Ég hef unnið við vöruhönnun og framleiðslu í um 11 ár, unnið mikið með raftækjafyrirtækjum og nokkrum bílabirgjum og sprautumótun er bara sjálfgefna leiðin til að búa til plasthluta í hvaða magni sem er. Það eru önnur ferli eins og 3D prentun eða CNC vinnsla plast, en þegar þú þarft meira en kannski 500-1000 einingar, verður sprautumótun það eina sem er hagkvæmt fyrir flest forrit.
Hvers vegna sprautumótun tók yfir allt
Ferlið sjálft er frekar einfalt. Endurtaktu. Nútímavélar geta gert þessa lotu á svona 15-30 sekúndum fyrir litla hluti, kannski 60-90 sekúndur fyrir stærri hluti. Ég horfði á haítíska Mars sprautumótunarvél í verksmiðju í Shenzhen dæla út snjallsímahylki á um 40 sekúndum á hverri lotu, og það var fyrir frekar flókinn hluta með mörgum innri eiginleikum. Verkfærakostnaðurinn var einhvers staðar í kringum $12.000 USD (verksmiðjustjórinn sagði mér þetta árið 2018, verð hefur örugglega hækkað síðan).
Það sem gerir það svo ríkjandi er samsetning hraða, endurtekningarhæfni og efnisvalkosta. Þegar mótið er búið til kostar hver hluti smáaura í efni og vélartíma. 50 gramma ABS hluti gæti notað $0,15 virði af efni, og ef hringrásartíminn er 30 sekúndur er það 120 hlutar á klukkustund. Jafnvel þegar tekið er tillit til véltímakostnaðar og vinnu, ertu að horfa á kannski $0,30-0,50 á hlut í framleiðsluferli upp á 10,000+ einingar.
Berðu það saman við CNC vinnslu þar sem þú ert að borga fyrir slit á verkfærum, lengri lotutíma, efnissóun og tíma þjálfaðs rekstraraðila. Ég verðlagði einfalda hönnun á hólfinu þegar-sprautumótun kom inn á $0,82/hlut fyrir 5.000 einingar að meðtöldum afskrifuðum verkfærum. CNC vinnsla sama hluta var vitnað á $ 6,40 / hlut. Ekki einu sinni nálægt.
Læknatæki eru orðin skrítin við þetta
Læknismótaðir hlutar eru allt annar heimur vegna FDA reglugerða og ófrjósemisaðgerða. Efnin þurfa að vera lífsamhæf, sem takmarkar möguleika þína verulega. Flestir lækningaframleiðendur nota efni eins og pólýkarbónat, pólýprópýlen eða sérhæfðar pólýetýlentegundir. PEEK er vinsælt fyrir skurðaðgerðartæki vegna þess að það getur séð um endurtekna autoclaving án þess að niðurlægja, en PEEK verkfæri eru dýr vegna þess að vinnsluhitastigið er svo hátt (um 370-400 gráður samkvæmt Victrex gagnablaði sérstakur, victrex.com).
Ég vann að einnota lækningatækjaverkefni fyrir nokkrum árum, bara einfaldan sprautumótaðan bakka fyrir tannaðgerðir. Efnisprófunin ein og sér tók 4 mánuði vegna þess að við þurftum að sanna lífsamrýmanleikaprófanir samkvæmt ISO 10993 stöðlum. Raunveruleg hlutahönnun var gerð á 3 vikum. Reglugerðin var önnur 6 vikur. Þetta er ástæðan fyrir því að sprautumótaðir hlutar kosta 3-5x meira en jafngildir neytendahlutar, jafnvel þótt þeir séu einfaldari hönnun.
Ófrjósemishæfni skiptir miklu meira máli en flestir verkfræðingar hugsa um. Ófrjósemisaðgerð með gammageislun getur valdið því að sum plastefni gulna eða verða brothætt. EtO (etýlenoxíð) dauðhreinsun er mildari en hefur frásogsvandamál með vissum efnum. Autoclave dauðhreinsun krefst efnis sem er stöðugt við 121-134 gráður með gufuútsetningu. Efnisval þitt ræðst af því hvernig viðskiptavinurinn ætlar að dauðhreinsa vöruna, ekki bara af vélrænum kröfum.
