно нагруженных изделий требуются дополнительные меры, однако в подавляющем большинстве применений без экстремальных напряжений прочность сопоставима.

Некоторые производители заявляют, что литьё предпочтительнее по чистоте поверхности. Но в сравнении с чем? FDM оставляет линии слоев, но в технологиях фотополимерной печати и селективного лазерного спекания они практически не видны. К тому же постобработка — механическая или химическая — убирает их, так же как и следы от разъема пресс-формы для литья пластмасс. Взгляните на напечатанные зубные протезы — где там слои? Однако за дополнительную финишную обработку придётся платить.

Между литьем и 3D печатью много общего: ABS пластик, полипропилен для 3D печати, поликарбонат, полиамид для 3D печати применяются в обоих методах. Некоторые производители используют один и тот же гранулированный полимер для станков для литья пластмасс под давлением и гранульного экструзионного 3D принтера, работающего по технологии печати FDM. Это позволяет получить прототип в том же материале, что и будущая серийная деталь.

Полимеры для литья оптимизируют под высокую текучесть, быстрое охлаждение и стабильность размеров под давлением. Материалы для печати, наоборот, настраивают на адгезию слоев, контролируемую усадку и точность экструзии. Тем не менее, выбор материала редко становится решающим фактором. Гораздо важнее цена: гранулированное сырьё для литья стоит значительно дешевле филаментов и порошков. При сравнении себестоимости 1000 ABS-кронштейнов по одному лишь материалу литьё лидирует с большим отрывом. Однако в полную стоимость должны войти изготовление пресс-формы для литья пластмасс и логистика, которая при использовании локальной 3D печати или собственного парка машин может свести разницу к нулю.

Существует миф, что литье не работает с биоматериалами. На самом деле биоразлагаемые и биосинтезированные пластики доступны для обоих методов. Современное производство литья пластмасс под давлением также осваивает эти материалы, а тенденция к устойчивости только усиливается.

Лучший способ понять, какая технология — литье пластмасс под давлением или 3D печать деталей и прототипов — подойдет именно вам, это обратиться к производителю, чтобы оценить оба подхода к конкретной детали и тиражу.

В DigitalCraft3D мы помогаем определиться с выбором технологии для производства. Узнайте больше о возможностях производства и сроках изготовления партии деталей у менеджера DC3D!