هزینه‌های پنهان پرینترهای سه‌بعدی رزینی ارزان‌قیمت

هنگام انتخاب یک پرینتر سه‌بعدی، درک تمام هزینه‌های مرتبط با سیستم برای بهینه‌سازی تخصیص منابع و به حداکثر رساندن بهره‌وری بسیار مهم است. این گزارش هزینه و تجربه کار با یک پرینتر رزینی ارزان و یک پرینتر استریولیتوگرافی (SLA) +Formlabs Form 3 را مقایسه می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه هزینه‌های پنهان بین این محصولات به طرز چشمگیری متفاوت است.

خلاصه‌ای برای مدیران

پرینت سه‌بعدی رزینی یک روش تولید جاافتاده برای دستیابی به نمونه‌سازی سریع و مقرون‌به‌صرفه، ابزارسازی سریع، تولید بر اساس تقاضا و موارد دیگر است. در حالی که قیمت پایه پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت  فقط ۶۰۰ تا ۹۰۰ دلار است، در حالی که قیمت پایه پرینتر رزینی Form 3+ عدد ۲۴۹۹ دلار است، تجزیه و تحلیل هزینه٬ها نشان می‌دهد که برای یک کسب‌وکار متوسط که ماهانه شش قطعه تولید می‌کند:

• هزینه راه‌اندازی یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت ۱۳۰ ساعت یا ۶۲۴۰ دلار در سال بیشتر از مدل +Form 3 خواهد بود.
• مدل +Form 3 در حدود: ۵۳ پرینت یا ۹ ماه کارکرد، نسبت به یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت، مقرون ‌به‌ صرفه‌تر خواهد شد.

این به دلیل برخی از مزایای کلیدی اکوسیستم Formlabs است که در جدول زیر خلاصه شده است:

مقدمه

تولید افزودنی (AM)، که با نام پرینت سه‌بعدی نیز شناخته می‌شود، ابزاری قدرتمند برای تسریع توسعه و تولید محصول در بسیاری از صنایع است. با این حال، خرید و راه‌اندازی تجهیزات AM می‌تواند برای کسب‌وکارها گران باشد. اکثر متخصصان از هزینه‌های قابل پیش‌بینی و قابل مشاهده پرینترهای سه‌بعدی آگاه هستند: هزینه‌های ماشین‌آلات، مواد و خدمات. اما چندین هزینه پنهان نیز برای بهره‌برداری از پرینترهای سه‌بعدی وجود دارد که تأثیر عمده‌ای بر کل هزینه دارند. این هزینه‌های پنهان شامل نیروی کار، دست نیافتن به محصول مناسب، عدم اطمینان از نتایج و مهلت‌های تعیین شده‌ای که به آن‌ها نرسیده‌اند که متخصصان پرمشغله برای هیچ یک از آنها وقت ندارند.

هنگام ارزیابی پرینترهای سه‌بعدی مختلف، درک این هزینه‌های پنهان به منظور صرف بودجه به طور کارآمد، افزایش بهره‌وری و دستیابی به مقرون به صرفه بودن در درازمدت بسیار مهم است. برای کمک به کشف این هزینه‌های پنهان قبل از خرید، باید چهار ویژگی کلیدی پرینتر ارزیابی شود: منحنی یادگیری، پیچیدگی گردش کار، قابلیت اطمینان پرینتر و کیفیت و عملکرد قطعه. این عوامل، زمان مورد نیاز برای پرینت یک قطعه را تعیین می‌کنند و با افزایش هزینه نیروی کار و هزینه کندتر شدن توسعه محصول یا سفارش‌های از دست رفته قطعات، بر کل هزینه مالکیت تأثیر می‌گذارند.

در طول 10 سال گذشته، پرینت سه‌بعدی رزینی (فتوپلیمریزاسیون) به یکی از راه‌حل‌های پیشرو برای تولید سریع و مقرون ‌به ‌صرفه نمونه‌های اولیه، ابزارهای کمکی تولید، ابزارسازی سریع و برخی از قطعات مصرفی تبدیل شده است. اکنون پرینترهای سه‌بعدی رزینی بیشتری نسبت به گذشته در بازار وجود دارد و انتخاب پرینتر مناسب می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. اخیراً، بخش جدیدی از پرینترهای رزینی کم‌هزینه (600 تا 900 دلار) برای علاقه‌مندان به پرینت سه‌بعدی که در خانه پرینت می‌کنند، پدیدار شده است. اکنون، کسب ‌و کارها شروع به بررسی این موضوع کرده‌اند که آیا می‌توانند با یک پرینتر رزینی کم‌هزینه در زمان و هزینه صرفه‌جویی کنند یا خیر.

پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت برای کسب‌وکارهایی که به دنبال تولید افزودنی هستند، جذاب هستند زیرا هزینه‌های قابل مشاهده آنها - پرینتر و مواد - کم است. با این حال، این پرینترها هزینه‌های پنهان بالایی دارند که تأثیر قابل توجهی بر هزینه‌های نیروی کار، گیر کردن اپراتور در عمل، بازده عملکرد قطعه، جدول زمانی توسعه محصول و در نهایت رشد کسب و کار دارد. برای متخصصان، این هزینه‌های پنهان اغلب صرفه‌جویی اولیه را در مقایسه با پرینترهای رومیزی گران‌تر، مانند +Formlabs Form 3 (2499 دلار) که هزینه‌های پنهان را با قابلیت اطمینان برتر محصول، سهولت استفاده و عملکرد مواد به حداقل می‌رساند، از بین می‌برد.

