Как оценить стоимость литья под давлением

Стоимость пластиковых пресс-форм для литья под давлением варьируется от 100 долларов США за небольшую напечатанную на 3D-принтере пресс-форму до более 100 000 долларов США за сложную стальную пресс-форму для крупносерийного производства. При этом производство этим методом отличается значительными пусковыми затратами. Но поскольку они распределяются между сотнями или тысячами моделей, литье под давлением представляет собой экономичный процесс массового производства. 

Ознакомьтесь с этим руководством, чтобы узнать о факторах, влияющих на общую стоимость литья под давлением. 

Литье под давлением — один из основных способов производства изделий из пластмассы. Он широко используется для массового производства идентичных моделей с жесткими допусками. Это экономичная и воспроизводимая на высоком уровне технология, позволяющая получать модели отличного качества для крупносерийного производства. 

Литье под давлением — это быстрый и интенсивный процесс, во время которого расплавленный материал впрыскивается внутрь пресс-формы. Вид расплавленного материала зависит от объема производственного проекта. Самые популярные материалы — различные термопластики, такие как ABS, PS, PE, PC, PP или TPU. Однако для литья под давлением также можно применять металлы и керамику. Пресс-форма содержит полость, в которую впрыскивается расплавленный материал. Она позволяет точно воспроизвести конечные характеристики модели. 

Основной источник затрат при литье под давлением — стоимость пресс-формы, также известная как стоимость оснастки. Стоимость разработки и изготовления пресс-формы зависит от объема производства, сложности модели, материала и процесса создания пресс-формы. 

Простые напечатанные на 3D-принтере пресс-формы могут стоить всего 100 долларов США, в то время как стоимость разработки и изготовления сложных пресс-форм для крупносерийного производства может достигать 100 000 долларов США. Несмотря на значительные пусковые затраты, процесс литья под давлением имеет низкие текущие затраты из-за недорогих термопластичных материалов, короткого времени цикла и автоматизации производства. Благодаря этому переменные затраты сокращаются, а производство становится более эффективным. При этом, чем больше объем производства, тем ниже становится стоимость одной модели, так как расходы распределяются между сотнями или тысячами единиц. 

В этом видео мы вместе с поставщиком услуг литья под давлением Multiplus покажем вам все этапы процесса литья под давлением с использованием напечатанных на 3D-принтере пресс-форм.

Понимание различных видов затрат на литье под давлением требует глубокого анализа процесса. 

В литье под давлением используются специальные машины: от небольших настольных аппаратов для использования внутри компании до крупного промышленного оборудования, которые в основном эксплуатируются поставщиками услуг, контрактными производителями и крупными предприятиями.

Наиболее рентабельный способ производства небольших объемов моделей — использовать настольный аппарат для литья под давлением и пресс-формы, напечатанные на 3D-принтере. Если у вас мало опыта в литье под давлением и вы хотите опробовать этот метод без лишних затрат, рекомендуем использовать настольный аппарат для литья под давлением, такой как Holipress или Galomb Model-B100. Автоматизированное оборудование для мелкосерийного литья под давлением, такое как настольная машина Micromolder или гидравлическая машина Babyplast 10/12 — достойная альтернатива для среднесерийного производства мелких моделей.

Большие промышленные аппараты для литья под давлением могут стоить от 50 000 до более 200 000 долларов США. Использование этих машин требует соблюдения строгих правил и привлечения квалифицированных специалистов для эксплуатации, технического обслуживания и мониторинга. В результате большинство предприятий передают массовое производство сторонним организациям и контрактным производителям. В этом случае стоимость оборудования включается в стоимость услуг.

Затраты на пресс-формы составляют большую часть затрат на литье под давлением.

Пресс-формы обычно изготавливают тремя способами:

• Обработка с ЧПУ: станки с ЧПУ чаще всего используются для изготовления высокоточных пресс-форм из алюминия и нержавеющей стали. При обработке с ЧПУ заготовка остается неподвижной, а вращающийся инструмент срезает лишний материал. Механическая обработка позволяет производить сложные резные пресс-формы, но часто требует многократной смены инструмента, что может замедлить процесс и увеличить затраты. Станки с ЧПУ — это промышленные инструменты, требующие квалифицированной подготовки и пространства. Поэтому многие компании передают производство пресс-форм сторонним организациям.

• Электроискровая обработка: электроискровая обработка используется для создания сложных пресс-форм, которые нельзя легко воспроизвести с помощью стандартных методов обработки. Электроискровая обработка предполагает использование заготовки и электрода-инструмента для создания желаемой геометрии пресс-формы. При этом электрод-инструмент и заготовка разделены диэлектрической жидкостью и подвергаются воздействию напряжения, вызывающего повторяющиеся разряды тока. С помощью этих разрядов заготовка приобретает окончательную форму. Электроискровая обработка отличается высокой точностью и обычно не требует дополнительной постобработки. Так же как и обработка с ЧПУ, электроискровая обработка является промышленным процессом, который многие компании передают в цеха обработки.