Bílavarahlutir sem enginn sér
Bílaíhlutir undir-hlíf eru grimmir á plastefni. Þú hefur hitastig frá -40 gráðu til 120 gráður +, útsetningu fyrir olíu og eldsneyti, titringi og langan endingartíma (15+ ár að jafnaði). Þess vegna er notað mikið af glerfylltum næloni og sérhæfðum háhitaefnum í sprautumótun bíla.
Inntaksgreinir voru áður álsteypur en nú eru þær aðallega sprautumótað gler-fyllt nylon. BMW byrjaði að gera þetta seint á tíunda áratugnum held ég og allir fylgdust með. Þyngdarsparnaðurinn er umtalsverður-inntaksgrein úr plasti getur verið 40-50% léttari en jafngildi áls. Samkvæmt einhverri greiningu frá ráðstefnuriti Society of Plastics Engineers (spe.org, 2015 bíladeild ráðstefna), minnkaði breytingin á inntaksgrein úr plasti þyngd ökutækis að meðaltali um 3-4 kg á ökutæki, sem þýðir um 0,1-0,15 mpg bata í eldsneytissparnaði. Hljómar ekki eins mikið en margfaldaðu það yfir milljónir farartækja.
Tengi og skynjarahús eru annar risastór flokkur. Sérhver skynjari á nútíma bíl-hitastig, þrýstingur, staðsetning, hraði, hvað sem er-er með sprautumótuðu húsi. Þessar þurfa að vera lokaðar gegn vatni og ryki (venjulega IP67 lágmarksflokkun), meðhöndla titring og viðhalda víddarstöðugleika yfir hitastigið. Frávikin geta líka verið þröng, eins og ±0,05 mm fyrir pörunareiginleika á rafmagnstengjum.
Ég hef séð bílatengimót sem kosta $80.000-120.000 vegna þess að þetta eru fjölskyldumót sem búa til marga hluta, með hliðaraðgerðum fyrir undirskurð og hertu stálbyggingu fyrir þá milljón+ hluta líftíma sem krafist er. Kostnaður á hlut endar þó undir $0,20 þegar þú ert að keyra svona magn.
Raftæki eru þar sem peningarnir eru
Snjallsímahylki, fartölvuhulstur, spjaldtölvurammar-allt sprautumótað. Kröfur um yfirborðsáferð eru geðveikar miðað við aðrar atvinnugreinar. Þú þarft A1 eða A2 mold yfirborðsáferð (SPI staðlar), sem þýðir umfangsmikla slípun á moldholinu. Það getur tekið margar vikur að pússa góða moldpússa til að-pússa stórt hol til að spegla frágang.
Það er frægt að Apple gerir hluti með sprautumótun sem önnur fyrirtæki eiga erfitt með að endurtaka. The unibody polycarbonate MacBook frá eins og 2009-2010 var sprautumótað í einu stykki, sem krafðist gríðarlegrar sérfræðiþekkingar í moldgerð og ferlistýringu. Flestir framleiðendur myndu skipta því í marga hluta vegna þess að það er erfitt að fá samræmda veggþykkt og forðast vaskmerki á eitthvað sem er stórt.
Efnisval í rafeindatækni hefur breyst mikið á síðasta áratug. ABS var áður sjálfgefið fyrir allt, nú sérðu miklu meira pólýkarbónat, PC/ABS blöndur og breytt PPO efni. Hluti af þessu eru logavarnarkröfur-þar sem UL94 einkunnin skiptir máli fyrir allt með rafeindatækni inni. Flest dót þarf að minnsta kosti V-1 einkunn, mörg forrit þurfa V-0. Þetta takmarkar hvaða efni og aukaefni þú getur notað.
Áferð og litasamsvörun er martröð í rafeindatækni. Ég vann með fyrirtæki sem framleiddi jaðartæki (lyklaborð, mýs, þess konar dót) og þeir höfðu 23 endurskoðun á áferð fyrir eina vöru vegna þess að markaðssetning skipti um skoðun á því hvernig það ætti að líða. Hver endurskoðun á áferð þýddi að endurfægja moldholið með mismunandi EDM rafskautum eða efnafræðilegum ætingarferlum. Mótframleiðandinn rukkaði eins og $2.000 fyrir hverja endurskoðun á áferð.