این گزارش گردش کار یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت و یک پرینتر +Form 3 را مقایسه می‌کند. سپس هزینه‌های نیروی کار و هزینه‌های فرصت از دست رفته مرتبط با هر گردش کار را ارزیابی می‌کند.

گردش کار: پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت در مقابل +Form 3

هنگام کار با یک پرینتر سه‌بعدی رزینی، چندین فعالیت وجود دارد که بر کل هزینه پرینتر تأثیر می‌گذارد: انتخاب مواد، تهیه فایل دیجیتال، راه‌اندازی سخت‌افزار و مواد، شروع و نظارت بر کار، پرینت مجدد در صورت خرابی پرینت، پردازش پس از پرینت و نگهداری. این مطالعه دو معیار اصلی را در نظر می‌گیرد: زمان لازم برای کار با پرینتر و قطعه‌ای که باید پرینت شود. مورد دوم با نرخ‌های مختلف کمی‌سازی می‌شود که بعداً در گزارش ارزیابی می‌شوند از قبیل:

• نرخ تکمیل پرینت: درصد پرینت‌هایی که هنگام خارج شدن از پرینتر از نظر حجمی تکمیل شده‌اند.
• نرخ پذیرش قطعه: درصد پرینت‌های تکمیل‌شده‌ای که الزامات مشتری را از نظر ابعادی، مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، زیست‌سازگار، پرداخت سطح و وضوح ویژگی (feature resolution) برآورده کرده‌اند.
• بازده کلی: درصد پرینت‌هایی که الزامات مشتری را برآورده کرده‌اند. می‌توان آن را به عنوان نرخ تکمیل پرینت ضربدر نرخ پذیرش قطعه در نظر گرفت.

داده‌های مورد استفاده در این گزارش از تحقیقات کیفی کاربران، مانند نظرسنجی‌ها و مصاحبه‌ها، تحقیقات بازار، انجمن‌های آنلاین و آزمایش داخلی چندین پرینتر سه‌بعدی رزینی کم‌هزینه گرفته شده است. بر این اساس، برای تخمین مراحل گردش کار و تحلیل هزینه، باید فرضیاتی در نظر گرفته می‌شد.

انتخاب مواد

اولین قدم برای تبدیل یک طرح به یک قطعه فیزیکی، انتخاب ماده پرینت سه بعدی است که به بهترین وجه با مورد استفاده مطابقت داشته باشد.

برای پرینترهای رزینی ارزان قیمت معمولاً انتخاب محدودی از مواد با خواص اولیه وجود دارند.

رزین‌های موجود عملکرد مکانیکی و حرارتی حداقلی دارند که منجر به قطعاتی می‌شوند که اغلب شکننده، از نظر ابعادی نادرست، غیر کاربردی یا ناسازگار با یکدیگر هستند. قطعه ممکن است در حین استفاده از کار بیفتد یا به سادگی مشخصات را برآورده نکند و نیاز به پرینت مجدد یا حتی برون سپاری داشته باشد. اگر این اتفاق در پروژه‌های حساس به زمان رخ دهد، خطرات از دست دادن مهلت تحویل زیاد است. این می‌تواند مانع پیشرفت تیم، کند شدن توسعه محصول و جلوگیری از استفاده شرکت از فرصت‌های تجاری جدید شود. نرخ پذیرش قطعه (نرخ قطعات پرینت شده قابل قبول) 60 تا 70 درصد تخمین زده می‌شود. اکثر رزین‌های ارزان قیمت همچنین بوهای تندی دارند که نیاز به تهویه دارند و ممکن است حاوی مواد شیمیایی خطرناک‌تری باشند.

کتابخانه رزین SLA شرکت Formlabs در حال حاضر بیش از 40 ماده پیشرفته جهت ساخت قطعات با کارایی بالا برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد. تیم ۵۰ نفره دانشمندان مواد Formlabs به طور مداوم رزین‌های جدیدی با طیف وسیعی از خواص توسعه می‌دهند: مواد با چقرمگی بالا، بادوام، مقاوم و سخت، انعطاف‌پذیر، زیست سازگار، ایمن در برابر تخلیه الکترو استاتیک (ESD)، مقاوم در برابر شعله، مقاوم در برابر دما و موارد دیگر. طبق استانداردهای کنترل کیفیت تولید پرینت Formlabs، میزان پذیرش قطعه برای Form 3+ ۹۰٪ است. این رزین‌ها با در نظر گرفتن ایمنی کاربر و حداقل بو طراحی شده‌اند.

«در تلاش من برای صرفه‌جویی در هزینه "رزین خوب" با استفاده از متن‌باز، در مقایسه با استفاده از اکوسیستم Formlabs، از نظر زمان، تنظیمات و رزین هزینه بیشتری برای من داشت.»
ویلیام تیتوس، مدیر تحقیق و توسعه در Haygor Instrument and Company, Inc

آماده‌سازی فایل پرینت

قبل از پرینت، فایل آن باید به صورت دیجیتالی آماده شود و تنظیمات پرینت در یک نرم‌افزار برش‌دهنده یا همان اسلایسر که به پرینتر دستورالعمل می‌دهد، تعریف شود. ساختارهای پشتیبان یا همان ساپورت‌ها پایه و اساس هر پرینت رزینی هستند و باید در این مرحله به آنها پرداخته شود.

