เร็ว ถูก ดี ความท้าทายดั้งเดิมในงานการผลิตคือการบรรลุความเร็วและคุณภาพในต้นทุนที่ต่ำ และเป็นความเชื่อทั่วไปว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้ได้ทั้งสามอย่าง เมื่อผลิตชิ้นส่วนพลาสติก วิศวกรส่วนใหญ่จะบอกว่าการฉีดขึ้นรูปพลาสติกเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับทั้งสามด้าน ด้วยระยะเวลารอบการผลิตที่รวดเร็ว วัสดุที่แข็งแรง และต้นทุนต่อชิ้นที่ไม่แพง แต่ด้วยนวัตกรรมล่าสุดของการพิมพ์สามมิติ นั่นยังคงเป็นความจริงอยู่หรือไม่

ในเดือนเมษายน 2024 เราได้นำ Form 4 มาเปรียบเทียบกับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก เพื่อแสดงให้เห็นว่าการพิมพ์สามมิติก้าวหน้าไปไกลแค่ไหน: ว่ามันสามารถแข่งขัน หรือแม้กระทั่งเอาชนะการฉีดขึ้นรูปพลาสติกได้ เมื่อพูดถึงความเร็วและคุณภาพในต้นทุนที่ต่ำ ความคิดเห็นเต็มไปด้วยคำถามมากมาย ตอนนี้ ด้วยการเปิดตัว Form 4L ซึ่งมีปริมาตรการพิมพ์มากกว่า Form 4 ถึง 4.6 เท่า เราจึงตัดสินใจทำการทดสอบนี้อีกครั้ง โดยผลิตชิ้นส่วน Form 4 Resin Mixer Latch ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติแบบ masked stereolithography (MSLA) รุ่น Form 4L จำนวนสองเครื่อง และการฉีดขึ้นรูปพลาสติก เราตั้งเป้าที่จะพิสูจน์ว่าความเร็วอันรวดเร็วของเครื่องพิมพ์สามมิติในตระกูล Form 4 สามารถแซงหน้าการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมได้

ด้านล่างนี้ เราแยกรายละเอียดต้นทุน เวลา และคุณสมบัติเชิงกล สำหรับการผลิตชิ้นส่วนใช้งานจริง พร้อมตอบคำถามของผู้ชมเกี่ยวกับต้นทุน ขั้นตอนหลังการผลิต และคุณสมบัติเชิงกลของชิ้นงานที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ

การผลิตชิ้นส่วน Form 4 Resin Mixer Latch
กระบวนการผลิต: การฉีดขึ้นรูปพลาสติก เทียบกับ การพิมพ์สามมิติ

Form 4 Resin Mixer Latch เป็นชิ้นส่วนหนึ่งของ Form 4 Mixer ซึ่งเป็นอุปกรณ์เสริมที่ติดตั้งเข้ากับถังเรซินในเครื่องพิมพ์ Formlabs Form 4 Series และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุโดยการรักษาให้เรซินมีความสม่ำเสมออยู่ภายในถังระหว่างกระบวนการพิมพ์

สำหรับการทดสอบนี้ เราได้จับเวลาการผลิตสองกระบวนการในการแข่งขันเพื่อผลิตชิ้นส่วนใช้งานจริงจำนวน 1,000 ชิ้น ได้แก่ ผู้ผลิตตามสัญญาจริงที่ใช้การฉีดขึ้นรูปพลาสติก และเครื่องพิมพ์สามมิติเรซินขนาดใหญ่ Form 4L จำนวนสองเครื่อง

ตัวล็อกมิกเซอร์ทำหน้าที่ยึด Resin Mixer ให้อยู่กับที่บนเครื่อง Form 4

สำหรับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก เราได้ทำงานร่วมกับผู้ผลิตตามสัญญาที่ตั้งอยู่ในไต้หวัน ซึ่งได้ผลิตชิ้นส่วนสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติของ Formlabs หลายเจเนอเรชัน รวมถึงถังเรซิน ตลับ และมิกเซอร์ แม่พิมพ์แบบสองคาวิตี้ที่ใช้ในการทดสอบนี้ เป็นแม่พิมพ์จริงที่ใช้ในการผลิตแบบต่อเนื่องของชิ้นส่วน Form 4 Resin Mixer Latch

