Die Durchführbarkeit des 3D-Drucks in der Fertigung: Vergleich von Spritzgießen, traditionellem 3D-Druck und Projektionsmikro-Stereolithografie

Da sich die 3D-Drucktechnologie weiterentwickelt, prüfen die Hersteller ständig die Machbarkeit des 3D-Drucks für die Fertigung. Es stellen sich Fragen wie: Wie schnell können Sie Teile drucken und wie viel kostet ein typisches Teil? Dies sind wichtige Fragen, die nicht nur für die additive Fertigung, sondern für alle Fertigungsverfahren gelten.

Spritzgießen

Lassen Sie uns dies zunächst im Kontext des Spritzgießens betrachten. Bei der Überprüfung des Spritzgießens gibt es einige grundlegende Fragen, die geklärt werden müssen. Wie hoch sind die prognostizierten jährlichen Volumina, die Qualitätsanforderungen, das verwendete Material, spezielle Anforderungen und kritische Merkmale? Sie möchten vielleicht auch wissen, ob es sich um eine Komponente eines größeren Programms oder um einen Teil einer Baugruppe handelt? Wird dafür ein Reinraum benötigt? Und so weiter. Die Antworten auf diese Fragen führen oft zu einer neuen Reihe von Fragen. Welches Kavitationswerkzeug wird benötigt? Kann das Teil so geformt werden, wie es ist? Wie hoch sind die Materialkosten? Wie hoch ist die Zykluszeit? Benötigt der Auftrag einen Bediener oder wird er vollautomatisch ausgeführt? Gibt es Anforderungen an die Verpackung? Wie wird er geprüft? Ist eine Prozessvalidierung erforderlich? So bekommen Sie ein erstes Bild.

Traditioneller 3D-Druck

Wenn man die richtigen Umstände erkennt, kann die additive Fertigung diesen Prozess erheblich vereinfachen. Die additive Fertigung beginnt zunächst mit ein paar grundlegenden Fragen:

  1. Kann der Prozess die geforderten Toleranzen einhalten?
  2. Ist der Prozess wiederholbar und genau?
  3. Sind die aktuellen Materialien für die Anwendung geeignet?

Wenn wir positive Antworten auf diese Fragen erhalten, freuen wir uns bereits. Der Prozess beginnt, real zu werden. Am Ende geht es um Kostenvorteile und/oder Leistungsvorteile. Wenn wir den 3D-Druck von Mikrostrukturen betrachten, sieht die Geschichte etwas anders aus als bei den bekannten additiven Verfahren.

Im Allgemeinen ist das Material für den 3D-Druck viel teurer als thermoplastisches Granulat. Das wirkt sich negativ auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis des 3D-Drucks aus, da die Teile wachsen und mehr Material zum Drucken benötigen. Bei den traditionellen additiven Verfahren haben wir es in der Regel mit hohen Materialkosten und der Notwendigkeit von losen Toleranzen oder langsameren Druckgeschwindigkeiten zu tun. Die Werkzeuge, die benötigt werden, um die gleichen Teile zu formen, sind in der Regel weniger komplex, was die Werkzeugkosten relativ niedrig hält. Es ist zum Beispiel nicht ungewöhnlich, ein paar tausend Teile für weniger als 10.000 US-Dollar von einem Unternehmen zu beziehen, das Prototypen oder Kleinserien herstellt. An diesem Punkt ist der Vorteil des 3D-Drucks im Vergleich zum Spritzguss gering.

Es ist ein Verdienst des Marktes für additive Fertigung, dass die Unternehmen die zahlreichen Vorteile dieser Technologie genutzt haben, um Konstruktionen zu optimieren, die eine bessere Leistung, eine Reduzierung der Teilezahl und die Vorteile einer lokalen und flüssigen Lieferkette ermöglichen. Die Märkte und Anwendungen sind aufgrund der Kosten bei höheren Stückzahlen, des Durchsatzes und der Volumenanforderungen noch begrenzt.

Projektion Mikro-Stereolithographie

Bei der Projection Micro Stereolithography (PµSL) sind die Kostenvorteile viel offensichtlicher. Die hohen Werkzeugkosten für Mikrospritzgussformen und das minimale Volumen der Teile, die weniger Material benötigen, wirken sich stark auf die Kostenanalyse aus. Die Tatsache, dass beim 3D-Druck keine Werkzeuge benötigt werden, war schon immer ein Vorteil. Dieser Vorteil wird noch deutlicher, wenn man den Mikrospritzguss betrachtet. Die Kosten für eine komplexe Mikroform mit nur einer Kavität können oft über 100.000 Euro betragen.

Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Kostenanalyse ist, dass die gedruckten Teile sehr wenig Material verbrauchen, so dass die Materialkosten minimal sind. Mit dem Mikro-3D-Druck können Sie Zehntausende von Teilen drucken, bevor sich das Werkzeug amortisiert hat. Wenn Sie nur 100 Teile benötigen, steigt der Wert des Mikro-3D-Drucks sprunghaft an. Ganz einfach, die Herstellung von Mikroteilen mit herkömmlichen Fertigungsmethoden ist sehr kostspielig und schwierig. Die PµSL-Technologie von BMF nimmt die Komplexität heraus und macht den 3D-Druck zu einer sehr attraktiven Lösung für komplexe Mikro-Präzisionsteile.

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