میزان کردن تنظیمات پرینت

تنظیمات پرینت پارامترهای مهمی هستند که رفتار پرینتر را کنترل می‌کنند. این پارامترها شامل ارتفاع لایه، سرعت، دما، قرارگیری لایه، ساپورت‌ها و موارد دیگر می‌شوند. تنظیمات پرینت به طور مستقیم بر تکمیل پرینت، عملکرد قطعه، سرعت پرینت، کیفیت سطح و کار پس از پردازش تأثیر می‌گذارند. با فناوری پرینت سه‌بعدی رزینی، تنظیمات پرینت باید توسط کاربر تنظیم و برای هر ترکیبی از پرینتر، ماده و ارتفاع لایه بهینه شود. تنظیم، فرآیند تکراریِ تعیین مقدار برای هر پرینت، ساخت چندین مدل، ارزیابی مدل‌ها و سپس تغییر مجدد مقادیر است.

بیشتر پرینترهای رزینی ارزان قیمت از کاربر می‌خواهند که تنظیمات پرینت را خود انجام دهد. از آنجا که تولیدکننده پرینتر اغلب با تولیدکننده رزین متفاوت است، تنظیمات باید در سایت‌ها و از طریق فضای مجازی غیررسمیِ رسانه‌های اجتماعی جستجو شوند که کاری ناخوشایند و بسیار زمان‌بر است. این ناهماهنگی بین تولیدکنندگان رزین و پرینتر، عیب‌یابی را نیز دشوار می‌کند. برای هر ماده جدید، باید زمانی برای جستجوی تنظیمات مناسب، وارد کردن و تنظیم دقیق آنها در نرم‌افزار، تنظیم دستی ساپورت‌ها و همچنین انجام چندین بار پرینت برای رسیدن به نتیجه درست اختصاص داده شود. این یک فرآیند آزمون و خطا است که به راحتی می‌تواند تا چند ساعت یا حتی چند روز برای پرینت مجدد طول بکشد. 

تنظیمات پرینت Formlabs از پیش تعریف شده و برای هر رزین بهینه شده‌اند. تمام مواد Formlabs توسط تیمی متشکل از بیش از 50 دانشمند مواد و 30 مهندس بهینه‌سازی تنظیمات، به صورت داخلی برای پرینتر ساخته می‌شوند. تنظیمات پرینت بهینه شده‌اند تا به طور مداوم خواص دقیق مواد ذکر شده در برگه اطلاعات فنی را با تعادل مناسب بین کیفیت پرینت، خواص قطعه، نرخ تکمیل پرینت و سرعت پرینت ارائه دهند. ساپورت‌ها برای هر رزین تنظیم می‌شوند و ساختاری بسیار قابل اعتماد و سبک را ارائه می‌دهند. پروفایل‌های دقیق پس پخت برای اطمینان از خواص هر رزین مشخص تعبیه می‌شود. این امر نه تنها باعث صرفه‌جویی در زمان راه‌اندازی پرینت می‌شود، بلکه کیفیت قطعه، تکرارپذیری و دقت ابعادی را نیز تضمین می‌کند. کاربران در صورت نیاز می‌توانند تنظیمات پرینت را نیز خود انجام دهند.

«ابعاد قطعاتی که [از پرینتر رزینی ارزان قیمت] بیرون آمدند دقیق نبودند، بنابراین ما در نهایت CAD را تغییر دادیم تا قطعات بتوانند جا بگیرند و این اصلاً رضایت‌بخش نبود. اکنون که از پرینتر Formlabs استفاده می‌کنیم، می‌توانیم قطعاتی را طراحی کنیم که یک دهم میلی‌متر هستند و دقت بسیار خوبی دارند.»

 (Dutch Defence Miniatures, modelmakers)

استفاده از نرم‌افزار اسلایسر(Slicer)

بیشتر پرینترهای ارزان قیمت از نرم‌افزارهای پیچیده اسلایسر متفرقه استفاده می‌کنند. آنها برای شروع پرینت به چندین مرحله نیاز دارند و اغلب مشکلات ناسازگاری ایجاد می‌شود. علاوه بر این، کاربران اغلب برای دسترسی به ویژگی‌های پیشرفته‌تر این اسلایسرها باید هزینه پرداخت کنند. 

نرم‌افزار رایگان و آسان  PreForm، مربوط به شرکت Formlabs آماده‌سازی فایل پرینت را خودکار می‌کند. این نرم‌افزار به لطف یک کتابخانه داخلی از پروفایل‌هایی برای مواد مختلف، طرح‌بندی، جهت‌گیری، ساپورت‌ها و سایر تنظیمات پرینت را انجام می‌دهد. بین وارد کردن یک مدل CAD تا شروع کار، پنج کلیک فاصله وجود دارد، همچنین حالت پرینت "One-Click" وجود دارد که جهت قطعه را تعیین کرده و ساپورت‌ها را اعمال می‌کند. آماده‌سازی یک فایل پرینت برای Form 3+ کمتر از 10 دقیقه طول می‌کشد که با چند بار تمرین می‌توان آن را به چند دقیقه کاهش داد.

تنظیمات پرینتر و مواد

قبل از پرینت، پرینتر باید تنظیم شود و مخزن مواد و رزین روی پرینتر نصب شود. همه رزین‌های پرینت سه‌بعدی مواد شیمیایی چسبناک هستند؛ هنگام کار با رزین مایع یا سطوح روکش‌شده با رزین باید از دستکش استفاده شود.

