Окупаемость литья под давлением: как объем серии и сложность детали влияют на экономику производства

Produkcja metodą wtrysku nie jest najlepszym rozwiązaniem dla każdego projektu. Jej opłacalność zależy przede wszystkim od planowanego wolumenu, kosztu wykonania formy, rodzaju tworzywa, stopnia skomplikowania detalu oraz wymagań dotyczących jakości i powtarzalności. Wtrysk staje się szczególnie interesujący wtedy, gdy element ma być produkowany seryjnie, a kolejne partie powinny zachowywać te same parametry wymiarowe, materiałowe i wizualne. Przy odpowiednio dużej liczbie sztuk koszt przygotowania produkcji rozkłada się na cały wolumen, dzięki czemu koszt jednostkowy może być znacznie niższy niż w przypadku technologii przeznaczonych głównie do produkcji jednostkowej lub małoseryjnej. Jednym z częstszych błędów jest ocenianie opłacalności wyłącznie na podstawie kosztu uruchomienia produkcji. Forma wtryskowa może oznaczać większy wydatek początkowy, ale przy seryjnej produkcji należy analizować koszt całego projektu, a nie tylko pierwszego zamówienia. Gdzie znajduje się próg opłacalności produkcji wtryskowej? Próg opłacalności pojawia się wtedy, gdy koszty przygotowania produkcji, przede wszystkim wykonania formy, rozkładają się na wystarczająco dużą liczbę detali. Im większa liczba wyprodukowanych sztuk i im dłużej wykorzystywana jest ta sama forma, tym mniejszy udział kosztu narzędzia przypada na pojedynczy element. Produkcja wtryskowa dobrze sprawdza się szczególnie w przypadku: elementów produkowanych seryjnie, detali o regularnym i przewidywalnym zapotrzebowaniu, komponentów wymagających wysokiej powtarzalności, wyrobów przeznaczonych do montażu automatycznego lub półautomatycznego, produktów, które mają być wytwarzane przez dłuższy czas bez istotnych zmian konstrukcyjnych. Przed wyborem technologii warto odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań. Jak duże będzie roczne zapotrzebowanie? Czy produkt będzie produkowany przez kilka miesięcy, czy przez wiele lat? Jak duże znaczenie mają tolerancje wymiarowe, powtarzalność koloru i właściwości materiału? Jeżeli planowana jest regularna produkcja liczona w tysiącach lub dziesiątkach tysięcy sztuk, wtrysk często okazuje się rozwiązaniem korzystnym zarówno technologicznie, jak i ekonomicznie. Co wpływa na koszt produkcji detalu z tworzywa? Koszt wyprodukowania pojedynczego elementu zależy od kilku powiązanych ze sobą czynników. Znaczenie mają zarówno sama forma, jak i rodzaj tworzywa, czas cyklu, stopień skomplikowania detalu, liczba gniazd w formie oraz wymagania jakościowe. Dlatego projekt powinien być oceniany jako całość jeszcze przed rozpoczęciem produkcji. Koszt formy wtryskowej Forma jest jednym z najważniejszych kosztów początkowych w produkcji wtryskowej. Jej cena zależy między innymi od: wielkości i geometrii detalu, liczby gniazd, zastosowania suwaków i innych elementów ruchomych, rodzaju układu wlewowego, wymaganej trwałości formy, jakości powierzchni wypraski, tolerancji wymiarowych, rodzaju przetwarzanego tworzywa. Forma jest narzędziem wykorzystywanym podczas całego okresu produkcji danego elementu. Przy dużych i powtarzalnych seriach koszt jej wykonania rozkłada się na kolejne partie wyrobów. Przy krótkiej, jednorazowej produkcji może natomiast stanowić na tyle dużą część całkowitych kosztów, że zastosowanie technologii wtryskowej przestanie być ekonomicznie uzasadnione. Rodzaj tworzywa i jego właściwości Dobór materiału wpływa zarówno na cenę samego surowca, jak i na parametry procesu produkcyjnego. PP, ABS, PA czy tworzywa wzmacniane włóknem szklanym różnią się między innymi temperaturą przetwórstwa, skurczem, płynnością, odpornością mechaniczną i wymaganiami dotyczącymi przygotowania materiału. W przypadku wyrobów technicznych dobór tworzywa powinien wynikać przede wszystkim z wymagań stawianych gotowemu produktowi. Znaczenie mogą mieć między innymi: sztywność, odporność na uderzenia, odporność cieplna, odporność chemiczna, stabilność wymiarowa, wygląd powierzchni, warunki późniejszego użytkowania. Zastosowanie tańszego materiału nie zawsze prowadzi do realnego obniżenia kosztów. Jeżeli tworzywo powoduje problemy podczas montażu, większą liczbę braków lub skraca trwałość produktu, oszczędność na surowcu może być pozorna. Stopień skomplikowania detalu Geometria elementu ma bezpośredni wpływ na konstrukcję formy i przebieg procesu. Znaczenie mają między innymi grubości ścianek, podcięcia, żebra wzmacniające, otwory, sposób prowadzenia tworzywa oraz miejsca łączenia poszczególnych powierzchni. Im bardziej skomplikowany detal, tym większe mogą być wymagania dotyczące formy i ustawienia parametrów produkcji. Wtrysk dobrze sprawdza się jednak przy seryjnym wytwarzaniu