» 3DPE » پرینتر سه بعدی یا قالب‌ گیری تزریقی؛ کدام روش برای شما مناسبتر هستند؟
قالبگیری تزریقی و پرینت3بعدی

پرینتر سه بعدی یا قالب‌ گیری تزریقی؛ کدام روش برای شما مناسبتر هستند؟

پرینتر سه بعدی ترموپلاستیک و قالب گیری تزریقی هر دو تکنیک هایی برای تولید قطعات و اجزای پلاستیکی هستند، اما هر کدام از آنها مزایای خاص خود را دارند و اکثر افراد بین انتخاب این دو فناوری سردرگم میشوند و نمی دانند کدام را برای بهبود تولیدات کارگاهی خود بکار ببرند.

فناوری چاپ سه بعدی ترموپلاستیک یک فرایند تولید افزایشی است که به صورت لایه به لایه قطعات را می سازد، اما در قالب گیری تزریقی یک قالب با مواد مذاب پر می شود و پس از خنکی و سخت شدن، قطعه از قالب خارج می شود.

هم از قالب گیری تزریقی و هم از پرینت سه بعدی می توان برای نمونه سازی استفاده کرد، اما تفاوت هایی اساسی بین این فرایندها وجود دارد.

تفاوت های تولید قطعات در روشهای تزریق قالب و پرینت سه بعدی:

  1. قالب گیری تزریقی برای تولید انبوه با حداقل ضایعات مناسب است.
  2. کیفیت ظاهری قطعات تولید شده با فرآیند قالبگیری تزریقی بهتر از چاپ سه بعدی است ولی هزینه بسیار بیشتر و شرایط کارگاهی خاص نیاز دارد.
  3. چاپ سه بعدی فرایندی کُندتر است، اما بودجه بسیار کمتر و زمان راه اندازی سریعی دارد و هر کسی در محل کار یا خانه خود میتواند یک چاپگر سه بعدی را استفاده کند. پرینتر سه بعدی، امکان تغییر مکرر در طراحی را فراهم می کند و همچنین برای طراحی های پیچیده بهتر است.

فرآیند پرینت3بعدی

1- فناوری پرینت سه بعدی چیست؟

چاپ سه بعدی: 3D Print (که با نام تولید افزایشی یا Additive Manufacturing نیز شناخته می شود) زمان تحویل قطعه کانسپت را به هفته یا حتی کمتر در حد روزانه کاهش می‌دهد که آنرا برای نمونه سازی سریع و کار با طرح هایی با تغییرات مکرر ایده‌آل می‌ کند. این فرایند همچنین قادر به تولید قطعات و اجزای پلاستیکی نسبتاً کوچک است و برای طرحهای پیچیده و ترکیبی نیز کاربرد دارد. با این حال، پرینتر سه بعدی برای تولید قطعات در تیراژهای کم، 100 قطعه یا کمتر، مناسب است زیرا در تولید انبوه، هزینه و زمان افزایش می یابد و دیگر بصرفه نیست.

مزایای 3DPrinter

  • چاپ سه بعدی هزینۀ ابتدایی پایینی دارد. چاپگر سه بعدی رومیزی و متریال آن (رشته ترموپلاستیک فیلامنت) ارزان تر از تجهیزات قالب گیری تزریقی است. توسعۀ مداوم نرم افزارها و سخت افزارهای منبع باز می تواند امکان پیشرفت کم هزینه یا بدون هزینه را فراهم کند.
  • ایجاد تغییرات در طراحی آسان است. از آنجا که پرینت سه بعدی فرایندی افزایشی است، به شما امکان می دهد که بتوانید حین تولید تغییراتی در طراحی ایجاد کنید و در زمان و هزینه برای قطعاتی که ممکن است دارای نقص باشند، صرفه جویی نمایید. امکان توقف در اواسط فرایند و ایجاد تغییرات در طراحی به این معنی است که نیازی به شروع تولید از ابتدا ندارید. چاپ سه بعدی برای نمونه های اولیه نیز خوب است زیرا به تنظیمات و تجهیزاتِ پیش از تولید کمی نیاز دارد.
  • برای طرح های پیچیده مناسب است. از آنجا که پرینت سه بعدی قطعات را لایه به لایه می سازد، برای تولید طرحهای پیچیده و ترکیبی، عالی است (مثلا قطعات متحرک چند بخشی همانند اسباب بازی که در حالت اسمبل شده در نرم افزار مدلسازی سه بعدی آماده شده اند، بدون نیاز به تفکیک اجزا پرینت خواهند شد) .
مزیت پرینت3بعدی
این تندیس اختاپوس که اجزای متحرک نیز دارد، مستقیما از فایل نهایی CAD با متریال ترموپلاستیک مولتی کالر، توسط یک کاربر خانگی پرینت سه بعدی شده است. ساخت این قطعه، کارکرد پذیری و سازگاری بالای ساخت در 3DPrinter را نشان میدهد درحالیکه تولید چنین قطعه ای با روش تزریق پلاستیک، مستلزم ساخت جداگانه هر جزء این قطعات و اسمبل نهایی است که آنرا زمان بر و پیچیده می کند. (در اینترنت به آسانی میتوانید چنین فایلهای سه بعدی آماده پرینت را رایگان دانلود کنید).