جابجایی مواد با پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت یک فرآیند دستی و کثیف است. کاربران باید مخزن رزین (vat) را به صورت دستی از یک بطری پر کنند و سطح سکوی ساخت (build platform) را برای هر 10 بار پرینت کالیبره کنند. از آنجا که مخازن (vat) اغلب با دیواره‌های کوتاه طراحی می‌شوند، حمل و نصب آنها بدون ریختن رزین دشوار است و معمولاً در حین نصب یا برداشتن مخزن مقداری از رزین به بیرون می ریزد. در این صورت، رزین می‌تواند برخی از سطوح نوری حیاتی پرینتر را که باید کاملاً تمیز شوند، بپوشاند. برای تعویض مخزن رزین یا تمیز کردن آن پس از خرابی پرینت، کاربران باید با باز کردن چندین پیچ از مخزن، فیلم مخزن را تعویض کنند. این مراحل کوچک به تجربه کاربری ضعیف منجر می‌شود و زمان راه‌اندازی و خطر آسیب سخت‌افزاری را افزایش می‌دهد.

اکوسیستم Formlabs برای جابجایی ایمن و آسان مواد طراحی شده است. به طور متوسط، به لطف ویژگی‌های خاص، آماده‌سازی یک پرینتر Form 3+ برای پرینت جدید کمتر از 5 دقیقه طول می‌کشد:

• پرینت مداوم بدون تعامل کاربر که توسط سیستم‌های توزیع رزین فعال می‌شود و به طور خودکار میزان رزین موجود در مخزن را کنترل کرده و در صورت نیاز رزین را توزیع می‌کند.
• تعویض سریع و تمیز رزین از طریق یک سیستم مخزن نوآورانه که گردش کار چند ماده‌ای را بهینه می‌کند.
• حداقل نشت رزین از مخازن به دلیل طراحی آنها با دیواره‌های بلند.
• هشدارهای پیشگیرانه تغییر مخزن: همه مخازن رزین پرینت سه‌بعدی عمر محدودی دارند. پرینتر Form 3+ استفاده از مخزن رزین را کنترل می‌کند و هنگام نزدیک شدن به حد مجاز عمر توصیه شده، به کاربر هشدار می‌دهد. 
• فیلم محافظ مخزن: مخازن Formlabs به لطف فیلم دو لایه که از کف در برابر خراش و آسیب در حین جابجایی و نگهداری محافظت می‌کند، طول عمر بیشتری دارند. اما مخازن رزینی ارزان قیمت دارای یک لایه فیلم FEP هستند که یک پلاستیک نرم است و مستعد خراش و آسیب است.

مدیریت پرینت

پرینترهای رزینی ارزان قیمت معمولاً هیچ راه حلی برای اتوماسیون گردش کار یا پرینت از راه دور ارائه نمی‌دهند و یا به راحتی مقیاس‌پذیر (scalable) نیستند. در عوض Formlabs پرینت از راه دور، مدیریت ناوگان پیشرفته و راه‌حل‌های اتوماسیون را ارائه می‌دهد. اکوسیستم Formlabs با پیاده‌سازی یک مزرعه پرینت و سایر راه‌حل‌های کارخانه‌ای، به راحتی قابل مقیاس‌بندی برای مطابقت با نیازهای تولید است. سخت‌افزار Form Auto  یک افزونه سخت‌افزاری است که به طور خودکار قطعات تکمیل شده را از پلتفرم ساخت خارج کرده و پرینت بعدی را بدون نیاز به تعامل اپراتور آغاز می‌کند و امکان پرینت سه بعدی 24 ساعته و 7 روز هفته را فراهم می‌کند. 

«در MakerSpaceUSNA ما هر ساله به صدها کاربر در مورد بسته‌های نرم‌افزاری متعدد از جمله بسته‌های نرم‌افزاری OEM ، برنامه‌های مبتنی بر وب و برنامه‌های اسلایسر عمومی آموزش می‌دهیم. از بین همه اینها، PreForm از Formlabs ترکیبی منحصر به فرد از یکی از قوی‌ترین و در عین حال شهودی‌ترین بسته‌ها برای استفاده است. علاوه بر این، ما واقعاً استفاده از Dashboard را برای کاربران خود پذیرفته‌ایم که به ما به عنوان مدیران و دانشجویان ما به عنوان کاربران، بینش فوق‌العاده‌ای در مورد ناوگان پرینترهای Formlabs ما می‌دهد. با PreForm و Dashboard، ناوگان پرینترهای استریولیتوگرافی ما از هر سیستم پرینت دیگری که استفاده می‌کنیم، مقیاس‌پذیرتر و قابل مدیریت‌تر است.»
کاپیتان برد بیکر، آکادمی نیروی دریایی ایالات متحده.

تکمیل پرینت

خرابی‌های پرینت اتفاق می‌افتند و نشان‌دهنده مقدار قابل توجهی اتلاف زمان و مواد برای پرینت مجدد هستند.

پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت معمولاً نرخ تکمیل پرینت ۶۰ تا ۷۰ درصدی دارند. این امر باعث تأخیر در پروژه به دلیل خرابی‌های غیرمنتظره، ضایعات رزین ناشی از پرینت‌های ناموفق، هزینه‌های اضافی نیروی کار ناشی از پرینت‌های مجدد و نگرانی از عدم آگاهی از آنچه پس از فشار دادن دکمه «پرینت» اتفاق می‌افتد، می‌شود. تنظیم پرینتر می‌تواند نرخ تکمیل پرینت را افزایش دهد، اما نیاز به زمان و آزمایش دارد. برخی از علل رایج خرابی پرینت با پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت عبارتند از:

• عدم وجود سیستم‌های گرمایشی برای حفظ دمای رزین به طور مداوم در سراسر مخزن رزین و پرینت. نوسانات دمای رزین می‌تواند باعث نقص‌های غیرمنتظره، مشکلات دقت ابعادی و خرابی‌های پرینت شود.
• مکش فیلم مخزن رزین روی شیشه بالای ماژول نوری که باعث ایجاد نیروهای جداکننده زیادی (high peel forces) می‌شود که می‌تواند به لایه‌های پرینت شده آسیب برساند.
• تنظیمات پرینت تنظیم و صحه‌گذاری نشده‌اند و لذا برای مواد و هندسه‌های مختلف قابل اطمینان نیستند.
• عدم وجود حسگر برای تشخیص و جلوگیری از حالت‌های خرابی رایج. 

پرینتر Form 3+ نرخ تکمیل پرینت ۹۴٪ را در همان ابتدا ارائه می‌دهد، که توسط مشتریان در ده‌ها میلیون پرینت گزارش شده است. این به لطف برخی از ویژگی‌های کلیدی Form 3+ حاصل شده است:

• گرم‌کن‌های داخلی دما را کنترل می‌کنند و رزین و محفظه پرینت را دقیقاً تا ۳۵ درجه سانتیگراد گرم می‌کنند. دمای رزین و قطعه، صرف نظر از دمای محیط، همیشه ثابت است. این امر باعث ایجاد دقت ابعادی تکرارپذیر عالی، نرخ تکمیل پرینت بالا و کیفیت خوب قطعه می‌شود.
• فناوری ثبت اختراع شده‌ی Formlabs با نام ‌لیتروگرافی با نیروی کم (LFS)، نیروهای جداکننده (peel forces) را در حین پرینت به حداقل می‌رساند تا احتمال آسیب دیدن لایه‌ها کاهش یابد.
• Formlabs به طور مداوم تنظیمات پرینت را کنترل و صحه‌گذاری می‌کند و نسخه‌های به‌روز شده‌ی نرم‌افزار و فِرم‌وِر را مرتباً منتشر می‌کند.
• حسگرها حالت‌های خرابی رایج را تشخیص داده و به کاربر هشدار می‌دهند تا زمان و مواد تلف شده را به حداقل برسانند. آن‌ها وجود پلتفرم ساخت، مقدار رزین موجود در مخزن، دمای رزین و بقایای احتمالا باقی مانده روی پلتفرم ساخت که می‌توانند فیلم مخزن را سوراخ کنند، کنترل می‌کنند.

نظارت بر پرینت

خرابی پرینت می‌تواند با هر تجهیزات پرینت سه‌بعدی اتفاق بیفتد. توانایی کنترل خرابی پرینت و واکنش سریع به صرفه‌جویی در زمان و مواد و حفظ سخت‌افزار در شرایط مناسب کمک می‌کند.

بیشتر پرینترهای ارزان‌قیمت نیاز به نظارت فیزیکی بر پرینت دارند. وضعیت پرینت به صورت حضوری کنترل می‌شود و مخزن در حین پرینت، زمانی که خالی است، به صورت دستی پر می‌شود. به دلیل نرخ تکمیل پرینت پایین‌تر، نظارت بر پرینت به ویژه در پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت ضروری است. کاربر باید حداقل ۱۵ دقیقه برای شروع و کنترل پرینت برنامه‌ریزی کند.

داشبورد Formlabs به اپراتورها اجازه می‌دهد تا کارها را از هر مکان و هر زمان شروع و نظارت کنند. داشبورد امکان مدیریت آنلاین چندین پرینتر، مواد و تیم‌ها را فراهم می‌کند. سپس، در حین پرینت، به لطف سیستم‌های توزیع خودکار رزین پر می‌شود. یک پرینت معمولی نیازی به هیچ گونه تعامل با کاربر ندارد که این امر روند کار را سرعت می‌بخشد، امکان پرینت قطعات بزرگتر را فراهم می‌کند و در کل رابط کاربری بهتری ارائه می‌دهد.

پس‌پردازش

تمام فناوری‌های پرینت سه‌بعدی رزینی نیاز دارند که قطعه پس از پرینت شسته و پس‌‌پخت (post cure) شود. از آنجا که پرینترهای رزینی قطعات را با ساپورت می‌سازند، پس از آن باید این ساپورت‌ها برداشته شده و سنباده زده شوند تا لکه‌های باقیمانده از جای آنها از بین بروند.

بیشتر پرینترهای ارزان‌قیمت، ساپورت‌هایی با نوک‌های بزرگ و ساختارهای متراکم می‌سازند. این کار زمان سنباده‌زنی را افزایش می‌دهد، کیفیت سطح را کاهش می‌دهد و زمان پس‌پردازش را حداقل به ۲۵ دقیقه می‌رساند.

