Фото: Format.com

3D-печать и литье под давлением — две из самых популярных технологий производства, наравне со штамповкой, литьем и фрезерованием деталей. 

Каждая из технологий обладает своими уникальными преимуществами и ограничениями, плюсами и минусами. Выбор между ними зависит от множества факторов: тиража, сложности деталей, бюджета и требуемых свойств деталей. 

В этой статье мы детально разберем различия между методами, чтобы помочь выбрать оптимальное решение для конкретных задач. 

Принципиальные отличия технологий  

Форма для литья под давлением

3D-печать, также называемая “аддитивное производство”, создает объекты послойно, руководствуясь цифровой моделью. В ней используются пластики, металлы и сплавы, смолы и композиты. 

Самые популярные методы 3D-печати — FDM, SLA и SLS, каждый из них подходит для множества разных применений.  

Литье под давлением, оно же инжекционное формование — это процесс, при котором расплавленный материал, обычно термопласты, впрыскивается в стальную или алюминиевую форму. Это метод массового производства с высокой точностью и минимальными требованиями к постобработке деталей.  

Сравнение по ключевым параметрам  

1. Экономическая эффективность  

3D-печать выгодна для малых партий, от 1 до 100 единиц продукции, и прототипирования. Она не требует дорогостоящих форм и при малых тиражах выгоднее. Однако стоимость единицы почти не снижается при увеличении тиража, как происходит при литье.

Литье под давлением предполагает высокие начальные затраты на изготовление пресс-форм, которые стоят от пяти до ста тысяч долларов, но себестоимость каждой детали резко падает при серийном выпуске тысяч, десятков тысяч, сотен тысяч единиц продукции.   

2. Скорость производства  

3D-печать медленнее инжекционного литья — время зависит от размера и сложности модели, для крупных моделей это могут быть часы или даже дни. Лучше всего 3D-печать подходит для проектирования и прототипирования.  

Литье под давлением это экстремально быстрый процесс, после настройки и проверки тестовых моделей — дальнейший цикл занимает секунды. Идеально подходит для выпуска крупных партий с жесткими сроками.  

3. Гибкость проектирования, сложность деталей  

3D-печать позволяет создавать геометрически сложные конструкции, включающие в себя внутренние и сквозные полости, поднутрения, решетки, включенные один в другой объекты, которые невозможно изготовить литьем или формованием. Технология поддерживает кастомизацию выпускаемого продукта без дополнительных затрат на оснастку — достаточно включить изменения в цифровую модель.

Литье под давлением ограничено требованиями к форме детали, например — при проектировании деталей и литьевых форм необходимо учесть углы их поверхностей, сохраняя возможность извлечения деталей из формы. Любое литье предоставляет значительно меньше возможностей по разнообразию форм деталей и включению одних деталей в другие, чем 3D-печать.

4. Материалы и прочность  

Технологии 3D-печати предоставляют широкий выбор материалов, включая эластомеры и жаропрочные составы, металлы и сплавы. При использовании некоторых технологий 3D-печати возможны анизотропия и пористость. Новейшие материалы и технологии 3D-печати решают эти проблемы.  

Литье под давлением обеспечивает высокую однородность и механическую стабильность, но имеет серьезные ограничения в геометрии деталей.

5. Точность и качество поверхности  

3D-печать обеспечивает, в среднем, разрешение около 50–200 мкм для самой популярной технологии — FDM, при печати по которой может понадобиться постобработка полученных печатью деталей, для получения более гладкой поверхности. Фотополимерные технологии 3D-печати дают значительно большую гладкость и точность, но ограничены в свойствах применяемых материалов.

Литье под давлением обеспечивает микронную точность +/- 0,005 мм, дает гладкие глянцевые поверхности сразу после формования.  

6. Для чего лучше применять 3D-печать

3D-печать идеальна для прототипирования, создания индивидуальных изделий, малых серий, изделий со сложной геометрией, серий тестовых экземпляров с разными изменениями.  

Литье под давлением отлично зарекомендовало себя в самом массовом производстве, при создании деталей с жесткими допусками, предоставляя возможность огромной экономии при выпуске больших серий продукта. 