قطعات فوق نیز براحتی توسط یک کاربر خانگی با پرینتر سه بعدی رومیزی قابل ساخت و مونتاژ است. 3D Printer برای یک کاربر آماتور تا یک مهندس خلاق می تواند بسیار سودمند باشد.

injection mold

معایب 3DPrinter

  • تعداد، اندازه و زمان ساخت قطعه: چاپ سه بعدی، علیرغم این که راه اندازی سریعی دارد، معمولا روش تولید نسبتا کندی به شمار میرود. از آنجا که این فرایند بر CAD و جزئیات دقیق لایه گذاری میکرونی مبتنی است، امکان ساخت همزمان قطعات محدود می شود (Batch size)، بطوری که اکثر پرینترها تنها قادر به ساخت یک یا دو پارت (قطعات سایز بزرگ)، در آنِ واحد هستند.
  • ضریب خطای متغیر: فرض کنید میخواهید یک قطعه یکسان را همزمان و بسرعت با چند نوع چاپگر بسازید، با توجه به ضریب خطای هر چاپگر، دقت ابعاد نهایی نیز تغییر میکند، بنابراین متعجب نشوید که وقتی همه آن قطعات را کنار هم گذاشتید، دقیقا کپی برابر اصل هم نبوده و با تفاوت جزیی ابعادی و ضریب خطای متغیر در هر پارت مواجه شوید! این مشکل در قطعات ظریف مهندسی که دارای سوراخ، چِفت و … هستند دردسر زیادی ایجاد می کند. بنابراین هنگام طراحی این مدلها درصد خطای ساخت چاپگر سه بعدی را نیز لحاظ کنید | تست عملکرد پرینتر سه بعدی |.
  • انقباض یا shrinkage: قطعات تولیدی با فرآیند 3D Print مستعد کاهش جزیی حجم هنگام پرینت (بعلت ذوب و خنک شدن پلاستیک) هستند و باید این ضریب در قطعات صنعتی که نیاز هست بسیار دقیق باشند، هنگام مدلسازی در نظر گرفته شود.
  • استحکام متوسط: قطعات تولیدی با پرینت سه بعدی متریال ترموپلاستیک قدرت تحمل حرارت و فشار خیلی بالایی ندارند (فناوری پرینت سه بعدی فلز هنوز عمومی نشده و هزینه بالایی دارد).
  • محدودیت اندازه: چاپ سه بعدی قادر به تولید اقلام بسیار بزرگ در حالت یکپارچه نیست چون این فرایند منطقۀ چاپ محدودی دارد. اگر قطعات از لبۀ منطقۀ چاپ خارج شوند، مدل به طور فزاینده ای ناپایدار می شود؛ بنابراین در حالی که چاپ سه بعدی با مقیاس بزرگ امکان پذیر است (در حالت چند تکه کردن و سپس اسمبل نهایی)، اما بهترین گزینه محسوب نمی شود.
  • سطح نسبتا ناهموار: سطح نهایی چاپ سه بعدی نسبت به تزریق پلاستیک ناهموارتر بنظر میرسد، چون لایه ها به صورت افزودنی روی هم قرار می گیرند. در نتیجه، در صورت نیاز به سطحی صاف و صیقلی، به مراحل جداگانه پرداخت نهایی نیاز پیدا می کنید.
مزیت پرینت3بعدی
(تصویر چپ) قطعه بخاطر کاهش زمان و هزینه چاپ در دقت 400 میکرونی با ترموپلاستیک ABS پرینت سه بعدی شده و سپس با محلول استون، سطح صیقلکاری گشته است (تصویر راست).

