3D プリントは射出成形に取って代わりますか?いいえ、その理由は次のとおりです。

過去 10 年間に少なくとも 1 回ニュースを読んだことがある方は、いわゆる 3D プリンティング革命についてご存知かもしれません。アディティブマニュファクチャリングは 1980 年代から業界で使用されてきましたが、最近まで趣味のユーザーには広く利用されていませんでした。

いくつかの特許が期限切れになったことに加えて、RepRap プロジェクトの作成により、ホビーグレードの 3D プリンターのコストが急速に低下しました。

ほぼすべての人が 3D プリンターを手に入れることができるようになった今、多くの人がこの技術の限界について疑問に思っています。特に、最終的に射出成形のような従来の製造方法に取って代わるものになるのでしょうか.

3D プリンティングは間違いなく産業分野で独自の地位を築いていますが、少なくとも今後数年間は、従来の射出成形による生産に取って代わるものではありません。どちらのテクノロジーにも長所と短所があり、特定の領域で他のテクノロジーよりも優れています。 3D プリントは少量の生産バッチや試作品の作成に優れていますが、大規模な生産では射出成形が依然として最も費用対効果の高い方法です。

材料のコストが低く、射出成形の電力効率が高いため、同じ製品のプラスチックユニットを (約) 100 キログラム以上生産する場合は、射出成形が推奨される生産技術です。

なぜ 3D プリントは射出成形よりも高価なのですか?

生産を開始するための金型が既にあると仮定すると、射出成形による生産は、単位ベースで 3D プリントよりもはるかに安価です。これは、両方の技術に使用されるプラスチックの実際のコストと、各技術のエネルギー効率の両方によるものです。

3D プリントと射出成形のエネルギー効率

60°C に設定された加熱ベッドを使用して 200°C で印刷する場合、稼働中の 3D プリンターの平均消費電力は約 125W/h です。これは、3D プリントがプラスチック 1 キログラムあたり平均 9.61 kW を消費することを意味しますが、射出成形で同量のプラスチックを生産する場合、平均 1.5 kW しか必要としません。

kW/h あたり平均 13 セント (米国の妥当な価格) を使用すると、1 kg のプラスチックの製造コストは、3D 印刷で 1.25 ドル、射出成形で 0.19 ドルになります。

これらの数値は大まかな概算であり、各技術の正確なコストは、使用する特定のマシンと製造されるモデルによって異なりますが、ほぼ同じ生産量の電力消費の点で射出成形の方が効率的であると結論付けることができます ( 6 倍以上）

この計算に使用される電力消費量の見積もりは、Ender 3 v2 の独自の測定値に基づいています (このトピックに関する Facundo の記事を参照してください)。彼も私も自宅に射出成形機を持っていないことを推測したかもしれないので、これらの計算は複数の信頼できる情報源の平均に基づいています.

3D プリントと射出成形用のプラスチックのコスト

3D プリンターの材料 1 キログラムあたりのコストは、射出成形に使用されるプラスチックペレットの約 20 倍です。

3D プリンター用のフィラメントを購入したことがある場合は、PLA または ABS のスプールに 20 ドルを支払うことは珍しくないことにおそらく同意するでしょう。これを ABS ペレット 1 キログラムの平均コスト 1 ドルと比較すると、私たちの日常生活用電化製品のほとんどが 3D プリントされていない理由がはっきりとわかりました。

射出成形は常に 3D プリントよりも安価ですか?

特定の製品を大量生産するには射出成形がはるかに費用対効果が高いことはすでにわかっていますが、業界では 3D プリンターもその地位を占めています。

多くの場合、特定の製品の少量から中量のバッチを生産するだけで十分です。これは、プロトタイプまたはニッチ市場のみにサービスを提供するため、需要が限られている製品の場合です。

少量の場合、金型自体のコストが非常に重要です。大まかに言えば、1 個取り金型 (単純な金型) は 1,000 ドルから 2,000 ドルの費用がかかりますが、大きくて複雑な金型は最大 75,000 ドルかかります.