Litasamsvörun milli mismunandi plastefna er líka erfiðari en hún ætti að vera. Ef þú ert með vöru með PC topphlíf og ABS botnhlíf er erfitt að fá þær í nákvæmlega sama lit þegar þær eru mótaðar vegna þess að mismunandi efni taka litarefni á mismunandi hátt. Þú endar með sérsniðnar litameistaraflokka og mikið prufumótun til að hringja í.
Umbúðir eru faldi risinn
Enginn hugsar um sprautumótaðar umbúðir en þær eru gríðarlegar miðað við rúmmál. Flöskutappar eitt og sér-það er tölfræði einhvers staðar sem segir að eitthvað eins og 2 milljarðar plastflöskutappar séu framleiddir á dag um allan heim (ég finn ekki nákvæma heimild núna en það var í grein um Plastics News frá því fyrir nokkrum árum). Sérhver vatnsflaska, gosflaska, mjólkurkanna, sjampóflaska er með sprautumótaða loki.
Matarílát, snyrtivöruumbúðir, lyfjaflöskur-allt sprautumótaðar. Kröfurnar eru frábrugðnar öðrum forritum vegna þess að þú þarft -matarörugg efni (FDA reglugerðir aftur) og góða efnaþol. Pólýprópýlen er allsráðandi í þessu rými vegna þess að það er ódýrt, -öruggt fyrir mat og efnafræðilega óvirkt. HDPE er líka algengt, sérstaklega fyrir flöskur og ílát sem þurfa smá sveigjanleika.
Þunnt-veggmót fyrir matarílát er eigin sérgrein. Þú ert að tala um veggþykkt 0,5-0,8 mm, sem krefst mikils innspýtingarhraða og sérhæfðra véla með góða skotstýringu. Hringrásartímar eru fljótir þó eins og 4-8 sekúndur fyrir jógúrtílát. Ég heimsótti umbúðaframleiðanda á Ítalíu sem var að keyra 48 hola mót fyrir lítil matarílát, sem framleiddi þúsundir hluta á klukkustund á einni vél.
Verkfærakostnaður fyrir pökkunarmót er áhugaverður vegna þess að þau eru oft fjölskyldumót (margar holastærðir) eða fjöl-holamót með geðveikum holrúmafjölda. 96-hola flöskulokamót gæti kostað $150,000+ en þegar þú ert að búa til tugi milljóna hluta verður verkfærakostnaður á hlut hverfandi.
Iðnaðar- og byggingarforrit sem endast að eilífu
Rafmagnsgirðingar, tengiboxar, rofahús -tonn af sprautumótuðum hlutum í byggingum og iðnaðarbúnaði. Efniskröfur eru mismunandi hér vegna þess að þú þarft UV viðnám (ef utandyra), logavarnarefni og höggþol. ABS virkar ekki fyrir notkun utandyra vegna þess að það brotnar niður við útsetningu fyrir UV. ASA er betri en dýrari. Pólýkarbónat virkar en gulnar með tímanum. Það eru alltaf málamiðlanir.
Kapalstjórnunarhlutar eins og snúrugripir, álagsléttir og kirtlar eru að mestu leyti sprautumótaðir. Nylon er vinsælt fyrir þetta vegna seiglu og efnaþols. Ég hef unnið með M20 og M25 snúrugrip sem þurfa að viðhalda IP68 þéttingu eftir að hafa verið sett upp og fjarlægð margsinnis-þarf víddarvikmörk á þráðum og þéttingarflötum að vera þétt (±0,1 mm eða betri fyrir mikilvæga eiginleika).
Lagnafestingar og pípuíhlutir eru líka stór flokkur. PVC og PP festingar eru sprautumótaðar, þó að dótið með stórum þvermál sé oft búið til með öðrum ferlum. Þrýstieinkunnirnar skipta máli-festing sem er metin fyrir 150 PSI þarf þykkari veggi og betri efniseiginleika en einn sem er metinn fyrir 50 PSI. Efnisflokkarnir eru tilgreindir í samræmi við ASTM staðla og prófunarkröfur eru tilgreindar í hlutum eins og ASTM D2846 fyrir PVC festingar.
