Jak czterokrotnie obniżyć koszty produkcji jednostkowego modelu?

Podczas opracowywania rozwiązań przemysłowych oraz maszyn i urządzeń, ważnym etapem jest prototypowanie, testowanie oraz wytwarzanie finalnych produktów. Warto zoptymalizować koszty produkcji poszczególnych podzespołów, a można to zrobić m.in. wykorzystując tańszą metodę ich wytwarzania. Porównaliśmy dwie metody - technologię CNC oraz druk 3D. Czym się różnią?

Porównanie technologii addytywnej i ubytkowej

Technologia ubytkowa a wytwarzanie przyrostowe

Druk 3D to technologia przyrostowa, w której model wytwarzany jest poprzez nakładanie na siebie kolejnych warstw surowca. Obróbka na frezarkach CNC to technologia ubytkowa, w której narzędzia ściągają warstwy materiału, kształtując zaprogramowany uprzednio model. Obie te techniki umożliwiają uzyskanie fizycznego produktu, jednak zarówno proces jego przygotowania, a także koszty, czas produkcji czy trwałość są od siebie różne. Która metoda jest korzystniejsza? Wszystko zależy od celu wykorzystania modelu, jego użyteczności oraz budżetu. 

Rodzaj surowca

Frezarka CNC umożliwia uzyskanie finalnego modelu z wielu różnych typów materiałów - stopów metalu, plastiku czy drewna. W przypadku drukarek 3D konieczne jest wykorzystanie  jednego typu materiału (w zależności od technologii urządzenia) przygotowanych w odpowiedniej do aplikacji formie - warto jednak zwrócić uwagę na fakt, że rodzajów materiałów do druku jest sporo. Różnią się między sobą właściwościami, dlatego można je dobierać do konkretnej realizacji w zależności od celu wykorzystania. Najpowszechniejszą technologią druku 3D jest FDM, która opiera się na wytwarzaniu z substancji będących pochodnymi plastików (m.in. PLA, ABS, Nylon czy TPU). Porównując wytwarzanie na frezarkach CNC oraz na drukarkach 3D w technologii FDM, można wyszczególnić wiele zalet obu technologii, jednak w przypadku wykorzystania różnorodnych typów surowców w ramach jednego urządzenia przewagę zyskuje CNC. 

 Obróbka ubytkowa modelu na frezarce CNC

Trwałość

Porównując wykonanie detalu z aluminium (metalu), a z materiału PLA (tworzywa sztucznego), można przyjąć tezę, że modele wykonane na CNC będą dużo trwalsze. Jednak czy wykonując prototyp lub element, od którego nie będziemy wymagać odporności mechanicznej czy termicznej, wyszczególniony aspekt będzie istotny?

Wysokiej jakości elementy wydrukowane w technologii 3D można uzyskać tanio i szybko, oraz wykorzystać je nie tylko podczas testów, ale też zaimplementować w gotowym produkcie. Modele wykonane z tworzyw sztucznych będą również lżejsze.

Szybkość produkcji i praca operatora

Chociaż całkowity czas pracy maszyny jest dłuższy w przypadku druku 3D, to jednak wytwarzanie na maszynach CNC oprócz obróbki wymaga nieustannej obecności operatora i jego większego zaangażowania w cały proces. Dobrze przygotowany model do druku oraz odpowiednio dobrane parametry urządzenia ograniczają do minimum obsługę drukarki 3D, a co za tym idzie, czas całego procesu.

Koszty wykonania jednostkowego modelu

W celu analizy kosztów produkcji wytworzyliśmy modele porównawcze - jeden w technologii druku 3D, drugi poddany obróbce na maszynie CNC. Poniżej przedstawiamy ich cechy charakterystyczne. Otrzymane wyniki wykazały, że element wytworzony na drukarce 3D jest czterokrotnie tańszy niż model wykonany poprzez obróbkę na frezarce CNC. 

Koszty urządzenia

Wiele firm decyduje się na zlecenie wykonania poszczególnych elementów do swoich realizacji u zewnętrznych podwykonawców. W związku z tym, że zakup maszyny do obróbki CNC oraz zatrudnienie specjalisty może wiązać się z brakiem zwrotu z tej inwestycji w krótkim czasie, wydaje się być to najlepszym rozwiązaniem. Podobnie jest zresztą w przypadku druku 3D - skorzystanie z usługi tego typu w sytuacji wytwarzania elementów na bardzo małą skalę z całą pewnością będzie dużo bardziej optymalne, aniżeli zakup urządzenia. Warto jednak zaznaczyć, że w zależności od producenta i zastosowanych rozwiązań przemysłowych, a także wielkości pola roboczego, koszty frezarki CNC są nawet 7 razy większe w stosunku do drukarki 3D o podobnym polu roboczym.