قالب گیری تزریقی

2- فناوری قالب گیری تزریقی

زمان آماده سازی قطعه برای ساخت در قالب گیری تزریقی طولانی است (مثلا 5 تا 10 هفته برای قطعات ساده)، یعنی این روش برای تغییرات مکرر طراحی مناسب نیست. هزینه ساخت قطعات با تزریق قالب نیز بسیار بالاست و هر گونه خطا در طراحی قطعات، سبب زیانهای مالی شدیدی خواهد شد. پس بعلت چرخه طولانی و هزینه بسیار بالا، این فرایند برای تولید قطعات در حجم های بسیار زیاد (حداقل بیشتر از 1000 قطعه در هر دور) ایده‌آل است. این فرایند همچنین برای تولید قطعات بسیار بزرگ یا کوچک تک بخشی با هر نوع پیچیدگی کارایی دارد.

تزریق پلاستیک

مزایا

  • قادر به تولید انبوه قطعات است. قالب گیری تزریقی می تواند از تعداد زیادی قالب به طور همزمان استفاده کند، بنابراین برای تولید انبوه قطعات مقرون به صرفه تر است.
  • استحکام قطعه را افزایش می دهد. قطعات قالب گیری تزریقی با استفاده از یک لایه متریال ساخته می شوند و امکان وجود هرگونه شکاف یا نقصی را منتفی می کنند.
  • حداقل ضایعات را دارد. از آنجا که قالب گیری تزریقی شامل ریختن متریال در قالب می شود، دقیقاً از مقدار متریال مورد نیاز برای تولید قطعه استفاده می کند. یعنی این روش برای تولید انبوه قطعات با کمترین هزینه ایده‌آل است.
  • کیفیت سطح: در قالب گیری تزریقی سطح قطعه میتواند بسیار با کیفیت ساخته شود.
  • مقاومت: قطعات حاصل از دستگاه تزریق مقاومت خوبی دارند.

روش تزریق قالب

معایب

  • محدودیت پیچیدگی قطعات: استفاده از روش تزریق قالب به این معنی است که محدودیت هایی برای طراحی وجود دارد. مثلا یک قطعه نمیتواند در چند پارت ترکیبی، یکباره ساخته شود یا وجود زوایای قائم یا 90 درجه در برخی طراحیها می تواند منجر به شکستن قطعه، خش افتادن و … در زمان خروج از قالب شود.
  • تصحیح اشتباهات یا تغییر طرح ها مشکل و هزینه بر است. به دلیل زمان طولانیِ آماده سازی قالب گیری تزریقی، اصلاح هرگونه اشتباه در طراحی دشوار و بسیار پرهزینه است. قالب باید بطور کامل بازسازی شود تا طرح ها تغییر کنند یا مشکلات برطرف شود و همچنین قطعۀ تولید شده علی رغم آن همه هزینه و صرف زمان، بلا استفاده خواهد بود.
  • هزینه های اولیۀ بالا: دستگاه های با کیفیت و حرفه ای قالب گیری تزریقی بسیار گران هستند و معمولاً برچسب قیمتی شش رقمی دارند. این سیستمها برای کاربرد صنعتی طراحی شده اند و مناسب کاربران عادی یا کم بودجه نیستند، چون به غیر از هزینۀ اولیۀ ماشین آلات، باید هزینۀ ساخت قالب ها، متریال و نمونه سازی اولیه، دانش فنی لازمه و اجاره مکان کارگاهی را نیز به آن افزود.

پرینتر فلز رومیزی

مقایسه پرینت سه بعدی با قالب گیری تزریقی

پرینت سه بعدی برای موارد زیر مناسب است:

  • تولید مجموعه های کم تعداد
  • نمونه سازی و بررسی فیزیکی قطعه قبل از فرآیند قالب سازی
  • طرح های پیچیدۀ دارای شکاف یا حفره در وسط
  • مدلهای کانسپت چند پارته توخالی با اسمبل کامل که متحرک خواهند بود.
  • تغییر طراحی، در حین تولید یا پس از آن
  • ایده آل برای سازندگان تجربی تا حرفه ای
  • ایده آل برای R&D (تحقیق و توسعه) با بودجه کم تا زیاد
  • بهترین برای تست اولیه محصولات
  • قطعاتی که مقاومت بالایی لازم ندارند.