เครื่องฉีดขึ้นรูปพลาสติกที่ผู้ผลิตตามสัญญาใช้ มีพื้นที่ใช้งานบนพื้นประมาณ 10 ตารางเมตร

สำหรับการเปรียบเทียบกับการพิมพ์สามมิติ เราได้ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติขนาดใหญ่ Form 4L จำนวนสองเครื่อง ซึ่งออกแบบมาสำหรับการผลิตปริมาณสูง โดยมีพื้นที่การพิมพ์ขนาดใหญ่และความเร็วในการพิมพ์ที่รวดเร็ว การตั้งค่ายังรวมถึงเครื่อง Form Wash L หนึ่งเครื่อง และ Form Cure L หนึ่งเครื่อง สำหรับกระบวนการหลังการพิมพ์

สำหรับวัสดุ เราเลือกใช้ Black Resin ซึ่งเป็นวัสดุอเนกประสงค์ที่มีความแข็งและความแข็งแรง ให้ชิ้นงานผิวด้าน พร้อมสำหรับการนำเสนอ

ในสภาพแวดล้อมการฉีดขึ้นรูปจริง แต่ละรอบการผลิตใช้เวลา 50 วินาที และได้ชิ้นงานสองชิ้น ความเร็วสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้แม่พิมพ์ที่มีจำนวนคาวิตี้มากขึ้น ซึ่งจะผลิตชิ้นงานได้มากขึ้นต่อหนึ่งรอบ หรือโดยการลดระยะเวลารอบการผลิตด้วยการปรับเปลี่ยนกระบวนการ แต่กระบวนการนี้เป็นสิ่งที่เราและผู้ผลิตตามสัญญาได้ตัดสินใจว่าเหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการในการผลิตของเรา อย่างที่เราจะกล่าวถึงในไม่ช้า การฉีดขึ้นรูปจะกลายเป็นวิธีการผลิตที่มีต้นทุนถูกกว่าสำหรับชิ้นส่วนนี้ เมื่อมีปริมาณการผลิตมากกว่าประมาณ 13,000 ชิ้น

ด้วย Form 4L เราพิมพ์ชิ้นงานได้ 78 ชิ้นต่อหนึ่งงานพิมพ์ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้ 13 งานพิมพ์เพื่อผลิตให้ครบ 1,000 ชิ้น เทคโนโลยีการพิมพ์ Low Force Display™ ที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งใช้ในเครื่องพิมพ์ซีรีส์ Form 4 ช่วยให้สามารถพิมพ์ได้อย่างรวดเร็ว และมีการปรับตั้งค่าใน Print Settings Editor ของ PreForm เพื่อเพิ่มความเร็วให้มากยิ่งขึ้น การตั้งค่าการพิมพ์แบบกำหนดเองที่มีความสูงของเลเยอร์ 150 ไมโครเมตร ช่วยลดจำนวนเลเยอร์ที่ต้องใช้ในการพิมพ์ให้เสร็จสมบูรณ์ และเพิ่มความเข้มของแสง (irradiance) และการฉายแสง (exposure) เพื่อลดเวลาที่ใช้ต่อหนึ่งเลเยอร์ เรียนรู้วิธีการใช้งาน Print Settings Editor ได้ที่นี่

เวลาการผลิตชิ้นส่วน

ทั้งชิ้นงานที่ผลิตด้วยการฉีดขึ้นรูปพลาสติกและการพิมพ์สามมิติ ต่างก็ต้องมีขั้นตอนหลังการผลิตบางอย่าง

ชิ้นงานที่ฉีดขึ้นรูปพลาสติกจำเป็นต้องตัดสปรู (sprues) และรันเนอร์ (runners) ออก ส่วนชิ้นงานที่พิมพ์ด้วยเรซินแบบสามมิติต้องนำไปล้างและอบให้แข็ง (cure) รวมถึงการถอดซัพพอร์ตออก

ในทั้งสองกรณี ขั้นตอนหลังการผลิตสามารถดำเนินการโดยผู้ปฏิบัติงานไปพร้อมกับกระบวนการผลิตได้ ซึ่งหมายความว่าขั้นตอนหลังการผลิตจะเพิ่มเวลาให้กับการผลิตเฉพาะในรอบสุดท้ายของชิ้นงานเท่านั้น