金型の価格を尋ねることは、自動車の価格を尋ねるようなもので、範囲が非常に広いです。私の車の評価額はおそらくフェラーリの価格よりも低い.とはいえ、両方の技術を比較するために、金型コストを $10.000 と仮定して両方の技術を比較します

下のチャートからわかるように、射出成形は、約 500 kg の製品を生産する場合、3D プリントよりも費用対効果が高くなります。

この変曲点（500kg）は、金型自体のコストに大きく依存します。同じ計算を再度実行し、金型価格が 2,000 ドル (単純な単一キャビティ金型の場合) であると仮定すると、約 100 キログラムで 3D プリントから射出成形に切り替えることを決定する必要があります。

射出成形の代わりに 3D プリンターを使用する必要があるのはどのような場合ですか?

必要な生産量が数十キログラムのみの場合、アディティブマニュファクチャリングはより便利です。また、設計者が多大なコストをかけずにモデルを反復および最適化できるため、新しいモデルの迅速なプロトタイピングにも推奨されます。

3D プリント技術により、デザイナーは従来の製造方法では作成できなかった形状を設計することもできます。 Ender 3 v2 で印刷した次のエッフェル塔は、射出成形では製造できません。

3D プリントは射出成形より遅いですか?

3D プリンターは、射出成形機よりも明らかに低速です。たとえば、このような機械が 1 時間あたり最大 3,000 個のボトルキャップを生産することは珍しくありません。 3D プリンターは、同じアイテムを約 15 分で 1 ユニット出力します。つまり、同じ生産速度に合わせるには、750 台のプリンターが必要になります。逆に、同じ量のユニットを印刷するのに 750 時間待つこともできます。

そうは言っても、迅速なイテレーションと少量のバッチ生産に関して言えば、3D プリンターは間違いなく高速で便利です。試作工程でも大変便利です。アディティブマニュファクチャリングテクノロジーを使用することで、一連の設計スプリントを実行し、モデルを迅速に最適化して改善することができます。これは、射出成形の使用を選択した場合には不可能なことです。

最も重要なことは、金型の製造には最大 10 週間かかる場合があることです。つまり、最初に製造されたユニットを確認するには、少なくともその期間は待たなければなりません。一方、デザインの G コードを USB スティックに既にロードしている場合は、同じ日に最初のアイテムを受け取ることができます。

3D プリントプラスチックは射出成形プラスチックと同じですか?

3D 印刷機はフィラメントのスプールを使用して目的のユニットを製造しますが、射出成形製造では通常、小さなペレットの形をしたプラスチックを使用します。そうは言っても、一部のタイプの熱可塑性樹脂は両方の技術で使用されています.

ポリスチレン (HIPS)、ABS、およびナイロンは、3D プリントと射出成形の両方で使用される一般的な素材です。 PLA は、3D プリントコミュニティで使用されるプラスチックの中で最も人気のある選択肢ですが、射出成形での使用例はほとんどありません。

射出成形で使用されるその他の一般的なプラスチックは、アクリル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどです。これらは、主に押し出しに必要な高温のため、愛好家のデスクトッププリンターとは互換性がありません。

Stratasys や 3D Systems から購入できるような産業グレードの 3D プリンターは、ほとんどの熱可塑性プラスチックと互換性があります。ちょっとした注意点があります:彼らはあなたに数十万ドルを戻します.

3D プリントと射出成形の長所と短所

どちらの技術も、他の技術よりも優れたアプリケーションを持っているため、今後数年 (または数十年) で両方の技術が使用されると言っても過言ではありません.

各テクノロジーの長所と短所のほとんどについては既に説明しましたが、簡単にまとめてみましょう。

射出成形に対する 3D プリントの利点

迅速なイテレーションとデザインの改善を可能にする
小規模から中規模のバッチに最適
アイテムの 1 つをパーソナライズできます
他の技術では不可能な形やデザインを可能にします
初期費用 (金型など) が不要
愛好家にもプロシューマーにも適しています

3D プリントに対する射出成形の利点

大量に非常に費用対効果が高い
プラスチック 1 キログラムあたりの消費電力が少ない
細部までこだわった高品質の製品を出力します
1 時間あたりの大量生産量
さまざまな熱可塑性樹脂と互換性があります
より強く、より耐性のあるパーツ

結論

要約すると、3D プリントが従来の射出成形技術に取って代わるものではないと言っても過言ではありません。今日の 3d プリンターでは、射出成形部品に期待できるのと同じ品質と堅牢性を実現できないという事実は、アディティブマニュファクチャリングに大きな不利益をもたらします。さらに、テクノロジー自体では、従来の製造方法で達成できる信じられないほどの生産速度を実現できません。