So Sánh Giữa In 3D Với Ép Phun Khi Sản Xuất 1.000 Linh Kiện

Từ xưa đến nay, các nhà sản xuất luôn đau đầu với bài toán: làm sao để sản xuất sản phẩm vừa nhanh, vừa tốt mà lại vừa rẻ? Nhiều người cho rằng điều này là không thể.
Với sản phẩm nhựa, đúc khuôn từ lâu đã được xem là “vua” vì cho ra sản phẩm nhanh, bền và giá thành thấp. Nhưng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ in 3D, liệu điều này có còn đúng?
Tháng 4 năm 2024, chúng tôi đã so sánh trực tiếp máy in 3D Form 4 với phương pháp đúc khuôn truyền thống và kết quả thật bất ngờ: in 3D đã chứng minh được khả năng cạnh tranh và thậm chí vượt trội hơn về tốc độ, chất lượng và giá thành.
Giờ đây, với phiên bản mới Form 4L có kích thước lớn hơn gấp 4.6 lần, chúng tôi lại tiếp tục thử nghiệm và kết quả vẫn rất khả quan. Chúng tôi đã tạo ra một sản phẩm thực tế và so sánh nó với sản phẩm làm bằng phương pháp đúc khuôn.
Qua thử nghiệm này, chúng tôi muốn chứng minh rằng công nghệ in 3D, đặc biệt là dòng máy Form 4, đã đủ nhanh để vượt mặt phương pháp sản xuất truyền thống
Nội dung chính
Hãy cùng nhau sản xuất khóa trộn nhựa của máy in Form 4
So sánh quá trình sản xuất giữa đúc phun và in 3D
Khóa trộn nhựa Form 4 là một bộ phận nhỏ nhưng rất quan trọng của máy in 3D Form 4. Nó giúp giữ cho nhựa trong máy luôn được trộn đều, đảm bảo chất lượng in tốt nhất.
Để so sánh hiệu quả giữa in 3D và phương pháp sản xuất truyền thống (đúc khuôn), chúng tôi đã tiến hành một cuộc thử nghiệm sản xuất 1000 chiếc khóa trộn.
Khóa trộn nhựa để giữa chặt thanh trộn nhựa trên Form 4
In 3D:Chúng ta sử dụng hai máy in 3D công suất lớn Form 4L. Loại máy này rất phù hợp cho sản xuất số lượng lớn. Sau khi in xong, các sản phẩm sẽ được làm sạch và xử lý bề mặt để đạt được chất lượng tốt nhất.
Đúc khuôn:Chúng tôi sẽ hợp tác với một nhà máy chuyên sản xuất các bộ phận cho máy in 3D Formlabs. Nhà máy này sử dụng chính khuôn đúc mà họ dùng để sản xuất hàng loạt khóa trộn thật.
Vật liệu: Chúng ta chọn loại nhựa đen đặc biệt, cứng cáp và có bề mặt mịn để tạo ra các sản phẩm chất lượng cao.
Chuẩn bị sản xuất trên Form 4LThiết lập in 3D chiếm khoảng ba mét vuông diện tích sàn và bao gồm:
|
Trong quá trình đúc khuôn truyền thống: Mỗi lần đúc, chúng ta có thể tạo ra 2 sản phẩm và mất khoảng 50 giây. Để tăng tốc độ, chúng ta có thể sử dụng khuôn có nhiều ô hơn hoặc điều chỉnh quy trình sản xuất. Tuy nhiên, sau khi cân nhắc kỹ lưỡng, chúng tôi quyết định cách làm này là tối ưu nhất cho sản phẩm của mình. Với máy in 3D Form 4L: Mỗi lần in, chúng tôi có thể tạo ra 78 sản phẩm. Điều này có nghĩa là để sản xuất 1000 sản phẩm, chúng tôi chỉ cần in khoảng 13 lần. Nhờ công nghệ in hiện đại của Form 4L, chúng tôi có thể điều chỉnh các cài đặt để tăng tốc độ in một cách đáng kể. Bằng cách thay đổi độ dày của từng lớp nhựa và tăng cường ánh sáng chiếu, chúng tôi đã rút ngắn thời gian in cho mỗi lớp.
Thời gian sản xuất một phần
Injection Molding | 3D Printing | |
---|---|---|
Parts per cycle/print | 2 | 78 |
Time per cycle/print | 50 sec | 48 min |
Number of cycles/prints | 500 | 13 |
Total parts | 1,000 | 1,014 |
Total time | 6 h 59 min | 5 h 56 min |
Cả hai phương pháp sản xuất, đúc khuôn và in 3D, đều cần thêm một bước hoàn thiện sản phẩm sau khi hoàn tất quá trình chính.
Với sản phẩm đúc khuôn:Chúng ta cần loại bỏ phần thừa của nhựa, như những đường nối và phần thừa ra khỏi khuôn.
Với sản phẩm in 3D:Sản phẩm cần được làm sạch, sấy khô và gỡ bỏ phần hỗ trợ (nếu có).