Formlabs به لطف راه‌حل‌های خودکار، Form Wash و Form Cure و تنظیمات پیش تنظیم‌شده برای ساپورت، پس‌پردازش را ساده کرده است. بسته به قطعه، این مرحله را می‌توان در کمتر از ۱۰ دقیقه با اکوسیستم Formlabs انجام داد. برای دستیابی به این هدف، Formlabs پارامترهای دقیق پس‌پردازش را به عنوان بخشی از توسعه مواد توسعه می‌دهد:

• فن‌آوری ساپورت‌های لایت تاچ (Light touch) فرم‌لبز با تنظیمات از پیش تعیین‌شده برای مواد مختلف منجر به تشکیل ساپورت‌هایی می‌شوند که کندن آن‌ها بسیار آسان است و اثر کمی روی کیفیت سطح می‌گذارند. 
• Form Wash به طور خودکار قطعات را مستقیماً روی پلتفرم ساخت تمیز می‌کند تا از هرگونه تماس با رزین جلوگیری شود و Formlabs زمان شستشوی بهینه را برای هر ماده توصیه می‌کند.
• پروفایل‌های پس‌پخت Form Cure از ترکیبی از نور، گرما و زمان برای رساندن قطعات به حداکثر خواص مکانیکی خود و تضمین تکرارپذیری استفاده می‌کنند.

نگهداری و خدمات

اختلال در گردش کار و عیب‌یابی از نگرانی‌های رایج در هنگام پیاده‌سازی فناوری جدیدی مانند ساخت افزودنی (AM) است.

بیشتر پرینترهای ارزان‌قیمت با حداقل پشتیبانی مشتری ارائه می‌شوند. با توجه به قیمت پایین آنها، پشتیبانی کمی برای مشتریان به جز خدمات سلف سرویس آنلاین ارائه می‌شود یا اصلاً پشتیبانی ارائه نمی‌شود. پایگاه‌های دانش تولیدکنندگان محدود است و اغلب مشتریان برای رفع اشکال پرینترهای خود باید به گروه‌ها و مجموعه‌هایی که کاربران برای رفع اشکال خود ایجاد کرده‌اند تکیه کنند. موجودی قطعات جایگزین کم است و زمان تحویل طولانی دارد که منجر به خرابی و خواب طولانی دستگاه می‌شود. ماژول‌های نوری وقتی در اثر ریختن رزین آسیب می‌بینند، ترک می‌خورند یا به پایان عمر خود می‌رسند و نیاز به تعویض دارند. اکثر کاربران شخصی به اندازه‌ای پرینت نمی‌کنند که نیاز به تعویض داشته باشند، در حالی که یک پرینت تجاری که چندین بار در هفته پرینت می‌کند ممکن است نیاز به تعویض سالانه داشته باشد.

شرکت Formlabs با یک تیم متخصص سریع و محلی، بهترین خدمات را ارائه می‌دهد. پرینتر Form 3+ ردیابی پایان عمر قطعات و ماژول‌های نوری بادوام را برای کاهش زمان خرابی دستگاه تعبیه کرده است. یک پایگاه دانش گسترده برای تسهیل عیب‌یابی در دسترس است. برای هر پرینتر یک سال گارانتی محدود ارائه می‌شود که شامل تعویض قطعات و پشتیبانی ایمیلی می‌شود. طرح خدمات حرفه‌ای (Pro Service Plan) را می‌توان برای گسترش پوشش با آموزش زنده، ایمیل اولویت‌دار، پشتیبانی تلفنی، گارانتی تمدید شده و تعویض سریع پرینتر یا قطعات حیاتی برای تضمین زمان کارکرد مداوم خریداری کرد.

علاوه بر خدمات مشتریان، چندین تیم تخصصی Formlabs برای کمک به شرکت‌ها در پذیرش و رشد قابلیت‌های AM خود در دسترس هستند. تیم فروش به شناسایی و توسعه موارد استفاده کمک می‌کند، توسعه کسب و کار، مشارکت‌ها و راه‌حل‌های کارخانه‌ای را برای تولید ایجاد می‌کند، و در مورد کاربردهای پرینت سه‌بعدی آموزش می‌دهد. علاوه بر این، موفقیت مشتری، ارزش مداوم محصولات Formlabs و همچنین یکپارچگی محصول را تضمین می‌کند و هرگونه الگوی شکست را بررسی کرده و از طریق نرم‌افزار، اصلاحات را ارائه می‌دهد.

«ما واقعاً از پشتیبانی فنی که از Formlabs دریافت می‌کنیم راضی هستیم، خدمات عالی است. پاسخ‌ها سریع و مفید هستند و وقتی مشکلی داشتیم که خودمان نمی‌توانستیم آن را حل کنیم، توانستیم به عنوان بخشی از عضویت در طرح خدمات حرفه‌ای خود، یک پرینتر هات سواپ تهیه کنیم.»
کالس وایلد، مدیر JR Design + Fabrication

تحلیل هزینه

بخش قبلی به تفصیل توضیح می‌دهد که چگونه پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت، گردش کار پیچیده‌تری با منحنی‌های یادگیری طولانی‌تر، قابلیت اطمینان پایین‌تر و عملکرد قطعه پایین‌تر در مقایسه با پرینتر Form 3+ دارند. در اینجا چگونگی تبدیل این بده‌بستان‌ها به افزایش ضایعات مواد مصرفی و هزینه‌های نیروی کار را تحلیل می‌کنیم.

مدل زیر از قیمت محصولات Formlabs و قیمت یک برند محبوب پرینتر رزینی ارزان‌قیمت استفاده می‌کند. از داده‌های جمع‌آوری‌شده از ده‌ها میلیون پرینت Form 3+  فرض می‌شود که یک کاربر به‌طور متوسط ۶ پرینت در ماه با ۱۰۰ میلی‌لیتر رزین در هر بار پرینت می‌کند. برای سادگی، تخمین می‌زند که یک پرینت، یک قطعه را می‌سازد. برای ساخت این مدل هزینه، Formlabs از اطلاعات تحقیقات کیفی کاربر (نظرسنجی‌ها و مصاحبه‌ها)، گروه‌های آنلاین و آزمایش داخلی چندین پرینتر رزینی ارزان‌قیمت استفاده کرده است. برخی از فرضیات بر اساس بازخورد کاربر و تحقیقات بازار انجام شد.

