Dapatkah 3D Printing Menggantikan Injection Molding? Mengapa Tidak Akan Terjadi

Jika Anda membaca berita setidaknya sekali dalam dekade terakhir, Anda mungkin sadar dengan yang disebut revolusi pencetakan 3D. Meskipun manufaktur aditif telah digunakan di industri sejak tahun 1980-an, belum banyak tersedia bagi pengguna hobi hingga baru-baru ini.

Penciptaan proyek RepRap, ditambah dengan kedaluwarsa beberapa paten, memungkinkan penurunan biaya yang dipercepat dari printer 3D kelas hobi.

Sekarang bahwa hampir semua orang dapat mendapatkan printer 3D, banyak orang bertanya tentang batasan teknologi ini, dan apakah akhirnya akan menggantikan metode produksi tradisional seperti Injection Molding.

Meskipun 3D printing pasti memiliki tempatnya sendiri di ruang industri, ini tidak akan menggantikan produksi Injection-Molding tradisional, setidaknya dalam beberapa tahun ke depan. Kedua teknologi memiliki keuntungan dan kerugiannya sendiri dan dapat mengalahkan yang lain di area tertentu. Sementara pencetakan 3D sangat baik untuk produksi berukuran kecil dan untuk pembuatan prototipe, Injection Molding masih merupakan yang paling efisien biaya untuk produksi skala besar.

Karena biaya bahan yang lebih rendah dan efisiensi daya Injection Molding, ini adalah teknologi produksi yang direkomendasikan saat memproduksi lebih dari (kira-kira) seratus kilogram unit plastik dari produk yang sama.

Mengapa pencetakan 3D lebih mahal dari Injection Molding?

Asumsi bahwa Anda sudah memiliki cetakan untuk memulai produksi, produksi Injection Molding jauh lebih murah daripada pencetakan 3D per unit. Ini baik karena biaya aktual plastik yang digunakan untuk kedua teknik dan efisiensi energi dari setiap teknologi.

Efisiensi energi pencetakan 3D dan injection molding

Rata-rata daya tarik printer 3D yang sedang bekerja saat mencetak pada 200°C dengan heated bed diatur pada 60°C adalah sekitar 125W/h. Ini berarti pencetakan 3D mengonsumsi rata-rata 9,61kW per kilogram plastik, sedangkan kita hanya membutuhkan rata-rata 1,5kW untuk memproduksi jumlah plastik yang sama melalui Injection Molding.

Menggunakan tarif rata-rata 13 sen per kW/h (harga yang wajar untuk Amerika Serikat), biaya produksi 1 kg plastik menjadi $1,25 untuk pencetakan 3D dan $0,19 untuk Injection Molding.

Meskipun angka-angka ini adalah perkiraan kasar, dan biaya pasti dari setiap teknologi tergantung pada mesin spesifik yang digunakan dan model yang diproduksi, kita masih dapat menyimpulkan bahwa injection molding lebih efisien dalam hal konsumsi daya untuk keluaran yang hampir sama (dengan faktor lebih dari 6).

Perkiraan konsumsi listrik yang digunakan untuk perhitungan ini didasarkan pada pengukuran kami sendiri dari Ender 3 v2 (lihat artikel Facundo tentang topik ini). Anda mungkin telah menebak bahwa baik dia maupun saya tidak memiliki mesin Injection-Molding di rumah, jadi saya mendasarkan perhitungan ini pada rata-rata dari berbagai sumber terpercaya.

Biaya plastik untuk Pencetakan 3D dan Injection Molding

Biaya per kilogram bahan untuk printer 3D sekitar 20 kali lebih mahal dari plastik pellet yang digunakan untuk Injection Molding.

Jika Anda pernah membeli filamen untuk printer 3D, Anda mungkin setuju bahwa tidak asing untuk membayar $20 untuk gulungan PLA atau ABS. Bandingkan dengan biaya rata-rata $1 untuk kilogram pellet ABS dan sekarang kita pasti tahu mengapa sebagian besar alat rumah tangga sehari-hari kami tidak dicetak 3D.