การเปรียบเทียบระยะเวลาในการจัดส่ง: หกสัปดาห์ เทียบกับ ภายในวันเดียว

แม้ว่าการแข่งขันแบบตัวต่อตัวของเราจะมุ่งเน้นเฉพาะเวลาในการผลิต แต่ในความเป็นจริงแล้ว ไทม์ไลน์ของการผลิตเริ่มต้นตั้งแต่การสร้างแม่พิมพ์ที่ใช้ในการฉีดขึ้นรูปพลาสติก การทำแม่พิมพ์ที่มีขนาดและความซับซ้อนระดับนี้โดยทั่วไปอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์ และสามารถเร่งได้ด้วยการจ่ายค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นประมาณ 2-3 เท่า ตั้งแต่การออกแบบชิ้นส่วนเสร็จสมบูรณ์จนได้ชิ้นงานสำเร็จ ระยะเวลาโดยรวมโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 4-6 สัปดาห์ โดยรวมขั้นตอนการออกแบบเพื่อการผลิต (design for manufacturability), การทำแม่พิมพ์, การผลิต และกระบวนการต่าง ๆ

ในทางตรงกันข้าม การพิมพ์สามมิติไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือหรือแม่พิมพ์ และสามารถพิมพ์ชิ้นงานได้ภายในวันเดียวโดยไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม นั่นหมายความว่าการผลิตจำนวนไม่มากด้วยการพิมพ์สามมิติสามารถเสร็จสิ้นได้ก่อนที่การออกแบบแม่พิมพ์สำหรับการฉีดขึ้นรูปจะเสร็จสมบูรณ์เสียอีก

การวิเคราะห์ต้นทุนต่อชิ้น: ต้นทุนต่ำกว่าถึง 85%

เนื่องจากไม่มีค่าใช้จ่ายด้านแม่พิมพ์ การพิมพ์สามมิติเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวิธีที่มีต้นทุนต่ำในการผลิตชิ้นงานจำนวนน้อย ชื่อเสียงที่ได้รับนี้ก็ใช้ได้กับกรณีนี้เช่นกัน: ที่จำนวน 1,000 ชิ้น การพิมพ์สามมิติมีต้นทุนต่ำกว่าการฉีดขึ้นรูปพลาสติกถึง 85%

เราได้แยกรายละเอียดตัวเลข และพบว่าจุดคุ้มทุน (breakeven point) ระหว่างสองวิธีนี้อยู่ที่ 13,050 ชิ้น

การผลิตชิ้นส่วนจำนวน 1,000 ชิ้นด้วยการฉีดขึ้นรูปพลาสติกแบบจ้างภายนอก มีค่าใช้จ่าย 3,920 ดอลลาร์สหรัฐ ในขณะที่การพิมพ์สามมิติภายในองค์กรด้วย Form 4L มีค่าใช้จ่ายเพียง 600 ดอลลาร์สหรัฐ

ต้นทุนต่อชิ้นในฐานะฟังก์ชันของปริมาณการผลิต โดยการพิมพ์สามมิติเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่าสำหรับการผลิตไม่เกิน 13,050 ชิ้น การซื้อเรซินแบบจำนวนมากในราคาส่วนลดสามารถช่วยลดต้นทุนต่อชิ้นของการพิมพ์สามมิติได้มากยิ่งขึ้น ซึ่งอาจทำให้จุดคุ้มทุนขยับไปมากกว่า 40,000 ชิ้น ขึ้นอยู่กับปริมาณเรซินที่ซื้อ

ต้นทุนต่อชิ้นของการฉีดขึ้นรูปพลาสติกมีความแปรผันอย่างมากตามปริมาณการผลิต เนื่องจากมีการลงทุนเริ่มต้นด้านแม่พิมพ์ที่สูง แม่พิมพ์ที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วน mixer latch นี้มีค่าใช้จ่าย 3,600 ดอลลาร์สหรัฐ นอกจากนี้ ผู้ผลิตตามสัญญายังคิดค่าใช้จ่าย 0.32 ดอลลาร์ต่อชิ้น สำหรับวัสดุ แรงงาน และค่าใช้จ่ายทางอ้อม