• 3D-печать: 3D-печать — это мощное решение для быстрого и недорогого изготовления пресс-форм для литья под давлением. Она требует ограниченного количества оборудования и экономит время работы станков с ЧПУ и квалифицированных операторов. Производители могут использовать скорость и гибкость 3D-печати, чтобы создавать пресс-формы, которые подходят для настольных и промышленных аппаратов для литья. Еще одно преимущество: прежде чем вкладывать средства в оснастку, можно разработать конструкцию и протестировать материал для конечного использования. Стереолитографическая 3D-печать (SLA) — отличный выбор для литья под давлением. Она обеспечивает гладкую поверхность, высокую точность переноса пресс-формы на готовую модель и легкое извлечение. Напечатанные с помощью стереолитографический 3D-печати модели химически связаны таким образом, что они полностью плотные и изотропные. Настольные стереолитографические принтеры, такие как предлагает компания Formlabs, стоят менее 5000 долларов США и могут быть легко интегрированы в процесс литья под давлением, так как их легко внедрять, использовать и обслуживать.

Разработка более сложных форм требует технических знаний. В результате компании часто обращаются к сторонним организациям за помощью в проектировании и изготовлении пресс-форм. 

Благодаря инновационным технологиям наличие оборудования и инструментов для литья под давлением позволяет создавать пресс-формы своими силами. Если же инструменты, необходимые для литья под давлением, недоступны, услуги сторонних организаций могут помочь минимизировать затраты на проектирование пресс-форм. 

Простые мелкосерийные пресс-формы можно изготовить на 3D-принтере SLA всего за 100 долларов США. Алюминиевая пресс-форма для среднего производственного цикла примерно в 1000–5000 единиц стоит от 2000 до 5000 долларов США. Для пресс-форм со сложной геометрией, предназначенных для более крупных производственных циклов примерно в свыше 10 000 единиц, стоимость пресс-формы может варьироваться от 5000 до 100 000 долларов США.

Для литья под давлением можно использовать широкий спектр пластмасс, включая ABS, PS, PE, PC, PP или TPU в зависимости от требований к конечным деталям.

Стоимость материалов для пресс-форм зависит от материала. Термопластик стоит примерно от 1 до 5 долларов США за кг. 

Стоимость материала определяется конструкцией модели, материалом и его количеством.

Оборудование для литья под давлением обычно управляется автоматически. Для изготовления пресс-формы с помощью станков с ЧПУ, электроискровых станков и 3D-принтеров используется проектирование в САПР. Аппарат для литья под давлением способен автономно впрыскивать материал, а также охлаждать и выталкивать готовое изделие. 

Трудозатраты включают:

• Затраты на настройку/конфигурацию: работы рассчитываются, исходя из времени на настройку оборудования для производства пресс-формы и готового продукта. 

• Стоимость ремонта: ремонт и техническое обслуживание включают замену неисправных деталей и использование специализированных инструментов. 

• Затраты на мониторинг: несмотря на автоматические процессы, литье под давлением должно контролироваться операторами. Заработная плата оператора прибавляется к общей стоимости всего процесса литья под давлением. 

При производстве своими силами эти затраты учитываются в трудозатратах. Когда предприятие передает литье под давлением сторонним организациям, трудозатраты и издержки добавляются к стоимости услуги.

В таблице ниже показаны затраты на литье под давлением гипотетического изделия из пластмассы — небольшого корпуса электронного устройства:

^{*В этом примере затраты на оборудование не включаются в производственные затраты, поскольку стоимость инструментов может быть распределена между несколькими проектами. Покупка настольного аппарата для литья и 3D-принтера SLA позволяет предприятиям начать литье под давлением менее чем за 10 000 долларов США.}

Три сценария в таблице показывают способы и типы пресс-форм, которые обеспечивают минимальные затраты в зависимости от объема производства. 

Литье под давлением наиболее эффективно при больших объемах, так как затраты распределяются между тысячами моделей. Но даже несмотря на то, что стоимость одной модели при мелкосерийном литье под давлением немного выше, оно все же более выгодна, чем другие методы производства.

Среднесерийное производство наиболее эффективно при механическом изготовлении алюминиевых пресс-форм, которые имеют более низкую стоимость, чем традиционные стальные пресс-формы. При этом они достаточно прочны, чтобы выдерживать несколько тысяч впрыскиваний в зависимости от материала и конструкции. В большинстве случаев мелкосерийное литье под давлением целесообразно только с напечатанными на 3D-принтере пресс-формами. Если бы в примере мы использовали алюминиевую форму для производства 100 моделей, стоимость одной модели составила бы 30 долларов США, в то время как производство с традиционной стальной пресс-формой обошлось бы в 200 долларов США за модель.