Leikföng og afþreyingarvörur
Augljóslega eru leikföng að mestu leyti sprautumótað plast. LEGO kubbar eru klassískt dæmið-framleitt með ótrúlega þröngum vikmörkum (±0,01 mm eða eitthvað svo klikkað) svo þeir passa fullkomlega saman í hvert skipti. LEGO notar eingöngu ABS held ég, og þeir hafa verið að sprauta mótun síðan á fjórða eða fimmta áratugnum svo þeir eru með ferlið alveg innskráð.
Hasarmyndir, dúkkur, leikfangabílar-allt sprautumótað, venjulega fjöl-skot eða samsett úr mörgum mótuðum íhlutum. Efnisval fyrir leikföng er takmarkað af öryggisreglum. Í Bandaríkjunum eru CPSIA kröfur, í Evrópu eru EN 71 öryggisstaðlar leikfanga. Ákveðin mýkiefni og aukefni eru bönnuð í barnavörum, sem útilokar suma efnisvalkosti.
Íþróttabúnaður hefur líka mikið af mótuðum hlutum. Skíðastígvélaskeljar, línuskautarammar, hjólaíhlutir, hlífðarbúnaður. Vélrænu kröfurnar geta verið krefjandi-skíðaskór þurfa að vera nógu stífir til að miðla krafti á skilvirkan hátt en ekki svo brothættir að þeir springa í köldu veðri. Þetta þýðir venjulega pólýúretan eða pólýamíð efni og veggþykktin verða þung (3-6 mm á sumum svæðum).
Það sem virkar ekki vel með sprautumótun
Mjög stórir hlutar verða krefjandi vegna þess að þú þarft stórar vélar og verkfærakostnaðurinn springur. Bílastuðarafestingar eru um það bil á mörkum þess sem skynsamlegt er-þeir þurfa 1000+ tonna klemmuvélar og mót sem vega nokkur tonn. Fjárfestingin fyrir þann búnað er milljónir dollara svo aðeins stórir framleiðendur geta gert það.
Ofurlitlir hlutar með þröngum vikmörkum eru líka erfiðir. Læknisfræðilegir ör-mótaðir hlutar eins og íhlutir í hollegg eða örvökvatæki þrýsta á mörk þess sem er mögulegt. Þú ert að fást við hliðastærðir undir 0,3 mm, holrúmmál mæld í tíundu úr millimetrum og ferlistýringu sem krefst virkra endurgjafarkerfa. Höfnunarhlutfallið getur verið hátt, jafnvel með fullkomnum myglusveppum vegna þess að örlítið magn af mengun eða ferlibreytingar valda vandræðum.
Hlutar með mjög þykka hluta mótast ekki vel vegna kælingartíma og vaskmerkja. Allt yfir kannski 6-8mm veggþykkt byrjar að hafa vandamál. Ytra kólnar og storknar á meðan það er enn bráðið að innan, og þegar miðjan kólnar minnkar hún, togar ytra yfirborðið inn á við og myndar vaskmerki eða tómarúm. Stundum er hægt að jafna það með pökkunarþrýstingi og lengri kælitíma, en það er alltaf átök. Betra að endurhanna hlutann með rifjum eða holum hlutum ef mögulegt er.
Efni sem eru ekki hitaþolin virka alls ekki. Hitastillir eins og epoxý eða fenól plastefni þurfa mismunandi ferli (þjöppunarmótun eða flutningsmótun). Málma er augljóslega ekki hægt að sprauta, þó málmsprautun (MIM) sé til sem tengt ferli fyrir duftformaða málma.
Hagfræðin þegar þú ert að reyna að taka ákvörðun
Fyrir lítið magn (undir 1000 hlutum) er sprautumótun venjulega ekki skynsamleg nema þú þurfir sérstaka efniseiginleika eða yfirborðsáferð sem þú getur ekki fengið aðrar leiðir. Verkfærakostnaður er ráðandi í-hlutakostnaði við lítið magn. Einföld frumgerð mót gæti kostað $3.000-5.000, en þú dreifir þeim kostnaði yfir lítinn fjölda hluta.