ในทางกลับกัน การพิมพ์สามมิติไม่ต้องใช้แม่พิมพ์ ดังนั้นต้นทุนต่อชิ้นจึงแปรผันน้อยกว่าตามปริมาณการผลิต และประกอบด้วยต้นทุนของเครื่องจักร วัสดุสิ้นเปลือง และแรงงาน

สำหรับการเปรียบเทียบนี้ เราได้เฉลี่ยต้นทุนของระบบทั้งหมดในช่วงระยะเวลา 3 ปี ซึ่งรวมถึงการลงทุนในเครื่องพิมพ์และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน เช่น พื้นที่ใช้สอย พลังงาน การบำรุงรักษา และสารละลายสำหรับล้างชิ้นงาน เมื่อผลิตในปริมาณมาก สัดส่วนของต้นทุนเครื่องจักรต่อชิ้นจะมีผลน้อยมาก

ในส่วนของต้นทุนวัสดุ ชิ้นส่วน Form 4 Resin Mixer Latch ใช้เรซิน Formlabs Black Resin ปริมาณ 6 มิลลิลิตร ซึ่งมีราคา 65 ดอลลาร์ต่อหนึ่งลิตร เมื่อซื้อในภาชนะขนาด 5 ลิตร หมายความว่าต้นทุนวัสดุต่อชิ้นอยู่ที่ 0.40 ดอลลาร์ ในฐานะผู้ผลิตแบบบูรณาการแนวดิ่ง Formlabs มีส่วนลดสำหรับการสั่งซื้อจำนวนมาก โดยราคาสามารถต่ำได้ถึง 35 ดอลลาร์ต่อลิตรสำหรับเรซิน ดังนั้นสำหรับการผลิตจำนวนมาก ต้นทุนต่อชิ้นอาจลดลงได้สูงสุดถึง 50% ติดต่อฝ่ายขายเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับราคาซื้อเรซินแบบจำนวนมาก และรับการวิเคราะห์ต้นทุนต่อชิ้นที่เหมาะกับการใช้งานของคุณโดยเฉพาะ

สำหรับ Form 4 ปัจจัยต้นทุนที่ใหญ่ที่สุดคือค่าแรง เนื่องจากพื้นที่การพิมพ์ของ Form 4 มีขนาดเล็กกว่า ทำให้สามารถวางชิ้นงานได้เพียงครึ่งหนึ่งต่อหนึ่งงานพิมพ์เมื่อเทียบกับ Form 4L ซึ่งหมายความว่าต้องใช้จำนวนงานพิมพ์มากกว่าสองเท่าเพื่อให้ได้จำนวนชิ้นงานตามเป้าหมาย

ผลที่ตามมาคือ ผู้ปฏิบัติงานต้องใช้เวลาในการเตรียมงานและทำขั้นตอนหลังการพิมพ์สำหรับชิ้นงานที่พิมพ์ด้วย Form 4 มากกว่าสองเท่าเมื่อเทียบกับ Form 4L และค่าแรงต่อชั่วโมงก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

ในโมเดลของเรา เราสมมติค่าแรงที่ 30 ดอลลาร์ต่อชั่วโมง ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้ในเครื่องคำนวณต้นทุนต่อชิ้น

ต้นทุนรวมตามจำนวนชิ้นที่กำหนด:

มีหลายวิธีในการคำนวณต้นทุนต่อชิ้น การแยกรายละเอียดนี้เป็นเพียงหนึ่งในนั้น ตัวอย่างเช่น เราไม่ได้รวมค่าขนส่งและภาษีนำเข้าไว้ในการคำนวณ เนื่องจากต้นทุนส่วนนี้ขึ้นอยู่กับสถานที่

ในกรณีของการฉีดขึ้นรูปพลาสติก ต้นทุนส่วนนี้อาจเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 500–1,000 ดอลลาร์สหรัฐ ในขณะที่การพิมพ์สามมิติภายในองค์กรจะไม่มีค่าขนส่งเกิดขึ้น

การเลือกวัสดุและคุณสมบัติเชิงกล: เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริง

ผู้ชมวิดีโอในเดือนเมษายน 2024 ได้ตั้งคำถามว่าชิ้นงานที่พิมพ์ด้วยสามมิติจะสามารถทนต่อการใช้งานจริงได้หรือไม่ ในอดีต เรซิน SLA มักมีความเปราะมากจนไม่เหมาะสำหรับชิ้นงานใช้งานจริง แต่เรซินประเภท General Purpose รุ่นใหม่จาก Formlabs มีความแข็งแรงและความแข็ง (stiffness) ที่เทียบเคียงได้กับ PET

