Nguyên mẫu so với sản xuất đúc chìa khóa để nhanh chóng thâm nhập thị trường

Hãy tưởng tượng sản phẩm sáng tạo của bạn đã sẵn sàng ra mắt, nhưng chi phí khuôn sản xuất cao và thời gian giao hàng kéo dài khiến bạn do dự. Bạn có phải chờ đến khi thiết kế hoàn thiện hoàn toàn mới sản xuất các bộ phận bằng nhựa không? Câu trả lời là không. Đúc phun nguyên mẫu, tương tự như in 3D, đang đẩy nhanh quá trình phát triển sản phẩm, giảm thiểu rủi ro thất bại và tăng tốc các lần lặp lại thiết kế. Bài viết này khám phá sự khác biệt giữa đúc phun nguyên mẫu và sản xuất để giúp bạn đưa ra các quyết định sáng suốt ở các giai đoạn quan trọng của quá trình phát triển sản phẩm.

Đúc phun sản xuất là một quy trình sản xuất bộ phận bằng nhựa hiệu quả cao, phù hợp với việc sản xuất hàng loạt các bộ phận giống hệt nhau. Quá trình này liên quan đến việc làm nóng vật liệu nhựa đến trạng thái nóng chảy và bơm nó vào khuôn kín, nơi hình dạng của khuôn sẽ xác định hình dạng cuối cùng của sản phẩm. Sau khi làm nguội và đông đặc, khuôn mở ra và bộ phận hoàn thiện được đẩy ra.

Khi thiết kế sản phẩm được xác nhận kỹ lưỡng và được coi là ổn định, khuôn sản xuất thường được làm từ thép dụng cụ siêu cứng. Kim loại bền này giảm thiểu hao mòn trong quá trình gia nhiệt, làm mát, phun và đẩy ra lặp đi lặp lại, đảm bảo khuôn có thể chịu được hàng trăm nghìn—hoặc thậm chí hàng triệu—lần sử dụng.

Kim loại cứng rất khó gia công, đòi hỏi phải loại bỏ vật liệu chậm để tránh làm hỏng dụng cụ. Do đó, khuôn sản xuất mất nhiều thời gian hơn để sản xuất—thường là từ 5 đến 16 tuần, tùy thuộc vào hình dạng của bộ phận. Các bộ phận lớn hơn và phức tạp hơn đòi hỏi nhiều thời gian gia công hơn. Ngoài ra, các chi tiết nhỏ cần các dụng cụ cắt nhỏ hơn sẽ kéo dài thời gian giao hàng.

Khuôn sản xuất rất phức tạp. Để đạt được các tính năng nhất định của bộ phận bằng nhựa—chẳng hạn như các rãnh hoặc lỗ bên—khuôn kết hợp các cơ chế bên như thanh trượt và chốt đẩy. Chúng làm tăng thêm độ phức tạp, đặc biệt là trong khuôn nhiều khoang.

Mục tiêu chính của khuôn sản xuất là giảm thiểu chi phí trên mỗi đơn vị bộ phận bằng nhựa. Mặc dù vật liệu nhựa thô đóng góp rất ít vào tổng chi phí, nhưng thời gian chu kỳ là yếu tố chính thúc đẩy chi phí. Điều này bao gồm việc đóng khuôn, phun nhựa, làm mát, mở khuôn và đẩy bộ phận ra. Để giảm thời gian chu kỳ và chi phí bộ phận, khuôn sản xuất thường sử dụng thiết kế nhiều khoang (ví dụ: 2, 4, 8, 16 hoặc 32 khoang) và hệ thống gia nhiệt/làm mát tích hợp để tăng tốc từng giai đoạn. Ví dụ: nếu một khuôn một khoang mất 1 phút cho mỗi bộ phận với giá 2 đô la mỗi phút, thì mỗi bộ phận có giá 2 đô la. Khuôn 4 khoang giảm xuống còn 0,50 đô la cho mỗi bộ phận.

Đúc phun nguyên mẫu sử dụng cùng loại nhựa như đúc sản xuất nhưng khác về cấu trúc khuôn và số lượng khoang. Nó lý tưởng để xác nhận thiết kế, thử nghiệm kết cấu và thậm chí là thử nghiệm thị trường, cho phép tinh chỉnh trước khi cam kết sản xuất hàng loạt. Các ưu điểm bổ sung bao gồm:

• Giao hàng nhanh hơn: Khuôn và bộ phận nguyên mẫu có thể được hoàn thành trong vài tuần—nhanh hơn nhiều so với khuôn sản xuất.
• Tiết kiệm chi phí cho khối lượng thấp: Chi phí khuôn thấp hơn làm cho nguyên mẫu trở nên lý tưởng cho các lô nhỏ hoặc thử nghiệm nhiều thiết kế.
• Các bộ phận cấp sản xuất: Sử dụng các vật liệu và quy trình giống hệt nhau, nguyên mẫu kiểm tra chức năng sản phẩm cuối cùng.
• Xác nhận thiết kế sớm: Các kỹ sư có thể kiểm tra và điều chỉnh các bộ phận sớm, giảm thiểu lỗi ở giai đoạn sau.
• Tính linh hoạt về vật liệu và hoàn thiện: Khuôn nguyên mẫu hỗ trợ nhiều loại nhựa và xử lý bề mặt khác nhau mặc dù độ bền thấp hơn.
• Chuyển đổi suôn sẻ sang sản xuất: Khuôn nguyên mẫu có thể thu hẹp khoảng cách trong khi khuôn sản xuất đang được phát triển.
• Dụng cụ nhanh: Được làm từ nhôm hoặc thép mềm hơn, khuôn nguyên mẫu sử dụng các thiết kế đơn giản hơn để có tốc độ và giá cả phải chăng.
• Hạn chế: Khuôn nguyên mẫu có tuổi thọ ngắn hơn và độ phức tạp về tính năng thấp hơn so với khuôn sản xuất.

Khuôn nguyên mẫu được gia công CNC từ nhôm hoặc đồng thau, mềm hơn, gia công nhanh hơn và rẻ hơn. Mặc dù kém bền hơn thép không gỉ, nhưng các kim loại này vẫn có thể sản xuất hàng chục nghìn bộ phận mà không làm giảm độ chính xác về kích thước (tùy thuộc vào hình dạng).

Khuôn nguyên mẫu thường sử dụng thiết kế một khoang để dễ dàng điều chỉnh hình học hơn. Các sửa đổi liên quan đến việc "thêm" (loại bỏ kim loại khỏi khuôn) hoặc "trừ" (thêm kim loại vào khuôn) vật liệu. Kim loại mềm hơn giúp đơn giản hóa các thay đổi: một khe được cắt, một phích cắm được chèn vào và hình học mới được gia công. Khuôn thép cứng cần hàn để thay đổi "trừ".

Khuôn nguyên mẫu tránh các cơ chế tự động cho các tính năng không chuẩn. Thay vào đó, lõi hoặc chèn được nạp thủ công tạo ra các tính năng này, được đẩy ra cùng với bộ phận và yêu cầu loại bỏ thủ công. Thiết kế đơn giản hơn này làm giảm chi phí khuôn nhưng làm tăng thời gian chu kỳ và chi phí bộ phận. Hầu hết các khuôn nguyên mẫu không có hệ thống gia nhiệt/làm mát, kéo dài thêm chu kỳ và yêu cầu người vận hành có kỹ năng để lấp đầy bộ phận đúng cách.

• Yêu cầu giao hàng bộ phận nhanh
• Thiết kế chưa hoàn thiện và có thể thay đổi
• Thử nghiệm nhiều vật liệu
• Lặp lại các tính năng quan trọng (ví dụ: chốt, phớt)
• In 3D không đủ hoặc thiếu độ bền
• Cần các bộ phận giống hệt nhau để thử nghiệm (ví dụ: thiết bị y tế)
• Sử dụng vật liệu giống cao su (TPE, TPU) cho phớt hoặc tay cầm
• Các lô nhỏ để thử nghiệm người dùng
• Nguyên mẫu đúc hoặc nhúng
• Khối lượng sản xuất không biện minh cho khuôn sản xuất đắt tiền

Nguyên mẫu là các mô hình sơ bộ để thử nghiệm; sản xuất liên quan đến sản xuất hàng loạt sau khi tạo mẫu thành công.

Các bộ phận nguyên mẫu xác nhận thiết kế sớm; các bộ phận sản xuất là các thành phần cuối cùng được tạo ra sau khi được phê duyệt.

Khuôn sản xuất sử dụng thép cứng để có khối lượng lớn, với thanh trượt tự động và nhiều khoang. Khuôn nguyên mẫu sử dụng nhôm/đồng thau cho khối lượng thấp, với lõi thủ công và khoang đơn.

Đúc phun nhựa bằng khuôn nguyên mẫu.

Một số nhà sản xuất sử dụng khung thép với các miếng chèn kim loại mềm hơn cho khuôn nguyên mẫu, cho phép lên đến 100.000 bộ phận và dễ dàng sửa đổi (ngay cả những thay đổi không phải bằng kim loại). Các lần lặp có thể được hoàn thành trong một ngày.

Khuôn nguyên mẫu một khoang có thể được tạo ra trong một tuần thay vì hàng tháng. Các bộ phận thu được phù hợp với thử nghiệm người dùng, xác nhận chức năng và các kiểm tra trước sản xuất khác.

Khuôn nguyên mẫu làm giảm rủi ro mở rộng quy mô với chi phí thấp—thường là 6.000–15.000 đô la, tùy thuộc vào độ phức tạp và kích thước của bộ phận.