Обе технологии дополняют друг друга: 3D-печать эффективна на этапе разработки и для мелкосерийных изделий, литье под давлением — в крупносерийном выпуске. Комбинация методов, например — применение 3D-печати для создания мастер-моделей для форм, часто становится оптимальным решением.  

Особенности технологий 3D-печати

3D-печать 

FDM, FFF — моделирование размещением расплавленного материала, оно же — послойное наплавление

Принтер расплавляет кончик пластикового прутка и рисует им объемную модель, слой за слоем.

FDM и ее разновидность FFF — самая распространенная технология 3D-печати для бытовых (любительских) и профессиональных 3D-принтеров. Это недорогая и не очень требовательная к материалам технология, за это ее любят миллионы энтузиастов по всему миру. Оборудование для нее стоит недорого, а зачастую делается даже в домашних условиях. 

FFF отличается от FDM отсутствием изолированной и подогреваемой термокамеры, но, с тех пор как патент на FDM истек, обе разновидности обычно называют FDM.

Пластиковый пруток, также называемый филамент, материал для 3D-печати по этой технологии — самый доступный и недорогой, в сравнении с материалами для других технологий. Дешевле только пеллеты — гранулированный пластик для тех принтеров, которые берут полимер не из катушки, а плавят напрямую гранулы. Но такие принтеры обычно крупнее и сложнее, а потому и дороже, поэтому, для любителей золотым стандартом стали именно катушки с прутком. 

SLA — стереолитография

SLA использует свойство фотополимерных материалов к фотополимеризации, то есть — к отверждению под действием света. 

Принтер прижимает платформу печати к дну ванночки, под которым находится лазер, который своим лучом рисует контуры и заполнение слоя, формируя его из смолы, присутствующей в зазоре между платформой и дном. Лазерный луч контролируется очень точно и движется плавно, что делает эту технологию одной из наиболее точных форм 3D-печати.

SLS — селективное лазерное спекание

Технология SLS похожа на SLA, но — вместо ванночки с жидкостью тут слой порошка, полимерного или металлического. Порошок насыпается слой за слоем, валик разравнивает его, лазер рисует слой, спекая частицы между собой, затем наносится новый слой порошка, разравнивается, процедура повторяется необходимое число раз. 

SLM — селективное лазерное сплавление

Аналогичная SLS технология, но именно для металла, и в ней частицы порошка не спекаются, а сплавляются.

DED — Directed Energy Deposition (Прямое Энергетическое Нанесение)

Это метод, при котором металлический порошок подается из сопла печатающей головки и тут же расплавляется лазерным или электронным лучом.

DLP — аналог SLA, вариант стереолитографии без лазера

Вместо лазера выступает DLP-проектор, засвечивающий сразу целый слой фотополимера, за счет чего печать происходит быстрее, но качество слоёв зависит от разрешения проектора.

Особенности некоторых материалов для 3D-печати 

PLA

PLA — акрилат полимолочной кислоты, биоразлагаемый и максимально безопасный материал. При определенных условиях это пластик разлагается в природе естественным образом, он нетоксичен и может использоваться детьми.

ABS

ABS — акрилонитрилбутадиенстирол, один из самых прочных пластиков, широко применяется для изготовления пластиковых деталей для чего угодно, от быта до автопрома. Материал почти не разлагается и способен сохраняться очень долго.

Нейлон

Нейлон — прочный, но не слишком жесткий, что делает его ещё прочнее, этот материал применяется в широчайшем спектре разных целей, от корпусов приборов до прокладок и уплотнителей, от быта до аэрокосмической отрасли, так как им можно печатать и относительно твердые, и достаточно эластичные детали.

Фотополимеры

Фотополимерные смолы для SLA и DLP бывают разными по составу, от чего зависят и их свойства. 

ТПУ

ТПУ — термопластичный полиуретан, эластичный резиноподобный материал, имеющий широкий спектр применения. 