محاسبه هزینه نیروی کار: جداول و نمودارهای زیر، تجزیه و تحلیل تخمینی از زمان نیروی کار مورد نیاز برای هر مرحله از گردش کار را نشان می‌دهد.

*زمان کار به ازای هر قطعه سالم = (میانگین وزنی زمان کار به ازای هر پرینت) / (بازده کلی)

برای پرینت قابل قبول یک قطعه، Form 3+ در مقایسه با یک پرینتر رزینی ارزان قیمت، حدود ۱۰۹ دقیقه (۱.۸ ساعت) در زمان کاربر صرفه‌جویی می‌کند. با فرض هزینه کار ساعتی ۴۸ دلار در ساعت برای یک مهندس مکانیک (طبق دفتر آمار کار ایالات متحده)، این نشان‌دهنده ۸۷ دلار کاهش هزینه کار برای هر قطعه است.

محاسبه هزینه مواد: در حالی که رزین‌های ارزان‌قیمت محبوب حدود ۴۴ دلار در هر لیتر قیمت دارند، رزین‌های استاندارد Formlabs  ۱۴۹ دلار در هر لیتر قیمت دارند که باید در تحلیل هزینه منعکس شود. برای ۱۰۰ میلی‌لیتر رزین در هر پرینت، شامل رزین هدر رفته از طریق پرینت و خرابی قطعات، رزین‌های Formlabs حدود ۸ دلار در هر قطعه بیشتر از رزین‌های ارزان‌قیمت هزینه دارند.

محاسبه هزینه موارد مصرفی: مخازن رزین، از جمله موارد مصرفی برای همه پرینترهای سه‌بعدی رزینی هستند. مخزن رزین Form 3+ 149 دلار قیمت دارد و باید هر ۶ ماه یکبار تعویض شود، در حالی که مخازن یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت محبوب ۱۷ دلار قیمت دارد و باید هر ۳ ماه یکبار تعویض شود. با در نظر گرفتن خرابی پرینت و قطعه، مخازن رزین Formlabs حدود ۳ دلار در هر قطعه بیشتر از مخازن رزین ارزان‌قیمت هزینه دارند.

تحلیل هزینه-فایده: پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت حدود ۸۴۸ دلار، با کیت شستشو و خشک‌کن، قیمت دارند. این تحلیل بر اساس هزینه بسته کامل Form 3+، ۴۲۴۹ دلار، انجام شده است که شامل تجهیزات پس از پردازش، لوازم جانبی و طرح خدمات حرفه‌ای می‌شود. کسب‌وکارها با خرید یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت، حدود ۳۴۰۱ دلار در هزینه‌های اولیه صرفه‌جویی می‌کنند.

همانطور که در بالا نشان داده شده است، پرینت سه‌بعدی با پرینتر Form 3+ در مقایسه با پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت، با در نظر گرفتن هزینه‌های نیروی کار، مواد و موارد مصرفی دیگر، امکان صرفه‌جویی ۷۶ دلاری در هر کار پرینت را فراهم می‌کند. این تفاوت قابل توجه در هزینه‌های عملیاتی، تفاوت در هزینه‌های اولیه را به سرعت جبران می‌کند.
هزینه اولیه Form 3+ پس از ۵۳ پرینت یا ۹ ماه استفاده، یعنی پرینت ۶ کار در ماه، مستهلک می‌شود. پس از این آستانه، Form 3+ نسبت به یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت، مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌شود. 

هزینه‌های تجاری پرینترهای سه‌بعدی غیرقابل اعتماد 

بخش قبلی نشان می‌دهد که چگونه استفاده از یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت به دلیل گردش کار پیچیده، منحنی یادگیری طولانی، غیرقابل اعتماد بودن پرینتر و عملکرد ضعیف قطعه، هزینه‌های نیروی کار را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد. اما هزینه غیرقابل اعتماد بودن سخت‌افزار بسیار فراتر از نیروی کار و نگهداری است؛ این امر بهره‌وری، فرصت‌های درآمدی، رضایت مشتری و اعتبار برند را تغییر می‌دهد.

زمان تلف‌شده فقط نیروی کار تلف‌شده نیست. هنگام استفاده از یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت، احتمال خرابی پرینت یا خرابی قطعه زیاد است. از آنجا که رزین‌های ارزان‌قیمت فقط خواص اولیه مواد را دارند، حتی اگر پرینت تکمیل شود، پیش‌بینی اینکه آیا قطعه در زمان استفاده کار خواهد کرد یا خیر، دشوار است. اگر پرینت‌ها یا قطعات در طول پروژه‌های حساس به زمان خراب شوند، خطرات از دست دادن مهلت‌های لازم برای توسعه محصول یا سفارشات مشتری بیشتر است و عواقب آن پرهزینه است.