Quan trọng: Trong cả hai trường hợp, việc hoàn thiện sản phẩm thường được thực hiện ngay sau khi một lô hàng được sản xuất xong. Điều này có nghĩa là thời gian hoàn thiện sản phẩm chỉ ảnh hưởng đến lô hàng cuối cùng và không làm chậm quá trình sản xuất các lô hàng trước đó.
So sánh thời gian sản xuất
Khi so sánh thời gian sản xuất, chúng ta chỉ mới so sánh thời gian thực tế để tạo ra sản phẩm. Tuy nhiên, nếu nhìn vào toàn bộ quá trình, chúng ta sẽ thấy rằng đúc khuôn mất nhiều thời gian hơn để bắt đầu sản xuất.
Đúc khuôn:Trước khi sản xuất hàng loạt, chúng ta cần làm khuôn. Việc tạo khuôn này thường mất vài tuần và rất tốn kém. Vì vậy, từ khi có thiết kế sản phẩm hoàn chỉnh đến khi có sản phẩm cuối cùng, quá trình đúc khuôn thường kéo dài từ 4 đến 6 tuần.
In 3D:Khác hẳn với đúc khuôn, in 3D không cần khuôn. Chúng ta có thể in sản phẩm ngay lập tức, thậm chí là trong cùng một ngày mà không phải chờ đợi. Điều này có nghĩa là, với in 3D, chúng ta có thể có sản phẩm trong tay nhanh hơn rất nhiều so với đúc khuôn.
So sánh chi phí cho mỗi sản phẩm: thấp hơn 85%
In 3D là lựa chọn tiết kiệm hơn cho số lượng sản phẩm ít. Không cần chi phí đầu tư lớn vào khuôn như phương pháp đúc khuôn, in 3D giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất, đặc biệt khi chỉ cần một số lượng nhỏ sản phẩm.
So sánh cụ thể: Với 1000 sản phẩm, in 3D rẻ hơn đến 85% so với đúc khuôn. Chúng tôi đã tính toán và thấy rằng, khi cần sản xuất hơn 13.050 sản phẩm thì đúc khuôn mới trở nên hiệu quả hơn về chi phí.
Sản xuất 1.000 bộ phận bằng phương pháp ép phun thuê ngoài có giá 3.920 USD, trong khi in 3D nội bộ với Form 4L chỉ có 600 USD
In 3D là giải pháp tiết kiệm chi phí hơn cho đến 13.050 sản phẩm. Việc mua nhựa số lượng lớn với giá chiết khấu có thể giảm thêm chi phí mỗi sản phẩm cho in 3D, đưa điểm hòa vốn lên hơn 40.000 sản phẩm, tùy thuộc vào số lượng nhựa được mua.
Tại sao đúc khuôn lại đắt hơn? Chi phí chính của đúc khuôn nằm ở việc tạo khuôn. Một khuôn đúc có thể tốn đến 3.600 đô la. Ngoài ra, còn có chi phí vật liệu, nhân công và các chi phí khác cho mỗi sản phẩm.
In 3D có gì đặc biệt? In 3D không cần khuôn nên chi phí mỗi sản phẩm ổn định hơn, không phụ thuộc nhiều vào số lượng. Chi phí chủ yếu đến từ máy in, vật liệu nhựa và nhân công.
Chi phí vật liệu: Với sản phẩm trong ví dụ, chi phí nhựa in 3D chiếm khoảng 0,4$ cho mỗi sản phẩm. Tuy nhiên, nếu đặt mua số lượng lớn nhựa, giá có thể giảm xuống còn 35$/lít, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí.
Kết luận: In 3D là một lựa chọn tuyệt vời cho các đơn hàng nhỏ hoặc khi bạn cần sản phẩm nhanh chóng. Nếu bạn cần sản xuất số lượng lớn, đúc khuôn có thể là lựa chọn hiệu quả hơn về chi phí lâu dài.
Chi phí nhân công là yếu tố chính làm tăng giá thành sản phẩm khi dùng máy in Form 4.
Vì Form 4 có kích thước nhỏ hơn Form 4L nên mỗi lần in được ít sản phẩm hơn. Điều này có nghĩa là để sản xuất cùng một số lượng sản phẩm, bạn sẽ phải in nhiều lần hơn bằng máy Form 4.
Vì phải in nhiều lần hơn nên:
Thời gian chuẩn bị: Bạn sẽ mất nhiều thời gian hơn để chuẩn bị cho mỗi lần in.
Thời gian xử lý sau in: Việc làm sạch và hoàn thiện sản phẩm cũng tốn nhiều thời gian hơn.
Tổng cộng: Với tất cả các công đoạn trên, người vận hành máy Form 4 sẽ phải làm việc nhiều giờ hơn so với khi sử dụng máy Form 4L. Mà thời gian làm việc càng nhiều thì chi phí nhân công càng cao.
Trong ví dụ này, chúng tôi ước tính chi phí nhân công cho mỗi giờ làm việc là 30 đô la. Con số này có thể thay đổi tùy thuộc vào từng công ty và vị trí địa lý.