สำหรับการทดสอบนี้ เราเลือกใช้ Black Resin เนื่องจากมีความแข็งแรงและความแข็งที่ตรงตามข้อกำหนดในการใช้งานของชิ้นส่วน นอกจากนี้ สีดำด้านที่เรียบเนียนยังตอบโจทย์ด้านความสวยงามของชิ้นงานอีกด้วย

การออกแบบตัวล็อกต้องการความสมดุลระหว่างความแข็ง (stiffness) และความยืดหยุ่น (compliance): ชิ้นส่วนต้องแข็งพอที่จะทำหน้าที่เป็นคันโยก และยืดหยุ่นพอที่จะสามารถคลิกเข้าและออกจากตำแหน่งได้

คุณสมบัติเชิงกลของ Black Resin ตอบโจทย์ความต้องการทางกายภาพสำหรับการใช้งานปกติของชิ้นส่วนนี้ หากต้องการดูคุณสมบัติเพิ่มเติมของวัสดุนี้ สามารถดาวน์โหลดเอกสารข้อมูลทางเทคนิค (technical data sheet) ของ Black Resin ได้

มีการสร้างเครื่องทดสอบแบบวนรอบ (cycle tester) เพื่อทำการล็อกและปลดล็อกชิ้นส่วนซ้ำหลายร้อยครั้ง และชิ้นงานที่พิมพ์ด้วยสามมิติก็ยังคงสามารถใช้งานได้ตามปกติหลังจากการทดสอบสิ้นสุดลง

ผู้ชนะ: การพิมพ์สามมิติด้วย Form 4L

ไม่ว่าคุณจะรวมระยะเวลาในการเตรียมการผลิต (lead time) หรือไม่ การพิมพ์สามมิติก็เป็นผู้ชนะในการแข่งขันผลิต 1,000 ชิ้น เมื่อเทียบกับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก โดยชนะด้วยเวลาประมาณหนึ่งชั่วโมง หรือมากถึงหกสัปดาห์ นอกจากนี้ การพิมพ์สามมิติยังมีต้นทุนต่ำกว่าถึง 85% สำหรับการผลิต 1,000 ชิ้น และยังเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่าจนถึงประมาณ 13,050 ชิ้น สุดท้าย Black Resin ยังมีคุณสมบัติเชิงกลที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริงของชิ้นส่วนนี้

อย่างไรก็ตาม เราไม่ได้กล่าวว่าการพิมพ์สามมิติจะเป็นผู้ชนะในทุกกรณี — การตัดสินใจขึ้นอยู่กับการออกแบบ การใช้งาน และปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมาย แต่จากที่เคยถูกมองว่าช้า มีต้นทุนสูง และมีประสิทธิภาพต่ำสำหรับชิ้นงานใช้งานจริง ปัจจุบันการพิมพ์สามมิติได้กลายเป็นตัวเลือกในการผลิตที่ใช้งานได้จริงสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

เราทราบดีว่าผู้อ่านที่ยังมีข้อสงสัยอาจต้องการข้อมูลเพิ่มเติม คุณสามารถใช้เครื่องคำนวณต้นทุนแบบอินเทอร์แอคทีฟของเราเพื่อสำรวจความแตกต่างด้านเวลา ต้นทุน และปริมาณระหว่างการพิมพ์สามมิติกับการฉีดขึ้นรูปพลาสติกด้วยตัวคุณเอง หรือพูดคุยกับผู้เชี่ยวชาญด้านการพิมพ์สามมิติเพื่อเรียนรู้ว่าการพิมพ์สามมิติสามารถตอบโจทย์ความต้องการด้านการผลิตของคุณได้อย่างไร

	รายละเอียดเครื่อง Formlab form4 SLA คลิก    เช็คราคา คลิก
	รายละเอียดเครื่อง Formlab Fuse 1+ 30W SLS คลิก    เช็คราคา คลิก

แหล่งอ้างอิง

https://formlabs.com/blog/race-to-1000-parts-3d-printing-injection-molding/