Металлические порошки

Металлические порошки бывают самых разных составов, от этого зависят и их свойства. Широчайшее применение находит 3D-печать сталями, титановыми сплавами, латунью, алюминием и его сплавами. Напечатанные металлом детали можно применять буквально везде, в любой области деятельности человека. Так как процесс не самый дешевый, обычно изготовленные с его помощью изделия используют в автопроме, авиации, аэрокосмической и военной отраслях. 

Сравнение применения 3D-печати и литья под давлением  

Сравним наиболее перспективные области для применения этих технологий.

Литьё под давлением

• Крупносерийное производство 

В силу своей экономической эффективности, растущей прямо пропорционально объему серии деталей, литье под давлением максимально хорошо подходит для изготовления больших серий деталей — чем больше, тем лучше. 

• Автопром 

В автопроме литье под давлением используется для изготовления деталей для автомобилей, таких как панели, штекеры и разъемы, ручки и кнопки, а также многое другое.

• Бытовая электроника

Производство любых пластиковых деталей для любых приборов, приспособлений, предметов обихода.

• Медицинское оборудование

В том числе любой пластиковый инвентарь, а также изделия для реабилитации и восстановления. 

• Упаковка

Любые коробки, боксы, держатели, контейнеры, банки и крышки. 

3D-печать

• Прототипирование, разработка, проектирование, внесение изменений

Создание прототипов и тестовых моделей при проектировании, разработке и тестовых мероприятий для любой продукции. 

• Изделия на заказ 

Индивидуальный и мелкосерийный выпуск на заказ малых серий и штучных изделий.

• Аэрокосмическая отрасль 

3D-печать металлами и сплавами уже обеспечивает прочность деталей, сравнимую с таковой для получаемых по традиционным технологиям, а по экономической целесообразности и возможностям создания сложных форм давно превосходит любые традиционные методы.

• Медицина, протезирование и стоматология

Неоспоримое преимущество аддитивных технологий перед традиционными — это возможность быстрого и качественного создания уникальных изделий, строго по моделям, адаптированным для каждого пациента, с высочайшей точностью. В протезировании, эндопротезировании и стоматологии это качество переоценить невозможно. 

Итоги

Литье под давлением предоставляет возможность максимально недорогого производства максимально крупных партий изделий, с высочайшей точностью при этом. Для изготовления уникальных и мелкосерийных изделий литье под давлением не годится, потому что для штучного производства литьевые формы стоят неоправданно дорого. 

Стоимость оснастки для литья под давлением крайне высока, она оправдывает свое создание лишь для очень крупных партий деталей — тогда, в пересчете на каждую из них, доля стоимости этой оснастки пренебрежимо мала.

3D-печать, напротив, не снижает стоимость производимой детали в зависимости от объема серии, но она изначально значительно ниже для малых серий и индивидуального изготовления, так как не требует создания дорогостоящих форм.  

При массовом производстве разнообразных или сложных продуктов, безусловно — максимально удобно и выгодно будет применять оба метода, в зависимости от специфики конкретной изготовляемой детали.

Усовершенствуйте свое производство 

Сочетание литья под давлением и 3D-печати открывает возможности гибкого и экономически обоснованного производства. Литьё остаётся оптимальным выбором при выпуске массовых партий пластиковых деталей, где важна минимальная себестоимость и высокая скорость цикла. Однако всё больше предприятий переходят на аддитивные технологии для быстрого прототипирования, мелкосерийного выпуска и создания изделий со сложной геометрией, которые невозможно или слишком дорого производить традиционным способом.

3D-печать даёт инженерам свободу проектирования и ускоряет внедрение новых продуктов — особенно в таких сферах, как приборостроение, робототехника, медицина и авиапром. Для предприятий, ориентированных на импортозамещение и развитие собственного инжиниринга, это не просто альтернатива литью, а инструмент для повышения технологической независимости.

Компания «Топ Станок» - интегратор аддитивных решений в России, поставляет промышленное оборудование для 3D-печати, материалы и программное обеспечение. Мы помогаем предприятиям выстраивать производственные процессы — от прототипирования до цифрового серийного выпуска.

Ознакомьтесь с нашим каталогом промышленных 3D-принтеров и материалов и узнайте, как внедрить 3D-печать в производство уже сегодня.