skomplikowanych elementów, ponieważ po prawidłowym przygotowaniu formy i ustabilizowaniu procesu pozwala produkować kolejne sztuki w krótkich i powtarzalnych cyklach. Kiedy koszt jednostkowy zaczyna spadać? Największą przewagę ekonomiczną produkcja wtryskowa uzyskuje przy większych i powtarzalnych seriach. Po uruchomieniu produkcji na koszt jednostkowy wpływają przede wszystkim: zużycie materiału, czas pracy wtryskarki, obsługa procesu, kontrola jakości, ewentualne operacje dodatkowe, pakowanie i logistyka. Im krótszy i bardziej stabilny cykl, tym większa liczba detali może zostać wyprodukowana w określonym czasie. Na opłacalność wpływają między innymi: Czynnik | Wpływ na opłacalność Wielkość serii | większy wolumen pozwala rozłożyć koszt formy na większą liczbę sztuk Powtarzalność zamówień | sprawia, że inwestycja w formę staje się bardziej opłacalna Złożoność detalu | może podnieść koszt przygotowania formy, ale przy produkcji seryjnej koszt rozkłada się na kolejne partie Wymagania jakościowe | zwiększają znaczenie stabilnego i kontrolowanego procesu Rodzaj tworzywa | wpływa na koszt surowca i parametry przetwórstwa Czas cyklu | krótszy cykl może obniżyć koszt produkcji pojedynczego detalu Przy wyborze wykonawcy warto zwrócić uwagę nie tylko na park maszynowy, ale również na doświadczenie w przygotowaniu procesu, dobór tworzyw oraz zaplecze narzędziowe. Dobrze zorganizowane  usługi wtrysku powinny obejmować nie tylko samo wykonanie detali, ale także przygotowanie produkcji w sposób pozwalający utrzymać wymagane parametry kolejnych partii. Kiedy wtrysk może być korzystniejszy niż inne technologie? Wtrysk nie musi być zarezerwowany wyłącznie dla bardzo dużych wolumenów. W niektórych projektach może być uzasadniony również przy średnich seriach, szczególnie jeżeli wymagania dotyczące powtarzalności i czasu produkcji są wysokie. Alternatywą mogą być między innymi druk 3D, obróbka skrawaniem czy inne technologie wykorzystywane przy produkcji małoseryjnej. Każda z nich ma swoje zastosowanie. Druk 3D dobrze sprawdza się przy prototypach i niewielkich liczbach sztuk, a obróbka skrawaniem może być właściwym rozwiązaniem przy krótkich seriach wykonywanych z materiałów, których nie opłaca się przetwarzać metodą wtrysku. Wtrysk staje się korzystniejszym rozwiązaniem wtedy, gdy znaczenie mają: powtarzalność wymiarów, krótki czas produkcji pojedynczej sztuki, stabilność parametrów kolejnych partii, możliwość zastosowania tworzyw technicznych, duża liczba identycznych detali, powtarzalność montażu, możliwość zwiększania wielkości zamówień bez zmiany technologii. Przy komponentach do sprzętu AGD, wyposażenia wnętrz, opakowań czy innych wyrobów produkowanych seryjnie istotne jest nie tylko wykonanie samego detalu. Równie ważne jest zachowanie jego wymiarów i właściwości w kolejnych partiach. Jak ocenić projekt przed zleceniem produkcji? Najwięcej błędów i dodatkowych kosztów można uniknąć jeszcze na etapie przygotowania detalu do produkcji. Przed wykonaniem formy należy przeanalizować: dokumentację 3D, planowane wielkości serii, roczne zapotrzebowanie, rodzaj tworzywa, wymagane tolerancje, oczekiwany wygląd powierzchni, sposób montażu detalu, wymagania dotyczące pakowania i dostaw. Na tym etapie można również ocenić, czy konstrukcja wymaga zmian ułatwiających produkcję. Czasami niewielka korekta grubości ścianek, promieni przejść, położenia żeber czy sposobu wykonania podcięcia pozwala uprościć konstrukcję formy, skrócić cykl lub ograniczyć ryzyko powstawania wad. Znaczenie ma również wybór pomiędzy formą jednogniadową a wielogniazdową. Forma wielogniazdowa może zwiększyć wydajność, ale jest droższa i bardziej wymagająca pod względem konstrukcyjnym. Jej zastosowanie powinno wynikać z rzeczywistego zapotrzebowania produkcyjnego. Kiedy produkcja na wtryskarkach jest opłacalnym wyborem? Technologia wtrysku jest najbardziej uzasadniona wtedy, gdy firma planuje produkcję seryjną, oczekuje wysokiej powtarzalności i zamierza przez dłuższy czas zamawiać ten sam lub bardzo podobny detal. Im większy wolumen i dłuższy okres produkcji, tym większe znaczenie ma możliwość rozłożenia kosztu formy na kolejne partie. Przed podjęciem decyzji należy jednak analizować cały projekt, a nie tylko cenę wykonania formy lub koszt pojedynczej sztuki. Dopiero zestawienie kosztów narzędzia, materiału, czasu cyklu, przewidywanego wolumenu oraz wymagań jakościowych pozwala ocenić rzeczywistą opłacalność. Azun.pl realizuje produkcję elementów z tworzyw sztucznych, wykorzystując własne zaplecze produkcyjne i narzędziowe. Realizacja przygotowania narzędzia i późniejszej produkcji przez jednego wykonawcę może ułatwić organizację projektu i ograniczyć liczbę podmiotów zaangażowanych w jego wdrożenie.