¿Sustituirá la impresión 3D al moldeo por inyección? Con los avances en la tecnología de impresión 3D, algunos sostienen que es solo cuestión de tiempo que la fabricación aditiva sustituya al moldeo por inyección de plástico convencional.
En este post, analizaré las capacidades de ambos procesos para determinar si la impresión 3D puede realmente sustituir al moldeo por inyección de forma definitiva.
Impresión 3D y moldeo por inyección
Como fabricante de moldeo por inyección de plásticoNo tengo amplios conocimientos técnicos sobre los procesos de fabricación mediante impresión 3D.
Así que me puse en contacto con John Smith, fundador de ACME Impresión 3Dpor su opinión.
Me lo dijo: "La impresión 3D ha avanzado mucho en los últimos años. Pero el moldeo por inyección sigue teniendo algunas ventajas clave en términos de coste, calidad y capacidad de producción."
Mientras que la impresión 3D brilla para la creación rápida de prototipos y piezas personalizadas, el moldeo por inyección es el rey cuando se necesitan más de 100.000 artículos de plástico idénticos.
Sin embargo, hay indicios de que la impresión 3D podría ponerse pronto a la altura:
- Escalabilidad - Las principales empresas de impresión 3D, como Carbon, están desarrollando sistemas a escala de producción capaces de rendimientos que rivalizan con el moldeo por inyección.
- Costes - El coste por pieza de la impresión 3D está bajando. Y si tenemos en cuenta los gastos generales de los sistemas de moldeo por inyección, el punto de inflexión se acerca.
- Materiales - Los nuevos materiales avanzados de impresión 3D ofrecen propiedades mecánicas equiparables a las de los plásticos moldeados por inyección.
- Complejidad del diseño - La impresión 3D permite geometrías complejas que el moldeo por inyección simplemente no puede igualar.
Así que, aunque el moldeo por inyección mantiene la ventaja por ahora, los avances en las tecnologías de impresión 3D podrían situarlo como sustituto en el futuro.
Comparación del moldeo por inyección con la impresión 3D
Para obtener una imagen equilibrada, comparemos algunos de los atributos clave entre el moldeo por inyección y la impresión 3D:
Escalabilidad
El moldeo por inyección es el rey cuando se trata de escala. Todo el proceso está optimizado para la producción en serie: se pueden crear fácilmente cientos de miles de componentes idénticos.
La impresión 3D ha sido tradicionalmente el reino de los prototipos y los lotes pequeños. Pero eso está evolucionando...
Por ejemplo, los sistemas Multi Jet Fusion de HP. Su área de trabajo de 380 x 284 x 380 mm puede producir hasta 80.000 cm3 por hora, lo que no dista mucho de algunas instalaciones de moldeo por inyección.
Y el enorme volumen de fabricación de 190x315x330 mm de Carbon puede crear más de 500.000 piezas al año utilizando su proceso DLS ultrarrápido.
Así que, aunque por ahora el moldeo por inyección gana en escala, algunos sistemas de impresión 3D se están poniendo al día.
Duración del ciclo
El tiempo de ciclo mide cuánto se tarda en crear cada pieza. Y los ratios de moldeo por inyección son difíciles de superar.
Para piezas sencillas, el moldeo por inyección puede producir más de 20 piezas por minuto en algunos sistemas de gama alta.
Por el contrario, veamos Origin One de Origin:
- 165 partes por día
- Funcionamiento 24 horas = 165 piezas
- 60 minutos por hora = 1 parte cada 22 minutos
Así pues, en el caso de los componentes básicos, la ventaja del tiempo de ciclo la tiene el moldeo por inyección. Sin embargo, la complejidad de las piezas también influye...
Complejidad del diseño
Cuando se trata de geometrías complejas, la impresión 3D tiene una clara ventaja.
El proceso de construcción capa sobre capa utilizado en la impresión 3D permite crear casi cualquier forma.
El moldeo por inyección requiere moldes, por lo que los diseños de las piezas deben permitir que las piezas acabadas puedan desmoldearse fácilmente.
Las muescas, los negativos y los detalles superfinos no funcionan. Si lo hacen, tendrá que pagar mucho dinero por los moldes de varias piezas y los procesos de limpieza posteriores al moldeo.
Al eliminar estas restricciones, la impresión 3D puede crear objetos imposibles de conseguir de otro modo.
Así pues, para piezas de vanguardia que utilicen complejas celosías descentralizadas e intrincadas formas huecas, la impresión 3D sale ganando.
Coste parcial
Y ahora, el factor más importante: ¿cuánto cuesta fabricar cada pieza?
Debido a los elevados costes de utillaje, el moldeo por inyección sólo resulta rentable a partir de grandes volúmenes, normalmente más de 10.000 unidades. Para tiradas cortas, los costes son prohibitivos.
La impresión 3D, sin embargo, tiene un punto de equilibrio mucho más bajo. De hecho, puede ofrecer más rentabilidad para lotes de 50-5.000 piezas.
Supongamos que necesita 500 widgets pequeños al año.
- Moldeo por inyección - Mecanizar el molde costaría más de $10-20k. Luego hay que comprar una máquina de moldeo por inyección (decenas de miles de dólares) y abastecerse de gránulos de plástico.
- Impresión 3D - Sin costes de utillaje. Basta con diseñar la pieza y enviarla a una imprenta 3D de producción como Protolabs.
Aunque el coste por unidad de impresión 3D sea más elevado, el desembolso total favorecerá probablemente la impresión 3D para estos lotes de tamaño medio.
Y con técnicas aditivas avanzadas como CLIP, que reducen los costes de las materias primas, el punto de inflexión en el que gana la impresión 3D se reduce aún más.
Acabado superficial
El moldeo por inyección, incluso sin pulir los moldes, puede lograr acabados superficiales extremadamente lisos de hasta 0,5 Ra e inferiores.
El proceso de estratificación por fusión de la impresión 3D produce intrínsecamente líneas de escalonamiento visibles en superficies inclinadas. La menor altura de capa comercial, de unos 0,025 mm, deja una textura arenosa.
Por tanto, las piezas que requieren un acabado superficial muy fino, como lentes u ópticas reflectantes, no pueden aprovechar la impresión 3D.
Dicho esto, técnicas como el alisado químico aplicado después del proceso de construcción pueden reducir significativamente la visibilidad de las capas.
Precisión y tolerancias
Una vez más, el moldeo por inyección tiene una ventaja sobre la mayoría de la impresión 3d cuando se necesitan tolerancias inferiores a 50 micras.
Los moldes metálicos mecanizados pueden producir piezas con una precisión de ±0,005 mm (±0,0002″). Además, la repetibilidad de un componente a otro supera a la fabricación aditiva.
Sin embargo, algunos métodos de impresión 3D también pueden conseguir detalles finos. Por ejemplo, CLIP puede presumir de una precisión de ~10 μm, mientras que el chorro de aglutinante (~15 μm) también impresiona.
Así pues, aunque el moldeo por inyección supera ampliamente a la impresión 3D para necesidades de precisión ultraelevada, determinados procesos aditivos pueden igualar la precisión del moldeo por inyección más sencillo.
Elección del material
Con más de 30.000 grados disponibles, el moldeo por inyección ofrece la más amplia selección de materiales. Las resinas estándar abarcan PP, PE, POM, PC y más, a menudo modificadas con aditivos personalizados.
En la actualidad, el número de polímeros para impresión 3D se aproxima al centenar. Pero periódicamente surgen nuevas formulaciones: el PEEK y el PEKK de alta temperatura demuestran el potencial de la fabricación aditiva.
La gama abarca desde filamentos flexibles de TPU para FDM hasta resina somos para esterolitografía y polímeros líquidos optimizados para CLIP. La selección de materiales se amplía cada año.
Para ampliar aún más las capacidades, los compuestos como la fibra de carbono continua mezclada con PEKK y PEEK refuerzan el rendimiento mecánico.
En términos generales, el moldeo por inyección ofrece la mayor selección de materiales. Sin embargo, los polímeros aditivos avanzados y los materiales compuestos están acortando distancias, por lo que la impresión 3D podría ponerse al día en poco tiempo.
¿Sustituirá la impresión 3D al moldeo por inyección?
En un futuro próximo, no veo que la impresión 3D vaya a derrocar por completo al moldeo por inyección. He aquí por qué:
Miles de millones de piezas
Para aplicaciones de gran volumen (miles de millones de piezas al año), la fabricación aditiva aún no es competitiva.
Los principales sistemas de Carbon y HP imprimen cientos de miles de componentes al año en el mejor de los casos.
Sin embargo, las fábricas chinas producen múltiples millones de piezas diarias en decenas de miles de máquinas de moldeo por inyección.
Así que, a pesar de los avances, el moldeo por inyección a gran escala para piezas destinadas al mercado de masas sigue siendo inigualable.
Aplicaciones especializadas
Ciertas aplicaciones dependen de propiedades que actualmente sólo son posibles mediante moldeo por inyección.
Por ejemplo, desde el punto de vista de John, los componentes médicos que utilizan resinas especializadas son difíciles de recrear mediante impresión 3D.
Y las lentes ópticas que alcanzan valores de Abbe sólo posibles con acrílicos y policarbonatos moldeados por inyección no pueden pasar aún a la fabricación aditiva.
Así pues, el moldeo por inyección especializado sigue sirviendo, sin duda, para nichos críticos que la impresión 3d en desarrollo aún no ha logrado replicar.
Cadena de suministro ubicua
El moldeo por inyección cuenta con un vasto y arraigado ecosistema. Desde la capacidad de las prensas hasta las cadenas de suministro de materiales de confianza y el procesamiento secundario.
La fabricación aditiva aún no puede acceder a la escala de las infraestructuras. Los cuellos de botella en el suministro de impresoras, resinas, acabados e inspección de piezas limitan el ritmo de expansión.
Esto no quiere decir que el ecosistema de la cadena de suministro no esté evolucionando rápidamente. Pero sigue estando décadas por detrás de las redes de moldeo por inyección construidas a lo largo de casi 100 años.
Así pues, hasta que los canales de distribución de materiales poliméricos y el rendimiento de producción de los sistemas se amplíen exponencialmente, el moldeo por inyección mantendrá el dominio de la cadena de suministro.
El veredicto: Convivencia, no desplazamiento
Tras comparar las métricas clave en torno a escala, coste, velocidad, calidad y capacidades, la conclusión es clara.
En 2024 y en el futuro inmediato, la impresión 3d es absolutamente no sustituir por completo al moldeo por inyección.
Las dos plataformas de fabricación se complementan.
John lo resume mejor:
"La impresión 3D permite nuevos diseños imposibles con el moldeo por inyección. Y las técnicas aditivas ofrecen mayor flexibilidad en los volúmenes de producción".
"Pero para la fabricación en serie de miles de millones de piezas de alta calidad, aprovechando los materiales y las cadenas de suministro establecidas, el moldeo por inyección sigue reinando".
Así pues, en lugar de considerar que las tecnologías aditivas usurpan las técnicas tradicionales, es mejor reconocer los puntos fuertes de cada una.
Con esa perspectiva, tanto la impresión 3d y La fabricación de moldes de inyección seguirá haciendo avanzar la industria en el futuro.
Imagínese las innovaciones posibles aplicando cada tecnología donde mejor funcione.
El futuro de la fabricación
Creo firmemente que la fabricación aditiva y y el moldeo por inyección tienen un futuro prometedor.
Como sugirió John, el modelado híbrido que combina ambas técnicas es donde las cosas se ponen realmente interesantes.
Espere nuevas y asombrosas aplicaciones de:
- Moldes de inyección impresos en 3D: permiten crear complejos canales de refrigeración conformados imposibles con el mecanizado CNC.
- Resinas moldeadas por inyección para impresión 3D: mayor precisión y polímeros innovadores para la fabricación aditiva
- Agentes desmoldeantes para moldeo por inyección impresos en 3D: revolucionando las superficies nanoestructuradas para reducir drásticamente las fuerzas de desmoldeo
- Procesos secundarios de impresión 3D: permiten el acabado en masa, como la tampografía, de piezas moldeadas por inyección sobre bases específicas del cliente.
Y estas técnicas cruzadas son sólo el principio...
La sinergia posible cuando se combinan aspectos del moldeo por inyección y la impresión 3D plantea quizá las innovaciones más emocionantes que nuestra industria verá en los próximos años.
Así que olvídate de intentar predecir si la impresión 3D sustituirá al moldeo por inyección de forma rotunda.
El futuro es integración, no desplazamiento.
Combinando ambas tecnologías es como descubriremos la próxima revolución de la fabricación.
¿Sustituirá la impresión 3D al moldeo por inyección?
En conclusión, la impresión 3D está avanzando a pasos agigantados para competir con el moldeo por inyección en muchos frentes.
Para la producción de tiradas cortas, piezas muy complejas y escenarios de fabricación puente, la impresión 3D probablemente ya sustituye hoy en día a las capacidades del moldeo por inyección. Sin embargo, para la fabricación en serie de miles de millones de piezas de bajo coste y alta precisión, el moldeo por inyección sigue siendo dominante (¡por ahora!).
En lugar de un enfrentamiento entre ambos métodos, preveo estrategias híbridas en las que la impresión 3D y el moldeo por inyección complemento unos a otros durante años.
Así que no, según las tendencias actuales, la impresión 3D no sustituirá totalmente al moldeo por inyección en un futuro próximo. Pero tal y como están las trayectorias de desarrollo, todo es posible a largo plazo...
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