Индивидуальное производство с 3D печатью

Что такое индивидуальное производство

Индивидуальное производство — это процесс проектирования, разработки и изготовления товаров в соответствии с уникальными требованиями заказчика, включая изготовление деталей на заказ, единичные экземпляры, короткие производственные циклы, а также массовое производство по индивидуальному заказу.

Современная теория производства, инструменты и передовые методы направлены на то, чтобы производить тысячи или миллионы одинаковых деталей или продуктов по низкой цене за единицу. Методы проектирования и производства, оптимизированные для крупносерийного производства, позволяют компаниям поставлять товары по ценам, приемлемым для потребителей, и получать небольшую прибыль с единицы продукции, которая становится значительной при умножении на весь производственный цикл.

Детали и изделия, изготовленные на заказ или в небольших сериях, такие как ювелирные изделия, специальная электроника, медицинские или стоматологические приспособления, подобранные по размеру, создают уникальные проблемы, которые требуют от производителей адаптации производственных процессов.

Аддитивное производство

Аддитивное производство, к которому относится 3D печать, за последнее десятилетие стало более эффективным производственным инструментом по мере совершенствования технологий и материалов. 3D печать хорошо подходит для индивидуального производства благодаря своей высокой гибкости и способности быстро масштабироваться для удовлетворения спроса.

Проблемы при изготовлении деталей на заказ

По сравнению с массовым производством, индивидуальное производство сопряжено с другими трудностями как в бизнес-модели, так и в тактике производства.

Процесс

При изготовлении на заказ, как правило, не используются распространенные методы крупносерийного производства, требующие сложных форм и инструментов, поскольку их высокие затраты невозможно окупить при небольших объемах производства, которые варьируются от одной единицы до нескольких сотен. Вместо этого производителям необходимо выбирать альтернативные производственные процессы, которые являются более гибкими и имеют низкие первоначальные затраты. К сожалению, производственные процессы с такими характеристиками также часто имеют более длительные циклы и требуют больше рабочей силы, что в конечном итоге приводит к более высокой стоимости единицы продукции.

Эффективность

В любом производственном процессе поддержание эффективности является ключевым фактором для прибыльной работы, но то, как достигается эффективность, зависит от масштаба и стиля производства. В традиционном массовом производстве основное внимание уделяется сокращению времени цикла за счет тщательных процессов проектирования, достижению эффекта масштаба и максимально возможному сокращению трудозатрат. При индивидуальном производстве из-за различий в исходных данных стандартные подходы проектирования могут быть неэффективными, поскольку сложно контролировать затраты и достичь эффекта масштаба. Вместо этого индивидуальное производство ориентировано на эффективность спроса: товары производятся точно в срок, только по заказу, в отличие от массового производства, при котором спрос оценивается заранее, производство осуществляется в больших объемах, а запасы хранятся на складе.

Качество

Преимущество агрегатов массового производства заключается в том, что они проверяются с известными допусками и производительностью. Отклонениями в качестве продукта можно управлять на основе контроля таких факторов, как скорость и температура. Установленные системы аудита, предназначенные для массового производства, используют заранее определенные тесты для проверки и поддержания качества продукции путем отбора единиц для тестирования с интервалом или случайным образом. Индивидуальное производство с размерами партии в одну единицу по определению имеет сильно различающиеся объемы производства, что увеличивает время и затраты на проверку соответствия характеристик и размеров производимого продукта техническим характеристикам изделия.

Изготовление на заказ с 3D печатью

Высокоточные процессы аддитивного производства, такие как стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS), идеально подходят для индивидуального производства, поскольку обеспечивают высокую гибкость, минимальную подготовку и позволяют изготавливать детали различной геометрии и из разных материалов в соответствии с меняющимися потребностями. Часто аддитивное производство также помогает преобразовать традиционные ручные процессы в цифровые, повышая качество и сокращая количество этапов производства и потребность в рабочей силе, а также общее время выполнения заказа и затраты.

Чтобы лучше понять, как аддитивное производство вписывается в рабочие процессы персонализации, давайте рассмотрим реальные примеры из машиностроения, ювелирной, стоматологической и потребительской отраслей.