هنگامی که یک مهلت ساخت به طور غیرمنتظره از دست می‌رود یا یک قطعه در حین استفاده خراب می‌شود، می‌تواند تأثیرات آبشاری بر یک کسب‌وکار داشته باشد. برای مثال، برای یک شرکت لوازم الکترونیکی مصرفی که محصولات خود را با یک برنامه زمانی فشرده سالانه عرضه می‌کند، یک مهلت از دست رفته یا قطعه معیوب می‌تواند مانع از مرحله نمونه‌سازی اولیه، ساخت پیش‌تولید یا آزمایش اعتبارسنجی شود. این امر به طور بالقوه توسعه و راه‌اندازی محصول را کند می‌کند. برای یک شرکت طراحی محصول که قطعات پرینت سه‌بعدی را به مشتریان خود تحویل می‌دهد، یک مهلت از دست رفته یا قطعه معیوب منجر به تأخیر در سفارش، نارضایتی مشتریان و از دست دادن درآمد می‌شود.

برای یک کسب و کار نوآور که نیاز به انطباق سریع با تقاضای مشتری دارد، انعطاف‌پذیری کلیدی است. توانایی پرینت سه بعدی قطعات بر اساس تقاضا به سرعت و به طور مداوم، بهره‌وری را افزایش می‌دهد، نوآوری را تشویق می‌کند و بازارهای جدیدی را باز می‌کند. اما استفاده از تجهیزات قابل اعتماد برای ثبات بسیار مهم است. در حالی که پرینترهای رزینی ارزان قیمت مقرون به صرفه هستند، اما به اندازه کافی قابل اعتماد نیستند تا در رشد و موفقیت یک کسب و کار سهیم باشند. این موضوع برای کسب و کارهایی که قطعات پرینت سه بعدی می‌فروشند، جایی که درآمد مستقیماً به بازده وابسته است، حتی مهم‌تر است. برای نشان دادن هزینه قابلیت اطمینان، فرض کنید درآمد هر قطعه ۱۰۰ دلار باشد. Form 3+، ۱۰۰ قطعه مورد قبول مشتری و ۱۰۰۰۰ دلار درآمد برای ۴۳ ساعت کار تولید می‌کند. در زمان کار مشابه، یک پرینتر کم‌هزینه فقط ۱۹ قطعه مورد قبول مشتری و ۱۹۰۰ دلار درآمد تولید می‌کند. Form 3+، ۵.۲ برابر بیشتر از یک پرینتر رزینی کم‌هزینه ارزش ایجاد می‌کند.

«برای کاربردهای مهندسی، وقتی نیاز به آزمایش مواردی دارید و فقط یک فرصت دارید نمی‌توانید آن نوع اطلاعات را با پرینترهای متفرقه به راحتی به دست آورید.» 
ویلیام تیتوس، مدیر تحقیق و توسعه در شرکت Haygor Instrument and Company, Inc

نتیجه‌گیری

در این گزارش هزینه‌های پنهان مرتبط با استفاده از پرینتر Formlabs Form 3+ و پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت محبوب را که به عنوان سیستم‌هایی با محدوده قیمت بین ۶۰۰ تا ۹۰۰ دلار تعریف می‌شوند، ارزیابی شده‌اند.

این هزینه‌های پنهان به عنوان زمان اضافی، نیروی کار و فرصت‌های از دست رفته شناسایی می‌شوند. این هزینه‌ها تحت تأثیر منحنی یادگیری، پیچیدگی گردش کار، قابلیت اطمینان پرینتر و کیفیت و عملکرد قطعات پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت قرار می‌گیرند. Formlabs سرمایه‌گذاری زیادی در تحقیق و توسعه برای بهبود قابلیت اطمینان و سهولت استفاده انجام می‌دهد که در قیمت خرید منعکس می‌شود، در حالی که پرینترهای رزینی ارزان‌قیمت دارای گردش کار پیچیده، پرکار و غیرقابل اعتمادی هستند.

تحلیل هزینه از این گزارش نشان می‌دهد که یک کسب‌وکار که ۶ قطعه در ماه تولید می‌کند، باید انتظار داشته باشد که سالانه ۱۳۰ ساعت (یا ۶۲۴۰ دلار) بیشتر برای راه‌اندازی یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت صرف کند. Form 3+ پس از حدود ۵۳ پرینت یا ۹ ماه کارکرد، از یک پرینتر رزینی ارزان‌قیمت مقرون‌به‌صرفه‌تر خواهد شد در حالی که قطعات عملکرد بهتری خواهند داشت. Form 3+ نه تنها با ساده‌سازی گردش کار پرینت سه‌بعدی رزین، هزینه‌های نیروی کار را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه قطعات با کارایی بالا را نیز همیشه و به موقع تولید می‌کند.

انتخاب تجهیزات مناسب می‌تواند یکی از دشوارترین بخش‌های ساخت قطعات باشد. اگر شما یک فردی علاقه‌مند و دارای زمان کافی برای آزمایش هستید، پرینترهای رزینی کم‌هزینه راه‌حل خوبی برای شما هستند.
اما اگر شما یک فرد حرفه‌ای هستید که مرتباً در محل کار خود پرینت سه‌بعدی انجام می‌دهید، Form 3+ را انتخاب کنید.
اکوسیستم پرینت Formlabs به گونه‌ای طراحی شده است که قطعات با کیفیت بالا و کاربردی را هر زمان که به آنها نیاز دارید، ارائه دهد. Form 3+ وقت، انرژی یا پول شما را هدر نمی‌دهد - به شما این امکان را می‌دهد که روی آنچه که بیشترین اهمیت را دارد تمرکز کنید و ایده‌های خود را به واقعیت تبدیل کنید.