Jak obniżyć koszt produkcji elementów z tworzyw sztucznych?

1 stycznia 2022

Skrót poruszanych tematów

Podczas współpracy z naszymi klientami zauważyliśmy, że koszt produkcji jest najważniejszym, lub jednym z ważniejszych czynników przy zlecaniu wykonania wyrobów z tworzyw sztucznych.

Z tego powodu zdecydowaliśmy się napisać artykuł o ogólnych zasadach, którymi się kierujemy, aby obniżyć koszt produkcji elementów z tworzyw sztucznych.

Należy oczywiście pamiętać, że każdy projekt jest inny. Dlatego w Plastipol zapewniamy konsultację technologia, który pomoże dostosować technologię wykonania elementów tak, by uzyskana cena była jak najniższa, przy zachowaniu odpowiednich właściwości użytkowych i estetycznych.

Z czego wynika cena?

Aby rozmawiać o obniżeniu kosztów należy przede wszystkim wiedzieć jakie czynniki wpływają na cenę detali z tworzyw sztucznych.

Koszt materiału

Koszt materiału jest najczęściej głównym czynnikiem wpływającym na cenę. Chodzi zarówno o masę samego gotowego wyrobu, jak i pewne straty materiałowe wynikające z procesu produkcyjnego. Między różnymi tworzywami sztucznymi są znaczące różnice zarówno w cenie jak i właściwościach, dlatego dobór odpowiedniego materiału jest najczęściej najważniejszym wyzwaniem.

Koszt wykonania

Koszty wykonania detali z tworzyw sztucznych dzielą się na:

a) technologiczne

Są to pewne parametry takie jak czas cyklu, pełne lub częściowe wykorzystanie pola roboczego czy inne parametry procesu produkcyjnego

b) nietechnologiczne

Są to m.in. koszty energii, amortyzacja maszyn, koszty pracy ludzkiej, koszty montażu itd.

Jak obniżyć koszty – informacje dotyczące wszystkich technologii.

Każda technologia produkcyjna cechuje się zupełnie innymi cechami, zatem zarówno materiał wejściowy jak i parametry procesu są zupełnie inne. Dla każdej z nich różne czynniki mają największy wpływ na końcową cenę. Mimo wszystko można wytypować kilka ogólnych zasad dotyczących wszystkich technologii, które mają wpływ na obniżenie kosztów produkcji.

Nie czekaj – skonsultuj swój projekt

Obniżenie kosztów materiału

Cena materiału jest bardzo istotnym czynnikiem w porównaniu do kosztu gotowego wyrobu. Z tego względu przy każdym wdrożeniu należy się pochylić nad tematem ilości użytego tworzywa. Obniżenie kosztów można uzyskać w następujący sposób

Obniżenie masy wyrobu

Pierwszym aspektem, który przychodzi do głowy jest to, aby gotowy wyrób miał mniejszą masę, przez co będzie mniej użytego tworzywa. Należy jednak pamiętać, że może mieć to wpływ na wytrzymałość. Dlatego najważniejsza zasada brzmi – należy detal odchudzić tak bardzo, jak to tylko możliwe, ale nie bardziej. Aby to osiągnąć, w Plastipol przeprowadzamy obliczenia wytrzymałościowe (m.in. MES), które pozwalają optymalizować projekt tak, aby jego masa była jak najniższa.

 

Masę można obniżyć poprzez zmianę geometrii wewnętrznej lub zewnętrznej, m.in. dodanie żebra, komory, miejscowego usztywnienia bądź dodanie dodatkowej geometrii na zewnątrz, np. w miejscach gdzie potrzebujemy wzmocnić detal.

Bardzo często stosuje się taką metodę, że wytwarzamy cieńszy detal, ale jest od miejscowo wzmocniony, np. za pomocą kołnierza.

Zastosowanie odpowiedniego materiału

We wszystkich technologiach istnieje duży wybór tworzyw sztucznych możliwych do zastosowania. Materiały te mają różne właściwości, a także cenę. Kluczem przy obniżeniu kosztów produkcji jest zastosowanie możliwie najtańszego materiału który cechuje się wystarczającymi właściwościami użytkowymi i estetycznymi. Ponadto istnieje kilka sposobów, które warto sprawdzić, bo mogą obniżyć koszty produkcji:

– zastosowanie dodatków do materiałów, które mogą poprawić właściwości gotowych wyrobów (np. zwiększyć wytrzymałość na UV)

– użycie tworzywa wtórnego (regranulat)

– zmniejszenie masy poprzez zastosowanie materiału o lepszych właściwościach

Standardowa zamiana ABS’u na HIPS przy wyrobach nie narażonych na warunki atmosferyczne (zastosowanie wewnętrzne).
Rys. 2 Standardowa zamiana ABS’u na HIPS przy wyrobach nie narażonych na warunki atmosferyczne (zastosowanie wewnętrzne).

