3D tisk versus tradiční výroba: kde je opravdu zlom

3D tisk vyhrává u malých počtů, složitých tvarů a krátkých termínů. Vstřikování vyhrává ve velkých sériích, CNC obrábění při vysokých nárocích na přesnost a povrch. Zlomový počet kusů mezi tiskem a vstřikováním není univerzální číslo. Vypočítáte ho jako cenu formy dělenou rozdílem ceny za jeden kus a u běžných plastových dílů vychází řádově ve stovkách až tisících kusů.

Většina porovnání na internetu vám řekne jedno konkrétní číslo. To číslo je vždy nesprávné pro váš díl, protože závisí na ceně nástroje, který ještě nikdo nenacenil.

Čtyři technologie vedle sebe

Zlom si vypočítejte, nehledejte ho

Vzorec je jednoduchý:

Zlomový počet kusů = cena nástroje ÷ (cena za kus 3D tiskem − cena za kus vstřikováním)

Příklad. Máte malý plastový držák. Forma podle nabídky stojí 6 000 €, vstřiknutý kus 0,80 €, ten samý díl z 3D tisku 6,00 €.

6 000 ÷ (6,00 − 0,80) = přibližně 1 150 kusů

Pod 1 150 kusů je levnější tisk, nad ní vstřikování. Pokud se cena formy změní na 3 000 € (jednoduchý tvar, hliníková forma), zlom klesne na zhruba 580 kusů. Pokud díl vyžaduje boční jádra a forma vyjde na 18 000 €, zlom vyskočí nad 3 400 kusů.

Proto se u množství zhruba 200 až 2 000 kusů vyplatí vyžádat si obě nabídky. Pod 200 kusů téměř vždy vyhraje tisk, nad 5 000 téměř vždy vstřikování.

Cena formy se podle Protolabs Network pohybuje od několika tisíc dolarů u jednoduchých nástrojů po desítky tisíc u složitých; ocelové formy jsou dražší než hliníkové, ale vydrží podstatně víc cyklů.

Co do vzorce zapomenete započítat

• Změnu dílu. Úprava formy stojí peníze a týdny. Úprava tištěného dílu stojí nový export modelu.
• Skladování. U vstřikování vyrobíte celou sérii naráz a musíte ji někde mít. Tisknout se dá po dávkách podle potřeby.
• Riziko, že díl není hotový. Pokud existuje šance, že konstrukci ještě změníte, forma je předčasná investice.
• Odpis nástroje při ukončení produktu. Forma za 6 000 € při 400 prodaných kusech znamená 15 € na kus navíc.

Čas: tady 3D tisk vyhrává bez diskuse

Výroba vstřikovací formy trvá týdny: návrh, obrábění, zkoušky, ladění. CNC obrábění potřebuje dny na přípravu a upnutí. 3D tisk potřebuje hodiny.

U zakázkového tisku se reálný cyklus měří takhle: poptávka → cenová nabídka (u nás obvykle do 24 hodin) → tisk → odeslání. Jednoduchý díl z běžného materiálu tak máte v ruce během několika dnů.

To je důvod, proč i firmy s vlastní vstřikovnou používají tisk na prototypy a náhradní díly. Ne proto, že by byl levnější, ale proto, že je rychlý.

Složitost tvaru obrací pravidla

Tohle je nejméně intuitivní rozdíl mezi technologiemi.

U CNC obrábění platí, že složitější tvar znamená víc upnutí, víc nástrojů a vyšší cenu. Vnitřní dutiny se často nedají vyrobit vůbec.

U vstřikování musí každý tvar umožnit vyjmutí z formy. Úkosy, jednotná tloušťka stěny, žádná podřezání bez bočních jader. A každé jádro prodraží nástroj.

U 3D tisku je složitost téměř zdarma. Vnitřní kanálky, odlehčené struktury, integrované klouby, díl složený z pěti částí vytištěný jako jeden kus. Cena roste s objemem a časem tisku, ne s počtem prvků.

Pokud je váš díl tvarově složitý, posouvá se zlomový bod ve prospěch tisku podstatně výš, než říká samotný počet kusů.

Kde je 3D tisk stále pozadu

Aby bylo porovnání poctivé, tu jsou čtyři věci, ve kterých tradiční výroba jednoznačně vyhrává:

1. Přesnost a povrch. CNC obrábění dosahuje tolerance a hladkosti, které FDM tisk nedá. Pokud potřebujete lícované uložení nebo povrch bez viditelné struktury, tisk bude znamenat dodatečné opracování.
2. Izotropie. Vstřiknutý či obrobený díl je stejně pevný ve všech směrech. FDM díl je slabší v tahu kolmo na vrstvy, což je potřeba zohlednit při orientaci.
3. Cena ve velké sérii. Vstřiknutý kus za pár desítek centů je pro tisk nedosažitelný.
4. Certifikované materiály. V regulovaných odvětvích je paleta certifikovaných vstřikovaných plastů nesrovnatelně širší.

Konstrukční omezení, která je potřeba zohlednit už při návrhu

Díl navržený pro vstřikování se dá vytisknout téměř vždy. Díl navržený pro 3D tisk se často nedá vstříknout. Pokud plánujete později přejít na sérii, vyplatí se dodržovat pravidla vstřikování už u prvního prototypu.

Hybridní postup, který používá většina firem

V praxi to zřídka bývá buď jedno, anebo druhé. Běžná posloupnost vypadá takhle:

1. Prototypy z 3D tisku: ověření tvaru, rozměrů a ergonomie. Tři iterace za týden.
2. Nultá série z 3D tisku: 20 až 200 kusů na testování u zákazníků, do prodejen nebo na certifikaci.
3. Rozhodnutí o nástroji: až když je konstrukce zmrazená a znáte reálnou poptávku.
4. Vstřikování na sérii: s tiskem ponechaným na náhradní díly a varianty.

Tenhle postup posouvá investici do formy až za bod, kde už víte, jestli se vyplatí. Právě v krocích 1 a 2 je malosériová výroba nejužitečnější.

Rozhodovací strom

• Potřebuji 1 až 20 kusů → 3D tisk.
• Potřebuji 20 až 200 kusů → 3D tisk, případně vakuové lití u lepšího povrchu.
• Potřebuji 200 až 2 000 kusů → nechte si nacenit tisk i formu a použijte vzorec výše.
• Potřebuji víc než 5 000 kusů → vstřikování.
• Potřebuji toleranci v setinách milimetru → CNC obrábění.
• Díl má vnitřní dutiny nebo složitou geometrii → 3D tisk, i u vyššího počtu kusů.
• Konstrukce se ještě může změnit → 3D tisk, dokud se nezmrazí.

Jak to nacenit u nás

Při poptávce potřebujeme vědět tři věci: model dílu, počet kusů a to, jestli půjde o jednorázovou nebo opakovanou výrobu. Podle toho navrhneme materiál, orientaci a u větších sérií i množstevní slevu. Orientační ceny jsou veřejné a konkrétní nabídku posíláme obvykle do 24 hodin.

Pokud z propočtu vyjde, že se vám víc vyplatí forma, řekneme vám to. Vyrobit dva tisíce kusů tiskem, když má smysl vstřikování, není dobrý obchod ani pro jednu stranu. Napište nám počet kusů a podíváme se na to spolu.