Стоимость оснастки для литья под давлением очень высока и зависит от ряда параметров и сложности конструкции. Обычно пресс-формы для литья под давлением изготавливаются на станках с ЧПУ из алюминия или инструментальной стали, на электроискровых станках или печатаются на 3D-принтере. Затем модель обрабатывается в соответствии с желаемыми характеристиками. К ним относятся геометрия поверхности, система литниковых каналов для направления потока впрыскиваемых материалов и каналы охлаждения, обеспечивающие быстрое охлаждение пресс-формы.

Большая часть процесса литья под давлением посвящена охлаждению. Чем быстрее остывает пресс-форма и затвердевает впрыснутый материал, тем быстрее можно возобновить производственный цикл. Таким образом, охлаждающие каналы играют важную роль, особенно для крупносерийного производства, и должны быть включены в конструкцию пресс-формы. При мелкосерийном производстве охлаждать напечатанные пресс-формы можно вручную с помощью сжатого воздуха.

Другие переменные, влияющие на процесс литья под давлением и стоимость пресс-формы, включают: 

• Размер модели: чем больше модель, тем больше должен быть размер пресс-формы. Более крупные модели требуют большего количества впрыскиваемых материалов для завершения производственных циклов. Более крупные конструкции пресс-форм обычно обходятся дороже по сравнению с изготовлением той же конструкции, но меньшего размера. 

• Конструкция модели: сложные конструкции моделей требуют сложных пресс-форм. Конструкции пресс-форм обычно имеют две стороны: A и Б. Сторона A, также известная как косметическая сторона, обычно является стороной, которую видит пользователь. Поэтому она должна быть гладкой и эстетически привлекательной. Сторона Б содержит скрытые структуры, необходимые для функциональности модели. Сторона Б может включать ребра и выступы, а ее поверхность обычно грубее, чем у стороны A. Пресс-формы со сложными конструкциями сторон A и Б обычно дороже в изготовлении по сравнению с простыми пресс-формами. Сложные конструкции с подрезами могут также потребовать ползуновых элементов и сердечников, что увеличивает стоимость пресс-формы.

• Объем производства: количество изделий, которые будут изготовлены методом литья под давлением, определяет технологию производства и качество материала, используемого при создании пресс-формы. Для небольших проектов могут потребоваться напечатанные на 3D-принтере или менее качественные алюминиевые пресс-формы. Для больших объемов производства требуются пресс-формы из высококачественной стали или даже несколько пресс-форм, чтобы избежать износа. При этом затраты на большой объем распределяются между большим количеством моделей, что приводит к снижению стоимости каждой из них.

• Объем модели и полости: объем модели зависит от размера полости пресс-формы. Чем больше число полостей или объем полости, тем дольше время прессования. Увеличение времени прессования замедляет производственный процесс и приводит к увеличению затрат. 

Онлайн-калькуляторы стоимости литья под давлением или цена, назначаемая поставщиками услуг, могут помочь оценить стоимость конкретных деталей для литья под давлением. 

Варианты калькуляторов стоимости литья под давлением включают:

• CustomPart

• ICOMold

• 3D Hubs

• Protolabs

Сравнительная таблица стоимости литья также может помочь при расчетах. Поставщики услуг литья под давлением используют таблицы сравнения затрат, чтобы предоставить потенциальным клиентам приблизительную оценку процесса. 

Стоимость пресс-формы во многом определяется сложностью и количеством времени, которое требуется для ее изготовления. Мы советуем придерживаться принципов промышленного проектирования, чтобы снизить стоимость моделей с помощью литья под давлением. 

Затраты на изготовление пресс-формы можно снизить, применяя следующие рекомендации по проектированию: 

• Проведите технико-экономический анализ модели САПР, прежде чем приступать к литью под давлением. Устраните потенциальные недочеты, такие как крутые углы, подрезы и сложные геометрические формы. 

• Оцените дизайн модели, чтобы исключить ненужные характеристики. Это позволит уменьшить размер пресс-формы и объем материала, используемого для разработки модели. 

• Использование подхода сердечник-полость может упростить проектирование стороны Б пресс-формы. Подход сердечник-полость включает погружение полостей стенки в основание пресс-формы. Это позволяет уменьшить потребность в формовании крутых углов наклона и улучшить качество поверхности.

• Используйте универсальные, подходящие друг другу детали вместо нескольких пресс-форм, когда для достижения аналогичных результатов можно использовать одну универсальную пресс-форму. 

Литье под давлением традиционно считается процессом массового производства из-за высокой стоимости оборудования. Но 3D-печать позволит вам производить высококачественные и воспроизводимые модели для прототипирования и мелкосерийного производства.

Используйте напечатанные на 3D-принтере пресс-формы для литья под давлением как на настольных, так и промышленных машинах. С их помощью вы сможете эффективно и недорого изготавливать сотни функциональных прототипов и моделей, которые ускоряют разработку продукта, сокращают затраты и время выполнения, а также выводят лучшие продукты на рынок.