Odpad

Podczas produkcji zawsze pewna część materiału będzie odpadem i jest to spowodowane aspektami technologicznymi, jak odpowiednie rozprowadzenie materiału. Duży wpływ ma również zastosowany materiał wejściowy, przykładowo wielkość arkusza. Zmniejszenie odpadów ma duży wpływ na obniżenie kosztu produkcji.

Zastosowanie gotowych rozwiązań, aby uniknąć obróbki wykończeniowej

Przy dużych seriach produkcyjnych często stosowaną praktyką jest eliminacja bądź ograniczanie obróbki wykończeniowej. Osiągamy to przykładowo poprzez wykonanie gwintów na formie, przez co nie trzeba ich wykonywać w osobnym procesie.

Należy wziąć pod uwagę, iż cena formy zazwyczaj będzie wyższa, przez co nie zawsze będzie to opłacalne.

Nie czekaj – skonsultuj swój projekt

Jak obniżyć koszty – wtryskiwanie.

W technologii wtryskiwania najczęściej wykonuje się duże serie produkcyjne. Jakość gotowych wyrobów musi być dobrana do zastosowania. Najważniejsze jest, aby gotowy produkt spełniał wymagania estetyczne i wytrzymałościowe. Nie należy jednak przesadzić w drugą stronę, tj. wykonać „za dobrych” produktów, gdyż ich cena będzie wyższa.

Obniżenie kosztów produkcji możemy uzyskać poprzez:

obniżenie czasu cyklu. Kluczowy jest projekt formy oraz dobranie gorącego/zimnego kanału. Gdy wymagane są ciasne tolerancje należy stosować gorący kanał, gdy dokładność nie jest aż tak istotna to zimny.

gniazdowość formy. Większa liczba gniazd oznacza wyższy koszt formy natomiast niższy koszt detalu. Kluczem jest tutaj odpowiednie wyważenie.

dobry design formy. Istotna jest minimalizacja odpadu, który występuje zawsze, gdyż należy odpowiednio rozprowadzić materiał w formie podczas procesu wtryskiwania.

zwiększenie żywotności formy. Uzyskujemy ją poprzez utechnologicznienie detalu, m.in. zaokrąglenia krawędzi. Sprawi to, że zarówno koszt formy będzie niższy, jak i będzie można na niej wyprodukować więcej detali.

uproszczenie detalu tak bardzo jak tylko można, tak, aby np. nie trzeba było stosować suwaków w formie.

Rys. 3 Wielogniazdowa forma wtryskowa

Jak obniżyć koszty – odlewanie rotacyjne.

W technologii odlewania rotacyjnego najczęściej wykonuje się wielkogabarytowe elementy z tworzyw sztucznych. Obniżenie kosztów produkcji możemy uzyskać poprzez:

unikanie skomplikowanych kształtów, co pozwoli na użycie formy stalowej, a nie aluminiowej (która jest dużo droższa)

dobór odpowiedniej gniazdowości firmy

unikanie trudnych geometrii, np. wewnętrznych gwintów, a zastosowanie prostszych rozwiązań, m.in. otworu na kłódkę lub połączenia bagnetowe

Rys. 4 Zastosowane połączenie bagnetowe przy wdrożeniu produktów do przepompowni

projektowanie elementów w taki sposób, aby odpad był jak najmniejszy

optymalne wykorzystanie przestrzeni roboczej – wykorzystanie całej pozwala na znaczące obniżenie ceny wyrobu

rotowanie całych zestawów, np. nadstawy wraz z pokrywą, bez rozdzielania na osobne procesy

Rys. 5 Odlany rotacyjnie komplet nadstawki wraz z pokrywą

stosowanie najbardziej dostępnych materiałów jak LDPE, HDPE

odchudzenie konstrukcji. W odlewaniu rotacyjnym detale są puste wśrodku, istotny jest dobór odpowiednich parametrów, aby ścianka była równomiernej grubości

projekt z myślą o transporcie. Nie obniży to kosztu wyrobu, natomiast obniży koszt transportu, który także jest istotnym czynnikiem.

Nie czekaj – skonsultuj swój projekt

Jak obniżyć koszty – termoformowanie.

Termoformowanie to bardzo uniwersalna technologia produkcji elementów z płyt lub folii. Obniżenie kosztów produkcji możemy uzyskać poprzez:

zastosowanie odpowiedniej formatki płyt, aby minimalizować odpad

dobór odpowiedniego materiału z jakiego zrobiona jest forma, przykładowo nie zawsze musi być stalowa/aluminiowa, ale np. drewniana pokryta kompozytem bądź żywiczna

Rys. 6 Drewniana forma do termoformowania – pokryta kompozytem

odchudzenie ścianki poprzed dodanie wzmocnienia detalu, np. kołnierzem

zastosowanie dodatków materiałowych, np. zwiększających UV. Wtedy mimo delikatnie wyższej ceny możemy kilkukrotnie zwiększyć żywotność wyrobu

odpowiedni projekt, aby ograniczyć postobróbkę

zastosowanie odpowiedniego pochylenia ścianek, aby detale wchodziły w siebie, co znacząco obniży koszty transportu.

Jak obniżyć koszty – wytłaczanie.

Wytłaczanie jest idealną metodą do produkcji elementów o jednorodnym przekroju, np. profili. Obniżenie kosztów produkcji możemy uzyskać poprzez:

zastosowanie odpowiedniego projektu, m.in. obniżenie grubości ścianki, dodanie geometrii wewnętrznej, komór wewnętrznych, żeber. W tej technologii odgrywa to szczególną rolę

Rys. 7 Przykład profili wzmocnionych komorowo, wprowadzonych w firmie Plastipol Poland. Obniżka 25 % na produkcji detalu. Wytrzymałość profilu porównywalna.

maksymalne uproszczenie kształtu gotowego wyrobu

zaplanowanie ciągłej produkcji – przerwanie i wznowienie jest dużym kosztem.

automatyzację procesu, np. od razu cięcie profilu na odpowiednią długość

obniżenie czasu cyklu poprzez dodanie dodatkowego procesu chłodzenia wodą lub powietrzem.

Jak obniżyć koszty – obróbka tworzyw sztucznych.

Wszystkie procesy obróbki tworzyw sztucznych polegają na usunięciu materiału celem wykonania gotowego wyrobu. Obniżenie kosztów produkcji możemy uzyskać poprzez:

zastosowanie odpowiedniej metody obróbki. W zależności od kształtu inna metoda będzie odpowiednia (przykładowo frezowanie, wycinanie itd.)

zastosowanie materiału wejściowego o odpowiedniej grubości – im będzie mniej materiału wejściowego tym mniejszy odpad uzyskamy, zatem należy zastosować możliwie najmniejszą przygotówkę.

Rys. 8 Optymalne wykorzystanie płyty materiału w celu zmniejszenia odpadu produkcyjnego

unikanie skomplikowanych kształtów, gdyż wydłuży to mocno proces i zwiększy zużycie narzędzi

zastosowanie obróbki często z założenia obniża koszt, ponieważ do produkcji nie stosuje się form, której koszt jest wysoki.

zastosowanie odpowiednich tolerancji, ponieważ zbyt dokładne wykonanie może wymagać więcej czynności lub zastosowanie innych narzędzi.

Jak obniżyć koszty – druk 3D.

Metody druku 3D stosujemy najczęściej do prototypów lub małych serii. Obniżenie kosztów produkcji możemy uzyskać poprzez:

dobór odpowiedniej metody druku 3D. Metody między sobą różnią się znacznie a zastosowanie odpowiedniej może nawet kilkukrotnie ograniczyć koszt produkcji

zastosowanie odpowiedniej wysokości warstwy, na tyle małej by wyrób miał odpowiednie właściwości, ale na tyle dużej, by obniżyć czas produkcji

zaplanowanie odpowiedniego wypełnienia wyrobu. Detale rzadko są pełne w środku, dzięki czemu czas produkcji jest krótszy a także ilość zużytego materiału jest mniejsza

– zaplanowanie produkcji tak, aby uzyskać jak najmniej materiału podporowego, który jest odpadem.

Podsumowanie – obniżanie kosztu produkcji elementów z tworzyw sztucznych

Obniżanie kosztu produkcji elementów z tworzyw sztucznych jest bardzo szerokim zagadnieniem i najczęściej jest uzyskiwane poprzez połączenie kilku działań zarówno na polu materiałowym jak i technologicznym. Pełna analiza wymaga dużej wiedzy oraz doświadczenia. Dla każdej technologii należy zwrócić uwagę na inne czynniki.

W Plastipol nasi specjaliści zawsze wykonują pełną analizę i odpowiednio sprawdzają co można zrobić, aby obniżyć koszt produkcji, przy zachowaniu przy zachowaniu odpowiednich właściwości użytkowychestetycznych.