จากการพิมพ์ 3 มิติไปจนถึงแม่พิมพ์การผลิต: การออกแบบต้นแบบของคุณเข้าถึงตลาดได้อย่างไร

ต้นแบบพลาสติกที่ได้รับการออกแบบอย่างประณีตวางอยู่บนโต๊ะทำงานของนักออกแบบอย่างเงียบๆ ระหว่างนั้นกับผลิตภัณฑ์หลายพันรายการที่จะเติมชั้นวางของในร้านนั้นมีช่องว่างที่เรียกว่า "แม่พิมพ์" ช่องว่างนี้เป็นสุสานของความคิดสร้างสรรค์จำนวนนับไม่ถ้วน

ในสตูดิโอของบริษัทสตาร์ทอัพในเซี่ยงไฮ้ Li Wei นักออกแบบอุตสาหกรรมกำลังตรวจสอบต้นแบบที่พิมพ์แบบ 3 มิติในมือของเธออย่างระมัดระวัง ซึ่งเป็นเครื่องป้อนสัตว์เลี้ยงตามหลักสรีระศาสตร์

"เราได้จำลองต้นแบบนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีก 17 เวอร์ชัน" เธอกล่าว พร้อมค่อยๆ หมุนตัวอย่าง “แต่จะขายบนแพลตฟอร์มออนไลน์ได้ เราต้องผลิตให้ได้อย่างน้อย 5,000 หน่วย”

ตั้งแต่ชิ้นเดียวไปจนถึงการผลิตเป็นชุด ตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงสินค้าโภคภัณฑ์ ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในเส้นทางนี้คือการเชื่อมช่องว่างการผลิตตั้งแต่การพิมพ์ 3 มิติไปจนถึงการผลิตแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปจำนวนมาก

01 คุณค่าและข้อจำกัดของต้นแบบ

การพิมพ์ 3 มิติได้ปฏิวัติการสร้างต้นแบบ ขณะนี้นักออกแบบสามารถเปลี่ยนแนวคิดให้เป็นรูปธรรมได้ภายในไม่กี่วันหรือหลายชั่วโมง ด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย

เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถทำซ้ำได้อย่างรวดเร็ว ทีมงานของ Li Wei ทดสอบมุม ความจุ และผลกระทบของวัสดุที่แตกต่างกันสำหรับเครื่องให้อาหารสัตว์เลี้ยงตลอดสองเดือน "เรายังพิมพ์เวอร์ชันโปร่งใสเพื่อดูโครงสร้างภายใน" เธอกล่าว โดยชี้ไปที่ต้นแบบสีสันสดใสบนโต๊ะทำงาน

อย่างไรก็ตาม การพิมพ์ 3 มิติมีข้อจำกัดที่ผ่านไม่ได้ ต้นทุนวัสดุต่อต้นแบบอาจสูงกว่าผลิตภัณฑ์ฉีดขึ้นรูปหลายสิบเท่า และความเร็วในการผลิตอยู่ในระดับที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยการพิมพ์ 3 มิติในเครื่องป้อนหนึ่งเครื่องจะใช้เวลา 6 ชั่วโมง ในขณะที่เครื่องฉีดขึ้นรูปสามารถผลิตได้ 8 เครื่องทุกๆ 30 วินาที

"ปัญหาที่สำคัญกว่านั้นคือความแตกต่างของประสิทธิภาพ" Chen Jianguo วิศวกรการผลิตผู้มีประสบการณ์อธิบาย "โครงสร้างแบบชั้นต่อชั้นของการพิมพ์ 3 มิติส่งผลให้เกิดแอนไอโซโทรปี ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ที่ฉีดขึ้นรูปมีความสมบูรณ์ดีกว่าและมีความแข็งแรงสูงกว่า"

02 การตัดสินใจที่สำคัญในการเชื่อมช่องว่าง

เมื่อเปลี่ยนจากต้นแบบไปสู่การผลิตจำนวนมาก การตัดสินใจที่สำคัญอันดับแรกที่นักออกแบบต้องเผชิญคือ: เมื่อใดที่ควรสร้างแม่พิมพ์

การสร้างแม่พิมพ์หมายถึงการลงทุนล่วงหน้าตั้งแต่หลายสิบถึงหลายแสนหยวน ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญสำหรับทีมสตาร์ทอัพ “เราเห็นการออกแบบมากเกินไปล้มเหลวเพราะแม่พิมพ์ถูกสร้างขึ้นเร็วเกินไปหรือช้าเกินไป” เฉินกล่าว

เกณฑ์สำหรับการตัดสินใจนี้ ได้แก่ ความสมบูรณ์ของการออกแบบ การตรวจสอบความต้องการของตลาด และการคาดการณ์ขนาดการผลิต ทีมงานของ Li Wei ตัดสินใจลงทุนในแม่พิมพ์หลังจากได้รับคำสั่งซื้อผลิตภัณฑ์ล่วงหน้ามากกว่า 3,000 รายการเท่านั้น

การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบก่อนการสร้างแม่พิมพ์ก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน นักออกแบบต้องพิจารณาข้อกำหนดของกระบวนการฉีดขึ้นรูป: ความหนาของผนังสม่ำเสมอ มุมร่างที่เหมาะสม และตำแหน่งของเส้นแยกที่สมเหตุสมผล

“ต้นแบบที่พิมพ์ 3 มิติที่สวยงามจำนวนมากอาจล้มเหลวหากใช้โดยตรงสำหรับการสร้างแม่พิมพ์” เฉินชี้ให้เห็น "ตัวอย่างเช่น การออกแบบเบื้องต้นของเครื่องป้อนนี้มีมุมขวาและการเปลี่ยนแปลงความหนามากเกินไป เราแนะนำให้มีการปรับเปลี่ยน 23 ครั้งเพื่อปรับให้เข้ากับการผลิตแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก"

03 แม่พิมพ์: ปูทางสู่การผลิตจำนวนมาก

แม่พิมพ์เป็นเครื่องมือหลักสำหรับการผลิตแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปจำนวนมากและเป็นการลงทุนล่วงหน้าที่ใหญ่ที่สุด แม่พิมพ์แบบช่องเดียวแบบธรรมดาอาจมีราคา 30,000 ถึง 80,000 หยวน ในขณะที่แม่พิมพ์แบบหลายช่องที่ซับซ้อนอาจมีราคาสูงถึงหลายแสนหยวน

การผลิตแม่พิมพ์นั้นเป็นกระบวนการทางวิศวกรรมที่มีความแม่นยำ โรงงานแม่พิมพ์สมัยใหม่ใช้เครื่องมือเครื่อง CNC, เครื่องปล่อยกระแสไฟฟ้า (EDM) และอุปกรณ์เจาะรูลึกเพื่อแปรรูปบล็อกที่ทำจากเหล็กชนิดพิเศษให้เป็นแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำถึง 0.005 มิลลิเมตร หรือหนึ่งในสิบของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์

“แม่พิมพ์ไม่ได้มีไว้สำหรับคัดลอกต้นแบบเท่านั้น แต่ยังเพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต” Zhao Feng ผู้ออกแบบแม่พิมพ์กล่าว "เราจำเป็นต้องพิจารณาตำแหน่งเกต ระบบทำความเย็น และกลไกการดีดออก เพื่อให้แน่ใจว่าทุกรอบจะผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ"

อายุการใช้งานของแม่พิมพ์ส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนผลิตภัณฑ์ต่อหน่วย แม่พิมพ์คุณภาพสูงสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้หลายล้านรายการ โดยสามารถตัดต้นทุนแม่พิมพ์ได้เพียงไม่กี่เซ็นต์ต่อรายการ

04 แม่พิมพ์ทดลองและการปรับแต่ง

เมื่อแม่พิมพ์แรกเสร็จสิ้น การทดสอบจริงก็เริ่มต้นขึ้น การทดลองขึ้นรูปเป็นขั้นตอนสำคัญในการตรวจสอบการออกแบบแม่พิมพ์และการปรับพารามิเตอร์การฉีดขึ้นรูป โดยทั่วไปจะต้องทำซ้ำ 3 ถึง 5 ครั้ง

"การทดลองใช้งานครั้งแรกมักจะเผยให้เห็นปัญหาต่างๆ" เฉินเล่าถึงประสบการณ์ของทีม Li Wei "เครื่องป้อนของพวกเขาในตอนแรกมีปัญหาเรื่องการหดตัวและรอยเชื่อมที่เห็นได้ชัดเจน"

ด้วยการปรับพารามิเตอร์การฉีด เช่น อุณหภูมิ ความดัน ความเร็ว และเวลา วิศวกรจะค่อยๆ ปรับกระบวนการผลิตให้เหมาะสมที่สุด ในขณะเดียวกัน แม่พิมพ์เองก็อาจต้องมีการปรับแต่งอย่างละเอียด เช่น การขัดพื้นผิวเพื่อปรับปรุงการตกแต่ง หรือการปรับเปลี่ยนช่องระบายความร้อนเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

Li Wei ได้เห็นกระบวนการทดลองขึ้นรูปทั้งหมด “การได้เห็นเครื่องป้อนขึ้นรูปด้วยการฉีดตัวแรกถูกดีดออกจากแม่พิมพ์ ให้ความรู้สึกที่แตกต่างไปจากการพิมพ์แบบ 3 มิติโดยสิ้นเชิง มีความทนทานมากกว่า มีเนื้อสัมผัสที่สม่ำเสมอมากกว่า และให้ความรู้สึกเหมือนเป็นผลิตภัณฑ์ 'ของจริง' มากกว่า” เธอกล่าว

05 เศรษฐศาสตร์ของการเลือกใช้วัสดุ

การเปลี่ยนจากการพิมพ์ 3D ไปสู่การฉีดขึ้นรูปยังนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการเลือกใช้วัสดุอีกด้วย โดยทั่วไปการพิมพ์ 3 มิติจะใช้เส้นใยเฉพาะ เช่น PLA หรือ ABS ในขณะที่การฉีดขึ้นรูปนำเสนอพลาสติกวิศวกรรมที่หลากหลายและมีโครงสร้างต้นทุนที่แตกต่างกัน

"ในที่สุดเราก็เลือกวัสดุ PP (โพรพิลีน) เกรดอาหาร" Li Wei อธิบาย “ไม่เพียงแต่ปลอดภัยเท่านั้น แต่ยังมีราคาถูกกว่าวัสดุการพิมพ์ 3 มิติอีกด้วย และมีคุณสมบัติในการขึ้นรูปที่ดีกว่าอีกด้วย”

ต้นทุนวัสดุถือเป็นส่วนสำคัญของการผลิตแม่พิมพ์ฉีด การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเพื่อลดการใช้วัสดุและการเลือกซัพพลายเออร์วัสดุที่คุ้มค่าสามารถส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการแข่งขันในตลาดของผลิตภัณฑ์

การผลิตขนาดใหญ่ยังทำให้การรีไซเคิลวัสดุเป็นไปได้อีกด้วย Sprue runners และชิ้นส่วนที่ชำรุดที่เกิดขึ้นระหว่างการฉีดขึ้นรูปสามารถบดและนำกลับเข้าสู่การผลิตได้ในอัตราส่วนที่แน่นอน ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้อีก

06 จังหวะการผลิตและการควบคุมคุณภาพ

เมื่อเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก จังหวะการผลิตและการควบคุมคุณภาพกลายเป็นเรื่องสำคัญ เครื่องฉีดขึ้นรูปขนาดกลางสามารถผลิตเครื่องป้อนได้นับหมื่นเครื่องต่อวัน แต่ละผลิตภัณฑ์มั่นใจได้อย่างไรว่าตรงตามมาตรฐาน?

โรงงานฉีดขึ้นรูปสมัยใหม่มีวิธีการตรวจสอบต่างๆ มากมาย เช่น เซ็นเซอร์จะตรวจสอบความดันและอุณหภูมิในการฉีดแบบเรียลไทม์ ระบบวิชันซิสเต็มจะตรวจสอบผลิตภัณฑ์แต่ละชิ้นเพื่อหาข้อบกพร่องที่พื้นผิว และจะมีการสุ่มตัวอย่างเป็นประจำสำหรับการวัดขนาดและการทดสอบการทำงาน

"เราได้สร้างจุดตรวจสอบสามจุดในสายการผลิต" Chen กล่าว "เฉพาะผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการตรวจสอบทั้งหมดเท่านั้นจึงจะถูกบรรจุและจัดเก็บ"

การควบคุมคุณภาพไม่เพียงแต่เกี่ยวกับความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อชื่อเสียงของแบรนด์ด้วย สายการผลิตที่มีอัตราข้อบกพร่องที่ได้รับการควบคุมอย่างดีสามารถประหยัดต้นทุนหลังการขายให้กับแบรนด์ได้อย่างมาก

07 เส้นทางสู่ตลาด

เมื่อเครื่องให้อาหารสัตว์เลี้ยงที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดชุดแรกออกจากสายการผลิต การเดินทางสู่ตลาดของพวกเขาเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น

การออกแบบบรรจุภัณฑ์ต้องคำนึงถึงการป้องกันในระหว่างการขนส่งและการอุทธรณ์ในสภาพแวดล้อมการค้าปลีก ทีมงานของ Li Wei ออกแบบบรรจุภัณฑ์เป็นพิเศษโดยมีหน้าต่างเพื่อแสดงคุณลักษณะของเครื่องป้อน "ผู้บริโภคสามารถมองเห็นมุมและพื้นผิวของเครื่องป้อนได้อย่างเป็นธรรมชาติ" เธอกล่าว

การจัดการโลจิสติกส์และสินค้าคงคลังทำให้เกิดความท้าทายใหม่หลังการผลิตจำนวนมาก “เราจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างความเร็วในการผลิต ต้นทุนสินค้าคงคลัง และความต้องการของตลาด” Li Wei กล่าว "นี่เป็นข้อพิจารณาที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการสร้างต้นแบบ"

การเปลี่ยนจากต้นแบบที่พิมพ์แบบ 3 มิติไปเป็นผลิตภัณฑ์มวลที่ฉีดขึ้นรูปไม่ได้เป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงวิธีการผลิต แต่ยังเป็นการเปลี่ยนกรอบความคิดอีกด้วย นักออกแบบจำเป็นต้องเปลี่ยนจากการสร้างสรรค์วัตถุชิ้นเดียวที่ประณีต ไปสู่การออกแบบสินค้าที่สามารถผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพและแข่งขันในตลาดได้

ตั้งแต่เครื่องพิมพ์ 3 มิติในสตูดิโอของ Li Wei ไปจนถึงเครื่องฉีดขึ้นรูปที่ทำงานเป็นจังหวะในโรงงาน ตั้งแต่ต้นแบบที่ไม่เหมือนใครบนโต๊ะทำงานไปจนถึงผลิตภัณฑ์หลายพันชิ้นที่เรียงซ้อนกันอย่างเรียบร้อยในคลังสินค้า แต่ละขั้นตอนในเส้นทางนี้ต้องใช้ความเชี่ยวชาญและการตัดสินใจที่แตกต่างกัน

แม่พิมพ์เป็นสะพานเชื่อมความคิดสร้างสรรค์ เชื่อมโยงการออกแบบและตลาด ต้นแบบและผลิตภัณฑ์ ต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก แต่เป็นเส้นทางสำคัญในการเปลี่ยนความคิดที่ดีให้เป็นธุรกิจที่มีศักยภาพ

ในสัปดาห์แรกหลังจากเปิดตัวเครื่องให้อาหารสัตว์เลี้ยง ทีมงานของ Li Wei ได้รับคำติชมจากผู้ใช้ครั้งแรก “ลูกค้ารายหนึ่งบอกว่าเครื่องป้อนนี้ทำงานได้ดีกว่าอันที่เธอเคยใช้มาก และในที่สุดแมวของเธอก็หยุดโปรยอาหารไปทุกที่” หลี่เว่ยกล่าวพร้อมรอยยิ้ม

ในขณะนี้ การเดินทางที่เริ่มต้นด้วยเครื่องพิมพ์ 3D ในที่สุดก็มาถึงจุดหมายปลายทางที่ถูกต้อง—ตอบสนองความต้องการที่แท้จริงในโลกแห่งความเป็นจริง