Cost Category | Outsourced IM | Form 4L | Form 4 |
---|---|---|---|
Hardware (Capital + Operating) | $0 | $29 | $22 |
Consumables (Materials + Tanks) | $0 | $408 | $409 |
Labor | $0 | $163 | $370 |
Tooling | $3,600 | $0 | $0 |
Outsourced Job Cost (Materials + Labor + Overhead) | $320 | $0 | $0 |
Cách tính chi phí trên chỉ là một ví dụ, chưa bao gồm hết các yếu tố.
Chúng ta mới chỉ tính đến một phần chi phí sản xuất, chưa tính đến các chi phí khác như vận chuyển và thuế.
Với đúc khuôn:Nếu bạn đặt hàng sản xuất ở một công ty khác, bạn sẽ phải trả thêm phí vận chuyển sản phẩm về cho mình. Chi phí này có thể dao động từ 500 đến 1000 đô la.
Với in 3D:Nếu bạn tự in 3D tại công ty mình thì sẽ không phát sinh chi phí vận chuyển.
Tóm lại: Cách tính chi phí ở trên chưa hoàn toàn chính xác vì chưa tính đến chi phí vận chuyển. Nếu bạn tự in 3D thì sẽ tiết kiệm được khoản chi phí này.
Lựa chọn vật liệu phù hợp cho ứng dụng thực tế
Nhiều người đã đặt câu hỏi về độ bền của các sản phẩm in 3D khi sử dụng trong thực tế.
Trước đây, loại nhựa thường dùng để in 3D (SLA) thường rất giòn và dễ vỡ, không phù hợp để làm các sản phẩm phải chịu lực. Tuy nhiên, một loại nhựa mới có tên là Nhựa đa năng đã được phát triển, và độ bền của nó tương đương với loại nhựa PET thông thường.
Trong thử nghiệm này, chúng tôi đã chọn Nhựa đen V5. Loại nhựa này không chỉ rất bền mà còn có màu đen mờ đẹp mắt, phù hợp với thiết kế sản phẩm.
Sản phẩm chúng tôi thử nghiệm là một chiếc khóa. Để hoạt động tốt, chiếc khóa cần vừa cứng để có thể đóng mở dễ dàng, vừa phải có một chút đàn hồi để khớp vào đúng vị trí. Nhựa đen V5 đáp ứng được cả hai yêu cầu này.
Để kiểm tra độ bền, chúng tôi đã thực hiện một bài kiểm tra: liên tục đóng mở chiếc khóa hàng trăm lần. Kết quả là, chiếc khóa vẫn hoạt động hoàn hảo sau khi kết thúc thử nghiệm.
Black Resin V5 | PET | |
---|---|---|
Ultimate Tensile Strength | 54 MPa | 54 MPa |
Tensile Modulus | 2500 MPa | 2400 MPa |
Flexural Strength | 91 MPa | 84 MPa |
Flexural Modulus | 2450 MPa | 2500 MPa |
Kết luận: Qua thử nghiệm này, chúng ta có thể thấy rằng các sản phẩm in 3D bằng Nhựa đen V5 có độ bền rất tốt và hoàn toàn có thể sử dụng trong thực tế.
Máy In 3D Form 4L đã chiến thắng
Dù bạn có tính toán kỹ lưỡng đến đâu, in 3D vẫn tỏ ra vượt trội so với phương pháp đúc khuôn truyền thống khi sản xuất số lượng lớn.
Với 1000 sản phẩm, in 3D không chỉ hoàn thành nhanh hơn (có thể nhanh hơn tới 6 tuần) mà còn tiết kiệm được đến 85% chi phí. Thậm chí, khi sản xuất số lượng lên đến 13.050 sản phẩm, in 3D vẫn là lựa chọn kinh tế hơn. Hơn nữa, loại nhựa đặc biệt mà chúng tôi sử dụng (Nhựa đen V5) hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu về độ bền để ứng dụng vào sản phẩm cuối cùng.
Chúng tôi không khẳng định rằng in 3D luôn là lựa chọn tốt nhất trong mọi trường hợp. Nhiều yếu tố như thiết kế sản phẩm, mục đích sử dụng… sẽ ảnh hưởng đến quyết định cuối cùng. Tuy nhiên, so với trước đây khi in 3D thường bị đánh giá là chậm, tốn kém và không phù hợp với sản xuất hàng loạt, thì công nghệ này đã có những bước tiến vượt bậc và trở thành một giải pháp sản xuất đáng tin cậy cho nhiều lĩnh vực.
Nếu bạn vẫn còn băn khoăn, hãy thử sử dụng công cụ tính toán chi phí trực tuyến của chúng tôi. Công cụ này sẽ giúp bạn so sánh chi phí và thời gian sản xuất giữa in 3D và đúc khuôn một cách chi tiết. Ngoài ra, bạn cũng có thể liên hệ với chuyên gia của chúng tôi để được tư vấn cụ thể hơn về nhu cầu sản xuất của mình.