Crossover punkturinn þar sem sprautumótun verður ódýrari en önnur ferli fer eftir flóknum hluta og stærð, en það er venjulega einhvers staðar á milli 500-2000 einingar. Fyrir neðan það hefur 3D prentun eða CNC vinnsla tilhneigingu til að vera hagkvæmari. Þar fyrir ofan sigrar sprautumótun.
Ég segi fólki venjulega að hugsa um þetta á þennan hátt: Ef verkfærin kosta $10.000 og hlutar kosta $0,50 hver í mótun, þarftu að búa til 20.000 hluta áður en kostnaður á hvern-hluta fer niður fyrir $1,00 ($10.000/20,{10}} $0,50). Ef þú þarft aðeins 1.000 varahluti er kostnaður á-hluta í raun $10,50 ($10.000/1,000 + $0,50). Það breytir útreikningnum algjörlega.
Framleiðslumagn í milljónum er þar sem sprautumótun skín virkilega. Kostnaður á-hluta getur lækkað niður í fáránlegt stig-eins og $0,10-0,20 fyrir einfalda hluti. Verkfærakostnaður er afskrifaður á svo mörgum hlutum að það skiptir varla máli. Þetta er ástæðan fyrir því að einnota neysluvörur eru nánast allar sprautumótaðar rakvélar, pennar, flöskur, ílát, hvað sem er. Framlegðin virkar þegar hver hluti kostar smáaura að búa til.
Það eru miklu fleiri forrit en ég fjallaði um hér (íhlutir í húsgögnum, hlutum í tæki, sjónlinsur, hljóðfæri, líklega hundrað aðrir flokkar) en þetta eru helstu atvinnugreinarnar sem ég hef fengist við. Fjölhæfni ferlisins er það sem gerir það svo ríkjandi-þú getur búið til 1 grams nákvæmnihluta eða 5 kílóa bílaspjald með í grundvallaratriðum sömu grundvallartækni, bara upp eða niður.
Það eru miklu fleiri forrit en ég fjallaði um hér (íhlutir í húsgögnum, hlutum í tæki, sjónlinsur, hljóðfæri, líklega hundrað aðrir flokkar) en þetta eru helstu atvinnugreinarnar sem ég hef fengist við. Fjölhæfni ferlisins er það sem gerir það svo ríkjandi-þú getur búið til 1 grams nákvæmnihluta eða 5 kílóa bílaspjald með í grundvallaratriðum sömu grundvallartækni, bara upp eða niður.
Ef þú ert að komast inn á þetta svið skaltu eyða tíma í að skilja hvernig á að hanna sprautumótaða hluta á réttan hátt vegna þess að skillínusprautunaraðferðin hefur áhrif á allt niðurstreymis. Ég hef séð of marga verkfræðinga panta sprautumótaða hluta án þess að hafa í huga snyrtivöruforskriftir sprautumótaðra hluta og kvarta síðan yfir kostnaði við sprautumótaða hluta þegar endurskoðunar er þörf. Algengar gallar í sprautumótunarhlutum rekja venjulega til hönnunarvandamála-eins og að sprauta þykka hluta án viðeigandi kælirása, eða reyna að sprauta stóra hluta án þess að skilja hvernig efnisflæði virkar í stærri holrúmum. Sérfræðiþekkingin sem krafist er er líka mjög breytileg: plastsprautumótunarhlutir í bíla krefjast annarrar þekkingar en sprautumótun fyrir flughluta og sérhæfðir ferlar eins og viðbragðsprautumótunarhlutar eða málmsprautumótunarhlutar eru allt önnur kunnátta. Jafnvel eftir-vinnslu máls-glæðing sprautumótaðra plasthluta getur dregið úr spennuleifum sem valda skekkjuvandamálum mánuðum eftir framleiðslu. Hvort sem þú ert að vinna með grunnhlutar í sprautumótunsetja upp eða meta plasthluta sem framleiddir eru með sprautumótunaraðgerð, skilningur á grundvallaratriðum kemur í veg fyrir dýr mistök síðar. Tæknin er ekki að fara neitt-sprautumótaðir hlutar og plastsprautumótunarhlutar munu halda áfram að ráða yfir framleiðslu því ekkert annað mælist eins og það gerir.