Apakah injection molding selalu lebih murah daripada pencetakan 3D?

Meskipun kita telah menentukan bahwa Injection Molding jauh lebih efisien biaya untuk memproduksi jumlah besar dari produk tertentu, printer 3D juga memiliki tempatnya di industri.

Seringkali, hanya perlu memproduksi batch kecil hingga menengah dari produk tertentu. Ini bisa menjadi kasus prototipe atau produk yang hanya melayani pasar niche dan akan memiliki permintaan yang terbatas.

Untuk jumlah kecil, biaya cetakan itu sendiri sangat penting. Kasarnya, cetakan satu rongga (yang sederhana) bisa mengeluarkan Anda antara $1000 dan $2000, sedangkan yang besar dan kompleks bisa hingga $75.000.

Menanyakan harga cetakan seperti menanyakan harga mobil, di mana rentangnya sangat besar. Penilaian mobil saya mungkin lebih rendah daripada harga Ferrari. Namun, untuk keperluan membandingkan kedua teknologi, saya akan membandingkan kedua teknologi mengasumsikan biaya cetakan $10.000

Seperti yang Anda lihat dari diagram di bawah ini, injection molding menjadi lebih efisien biaya daripada pencetakan 3D pada sekitar 500kg barang yang diproduksi.

Titik infleksi ini (500kg) sangat bergantung pada biaya cetakan itu sendiri. Jika kita melakukan perhitungan yang sama lagi tetapi mengasumsikan harga cetakan hanya $2.000 (untuk cetakan satu rongga sederhana), kita harus memutuskan untuk beralih dari pencetakan 3D ke Injection Molding pada sekitar 100 kilogram.

Kapan saya harus menggunakan printer 3D daripada injection molding?

Manufaktur aditif lebih nyaman dalam kasus di mana produksi yang diperlukan hanya beberapa puluhan kilogram. Ini juga disarankan untuk prototipe cepat model baru, karena fakta bahwa ini memungkinkan desainer untuk mengulang dan mengoptimalkan model mereka tanpa mengakibatkan biaya yang signifikan.

Teknologi pencetakan 3D juga memungkinkan desainer untuk mendesain bentuk yang tidak dapat diproduksi dengan metode manufaktur tradisional. Menara Eiffel berikut yang saya cetak dengan Ender 3 v2 saya tidak dapat diproduksi dengan injection molding.

Apakah pencetakan 3D lebih lambat dari injection molding?

Printer 3D tentu lebih lambat dari mesin injection molding. Misalnya, tidak asing bagi mesin seperti itu untuk memproduksi hingga 3.000 tutup botol per jam. Printer 3D akan menghasilkan satu unit barang yang sama dalam sekitar 15 menit, yang berarti kita akan membutuhkan 750 printer untuk mencocokkan tingkat produksi yang sama. Sebaliknya, kita juga bisa menunggu 750 jam untuk mencetak jumlah unit yang sama.

Dengan demikian, printer 3D tentu lebih cepat dan lebih nyaman ketika datang ke iterasi cepat dan produksi batch kecil. Ini juga sangat nyaman selama proses prototipe. Melalui teknologi manufaktur aditif, kita dapat melakukan sprint desain berurutan dan dengan cepat mengoptimalkan dan meningkatkan model kita, sesuatu yang tidak akan kita dapatkan jika kita memilih untuk menggunakan Injection Molding.

Yang paling penting, pembuatan cetakan dapat memakan waktu hingga 10 minggu, yang berarti kita harus menunggu setidaknya waktu itu untuk melihat unit pertama yang diproduksi. Di sisi lain, jika kita sudah memiliki G-Code desain kita dimuat pada USB stick, kita dapat mengharapkan untuk memiliki item pertama pada hari yang sama.

Apakah plastik pencetakan 3D sama dengan plastik Injection-Molding?

Mesin pencetakan 3D menggunakan gulungan filamen untuk menghasilkan unit yang diinginkan, sedangkan manufaktur Injection Molding biasanya menggunakan plastik dalam bentuk pellet kecil. Dengan demikian, beberapa jenis termoplastik digunakan di kedua teknologi.

Polystyrene (HIPS), ABS dan Nylon adalah bahan populer yang digunakan baik dalam pencetakan 3D maupun injection molding. PLA adalah pilihan plastik paling populer yang digunakan dalam komunitas pencetakan 3D, tetapi hampir tidak ada kasus penggunaan dalam injection molding.

Plastik umum lainnya yang digunakan dalam injection molding adalah Acrylic, Polypropylene, dan Polyethylene, di antara yang lain. Ini tidak kompatibel dengan printer desktop hobi, sebagian besar karena suhu tinggi yang diperlukan untuk diekstrusi.

Printer 3D kelas industri, seperti yang dapat Anda beli dari Stratasys atau 3D Systems, kompatibel dengan sebagian besar termoplastik. Ada satu peringatan: mereka akan mengeluarkan beberapa ratus ribu dolar.

Keuntungan dan kerugian pencetakan 3D dan injection molding

Kedua teknologi memiliki aplikasi di mana mereka mengalahkan yang lain, jadi aman untuk mengatakan bahwa kedua teknik akan digunakan dalam beberapa tahun (atau dekade) ke depan.

Meskipun kita telah melalui sebagian besar keuntungan dan kerugian setiap teknologi, mari kita rangkumnya dengan cepat.

Keuntungan Pencetakan 3D dari Injection-Molding

• Memungkinkan iterasi cepat dan perbaikan desain
• Sangat cocok untuk batch kecil hingga menengah
• Memungkinkan item yang dipersonalisasi satu per satu
• Mengaktifkan bentuk dan desain yang tidak dapat diproduksi dengan teknologi lain
• Tidak memerlukan biaya awal (i.e. cetakan)
• Cocok untuk hobi dan prosumer

Keuntungan Injection-Molding dari Pencetakan 3D

• Sangat efisien biaya untuk jumlah besar
• Mengkonsumsi listrik yang lebih sedikit per kilogram plastik
• Menghasilkan produk berkualitas tinggi dengan detail halus
• Banyak unit yang diproduksi per jam
• Kompatibel dengan berbagai macam termoplastik
• Bagian yang lebih kuat dan tahan

Kesimpulan

Secara ringkasan, aman untuk mengatakan bahwa pencetakan 3D tidak akan menggantikan teknik Injection Molding tradisional. Fakta bahwa printer 3D saat ini tidak mampu mencapai kualitas dan kekuatan yang sama yang dapat diharapkan dari bagian yang diinject merupakan keuntungan besar bagi manufaktur aditif. Selain itu, teknologi itu sendiri tidak memungkinkan tingkat produksi yang luar biasa yang dapat dicapai dengan metode manufaktur tradisional.

Lihat bagian produk kami yang direkomendasikan

Kami membuat bagian produk yang direkomendasikan yang akan memungkinkan Anda untuk menghilangkan tebak-tebakan dan mengurangi waktu yang dihabiskan untuk meneliti printer, filamen, atau upgrade mana yang harus didapatkan, karena kami tahu bahwa ini dapat menjadi tugas yang sangat menakutkan dan secara umum menyebabkan banyak kebingungan.

Kami telah memilih hanya beberapa printer 3D yang kami anggap baik untuk pemula serta menengah, dan bahkan para ahli, sehingga membuat keputusan lebih mudah, dan filamen serta upgrade yang terdaftar semuanya telah diuji oleh kami dan dipilih dengan hati-hati, jadi Anda tahu bahwa mana pun yang Anda pilih akan bekerja sesuai harapan.