Шаблоны для литья

Процессы литья используются в различных отраслях промышленности для изготовления сложных деталей, которые было бы трудно или неэкономично изготавливать другими методами. SLA печать является распространенным способом литья образцов непосредственно из САПР, благодаря ее высокому разрешению и аналогичной способности создавать точные детали.

В ювелирной промышленности 3D печать является частью процесса литья по выплавляемым моделям. Производители ювелирных изделий начинают с создания изделия в цифровом формате, а затем печатают его на 3D принтере из литьевой смолы, которую можно окружить выплавляемым материалом и аккуратно удалить, как традиционную восковую модель. Затем можно отлить и обработать изделия по индивидуальному заказу, следуя тому же процессу, что и при использовании традиционных методов.

Аналогичный процесс используется в стоматологии для создания литых или прессованных коронок, мостов и других реставраций, и даже в литье в песчаные формы для инженерных целей.

3D печать также используется для создания мастер-моделей из гибкого латекса или вулканизированного (RTV) силиконового каучука комнатной температуры. В ювелирном деле эти недорогие формы используются для создания ограниченного количества (от 25 до 100) восковых моделей для литья по выплавляемым моделям.

Формование

Одним из первых масштабных применений 3D печати стали индивидуальные прозрачные элайнеры и ретейнеры в стоматологии. В ходе этого процесса ортодонт сканирует зубную систему пациента с помощью внутриротового сканера, планирует лечение с помощью программного обеспечения CAD и печатает модели для каждого этапа лечения на 3D принтере. Каждый этап представлен уникальной моделью, которая используется в качестве основы для термоформовки прозрачных приспособлений.

Высокотемпературные смолы SLA можно использовать для литья пластмасс под низким давлением и даже для литья мягких металлов, таких как олово. Хотя качество пресс-форм может не соответствовать качеству твердых инструментов, они подходят для мелкосерийного и среднесерийного производства, где затраты на инструменты могут быть не оправданы.

В аудиологии 3D печать также может использоваться для производства доступных по цене наушников на заказ. Процесс начинается с цифрового сканирования ушного канала клиента, которое преобразуется в цифровой дизайн. 3D печатная деталь служит формой, которая наполняется биосовместимым силиконом. После застывания силикона специалист может снять 3D печатную оболочку и нанести покрытие, чтобы получить конечный продукт.

Прямая печать деталей для конечного использования

Аддитивное производство всё чаще используется для изготовления деталей, предназначенных для конечного использования. С точки зрения масштабов, стоматологическая и медицинская отрасли лидируют по использованию напечатанных деталей, предназначенных для конкретного пациента. Сегодня с помощью 3D печати производятся индивидуальные ортопедические изделия, протезы, стельки, слуховые аппараты и биосовместимые приспособления, такие как зубные протезы и шины.

Обувные компании, в том числе New Balance и Adidas, объявили о планах массового производства индивидуальных подошв для обуви, напечатанных на 3D принтере из жесткого полиуретана (RPU), в течение следующих нескольких лет. Здесь 3D печать сочетается с традиционными методами производства, позволяя использовать экономию за счет масштаба, предлагаемого массовым производством, и улучшая характеристики продукта и его ценность для конечного потребителя за счет индивидуальных элементов.

Повышение экономичности для массовой кастомизации

Здравоохранение, стоматология и ювелирная промышленность первыми воспользовались преимуществами аддитивного производства для массовой персонализации, но по мере совершенствования технологий и материалов и снижения затрат сфера применения 3D-печати расширяется и охватывает более широкий спектр продуктов, таких как потребительские товары и функциональные детали для промышленного оборудования.

Одной из наиболее перспективных тенденций является массовая кастомизация, которая сочетает в себе гибкость изделий, изготовленных по индивидуальному заказу, с низкими затратами на единицу продукции, достигаемыми при массовом производстве. Изделия, изготовленные по индивидуальному заказу, могут предлагать ощутимые преимущества и повышать ценность для клиентов, обеспечивая при этом более высокую прибыль для производителей по сравнению с массовым производством.

Итог

Сокращая время, необходимое для того, чтобы продукт прошёл путь от концепции до потребителя, аддитивное производство позволяет компаниям стать более гибкими в производстве и быстрее реагировать на тенденции и изменения в потребностях клиентов.

Наши предыдущие статьи: