Применение 3D-печати в производстве

Большинство людей думают, что 3D-печать можно использовать только для прототипирования или макетирования, но не для производства конечных изделий. Другими словами, 3D-принтеры не все воспринимают как устройства для серийного производства деталей. И, до недавнего времени, это было верное утверждение.

Однако, есть такие ситуации, при которых наиболее предпочтительным и экономически эффективным методом производства будет именно 3D-печать (здесь и далее FDM-печать).

Из всех распространенных методов для производства пластиковых изделий, 3D-печать имеет свой собственный уникальный набор преимуществ и недостатков.

Печать на 3D-принтере позволяет максимально точно подобрать параметры изделия и отлично подходит для изготовления небольшой партии. 3D-печать позволяет делать детали со сложной геометрией и структурой, именно такие, какими они были задуманы, без оптимизаций под оснастку и каких-либо дополнительных затрат. Эта технология имеет максимальную гибкость изменения продукта после начала серийного производства, и опять же, без затрат. Только представьте, вы запустили на производстве партию изделий и в процессе изготовления выявили недостаток конструкции изделия. Традиционным способом изготовления, например, литье под давлением, потребовалось бы останавливать производство, дорабатывать всю оснастку, а затем запускать процесс по новой. Что же касается 3D-печати, то в данном случае, нужно всего лишь внести изменения в цифровую модель и тут же продолжить печать.

Все понимают, что печать единичных изделий на принтере просто незаменима ни одной из традиционных технологий. Если же рассматривать изготовление очень больших партий деталей, измеряемых сотнями или тысячами единиц, то чаша весов перевешивает в сторону традиционных способов изготовления серийной продукции, главным образом из-за экономической составляющей. Такой способ производства как литье под давлением будет экономически более выгоден при изготовлении 1000 и более изделий. Если посмотреть на диаграмму, которую мы подготовили для наглядности, то можно увидеть зависимость стоимости производимых шахматных фигур от размера партии при литье под давлением и печати на FDM-принтере.

Серийная 3D-печать. Данные, приведенные в диаграмме, усредненные и не являются точным расчетом.

Как вы видите, стоимость производства деталей на 3D-принтере всегда постоянна. При литье под давлением, стоимость оснастки, закладываемая в изделие, делает единичные партии экономически не выгодными, тогда как в больших партиях себестоимость единицы продукции получается ниже, чем при FDM-печати.

Можно привести несколько примеров, когда изготовление больших партий изделий на 3D-принтере было единственно возможным решением.

В 2012 году американский предприниматель Брук Драмм создал недорогой 3D-принтер Original Printrbot и разместил свой проект на Kickstarter, что позволило ему собрать более $ 830 000 от 1 800 спонсоров. Этих средств должно было хватить на создание около 1 200 комплектов запчастей PrintrBot. При этом, каждый набор содержал всего 22 шт. ​​ пластмассовых деталей, 16 из которых являлись уникальными.

Для поставленной задачи Бруку необходимо было сделать огромное количество деталей, но традиционные способы изготовления не могли справиться с этой задачей. Если бы он использовал литье под давлением, то это потребовало бы создать большие и очень сложные формы для литья, а значит, понести большие финансовые затраты. В то же время, такая технология имеет ряд ограничений, что не позволило бы Бруку сделать некоторые очень сложные элементы.

Аналогичная ситуация с применением ЧПУ станков с высокой степенью детализации. Детали, выполненные на ЧПУ стоили бы целое состояние.

Выход был найден легко. Детали Printrbot были выполнены на 3D-принтере. Он использовал свой принтер, чтобы создать детали для 10 принтеров. Затем, собрав 10 принтеров, он использовал их одновременно для печати всей партии деталей. Такую мини фабрику он назвал «bot farm».

При цене $ 500 за один Printrbot, его мини фабрика обошлась в сумму около $ 5000. Это конечно не малая сумма для небольшого предпринимателя, но, когда он закончил их использовать для производства деталей, просто продал их.

Таким образом, использование нескольких FDM 3D-принтеров было действительно лучшим способом производства, чтобы изготовить набор деталей в промышленных объемах. Еще одним вариантом применения нескольких FDM-принтеров одновременно может быть ситуация, когда требуется ускорить печать одного большого задания, разделив его на несколько параллельно работающих машин.

Рассмотрим еще один пример применения так называемых ферм 3D-принтеров. Компания Robohand из США использует одновременно 50 FDM-принтеров Makerbot Replicator для печати изделий. Robohand создает функциональные анатомические манипуляторы, которые выступают недорогой альтернативой стандартным протезам для тех, кто остро в них нуждается.

3D-печать на нескольких FDM-принтеров идеально подходит для такого производства, поскольку позволяет сделать много деталей, сохраняя при этом способность настроить каждый элемент манипулятора под особенности конкретного пользователя.

В отечественном производстве 3D-принтеры до сих пор применяются крайне ограниченно. Причина этой проблемы в том, что в России очень мало специалистов в области аддитивных технологий. Тем не менее, в последнее время отмечается рост интереса к 3D-оборудованию со стороны промышленных предприятий. Будем надеяться, что вскоре и на наших предприятиях, по примеру запада, можно будет увидеть массовое применение 3D-принтеров в производстве серийных продуктов.