قالب گیری تزریقی برای موارد زیر مناسب است:

  • تولید مجموعه های بسیار بزرگ چون می تواند چندین قطعۀ یکسان را به طور همزمان تولید کند.
  • طرح های قوی و مستحکم که فرمی پیوسته و منسجم دارند.
  • سطوح نهایی بسیار صاف و هموار برای قطعات متحرک؛ سطوح صاف و صیقلی به این معنی است که سطح نهایی قطعات در این روش اصطکاک و زبری کمتری نسبت به قطعات چاپ سه بعدی دارند.
  • ساخت قطعات بسیار بزرگ یکپارچه با کیفیت سطح عالی

آیا چاپ سه بعدی جایگزین قالب گیری تزریقی خواهد شد؟!

از نگاه آماتورها که درک دقیقی از تولید صنعتی ندارند، چاپ سه بعدی و قالب گیری تزریقی بعنوان دو رقیب در نظر گرفته می شوند! اما چنین نیست و هر دو تکنیک، مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند و در عمل وقتی منطقی فکر کنید، این دو روش تکمیل کننده همدیگر هستند:

چاپگر سه بعدی بهترین و ارزانترین روش برای تست طراحی قالب و اطمینان از کیفیت قطعه کانسپت قبل از ارسال برای تولید انبوه به روش قالبگیری تزریقی است؛ با پرینتر سه بعدی خیالتان راحت است که قطعه بدرستی طراحی سه بعدی شده است و فایل سه بعدی نهایی در بهترین هندسه خود برای قالبگیری آماده خواهد بود.

به دلیل ماهیت هزینه‌بر و زمان‌بر تولید در قالب گیری تزریقی، چاپ سه بعدی بعنوان فرایندی بهتر برای نمونه سازی اولیه در نظر گرفته می شود. صنعت پزشکی، معماری، خودرو، پتروشیمی و … از حوزه هایی هستند که از پرینتر سه بعدی برای تولید «قالب اولیه» جواهرات، پروتزهای دندانپزشکی، ماکت و مجسمه، قطعات صنعتی …. استفاده می کنند.

اگر اهداف کاری شما و هندسه قطعات طوریست که با هزینه و زمان ساخت چاپگر3بعدی سازگاری ندارد و در عین حال تعداد آن متناسب با تزریق قالب انبوه نیست، شاید استفاده از دستگاههای رومیزی تزریق پلاستیک دست ساز موسوم به diy desktop injection molding machine راهکار منطقی تری باشد (تصاویر فوق). این ماشینهای قالب ساز پلاستیک رومیزی کارکرد آسانتر و سازگاری با محیطهای کاری کوچک داشته و هزینه کمتری برایتان خواهد داشت.

جمع بندی مقایسه قالب تزریقی و پرینتر3بعدی

در این مطلب ما روی فناوری پرینت سه بعدی متریال ترموپلاستیک (فیلامنت) یا FDM/FFF تمرکز کردیم و از روشهای دیگر چاپ سه بعدی مثل SLA و SLS : پودر پلیمرها و … که انعطاف بیشتری برای قالبسازی صنعتی فراهم میکنند، صحبت نکردیم (متاسفانه این روشهای نوین در ایران بسیار هزینه بر هستند).

پرینتر سه بعدی برای تولید مجموعه های کوچک و پیچیده که نیاز به تغییر مکرر طراحی یا سفارشی سازی دارند، مناسبتر است. از سوی دیگر، قالب گیری تزریقی برای تولید انبوه قطعاتِ کمتر پیچیده، که مرحلۀ طراحی را با موفقیت پشت سر گذاشته اند و نهایی شده اند، ایده‌آل است.

بجای این که چاپ سه بعدی را جایگزینی بالقوه برای قالب گیری تزریقی بدانیم، می توان این دو فناوری را بعنوان فرایندهای تکمیل کننده در نظر گرفت که بسته به نیاز هر کس، در کنار هم یا به تنهایی استفاده میشوند (این دو روش هرگز جایگزین نهایی دیگری نخواهند بود). با استفاده درست از هر دو فرایند، قادریم چرخه پیش‌تولید را کوتاه کنیم، هزینه ها را کاهش دهیم و سپس به سراغ ساخت انبوه نهایی برویم.

لطفا نظرات و پیشنهادهای تکمیلی درباره روش تزریق قالب و چاپگر سه بعدی را بنام خودتان در پایین این صفحه کامنت کنید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *