L'impression 3D est-elle moins chère que le moulage par injection ?

Le débat entre l'impression 3D et le moulage par injection dure depuis des années dans les cercles de fabrication. Avec les progrès réalisés dans le domaine de la fabrication additive, la question se pose de savoir si l'impression 3D ou le moulage par injection sont des solutions efficaces. L'impression 3D est-elle moins chère que le moulage par injection ?

Cette comparaison vise à fournir une analyse actualisée, fondée sur des données, des différences de coûts entre ces deux processus de fabrication populaires. En tant que professionnel fabricant de moulage par injection de matières plastiquesJe me propose de trancher ce débat une fois pour toutes en procédant à une évaluation objective.

Commençons par les principes de base avant de nous pencher sur la ventilation des prix.

Qu'est-ce que l'impression 3D et le moulage par injection ? Une introduction rapide

Tout d'abord, l'impression 3D fait référence à un processus appelé fabrication additive. Elle consiste à créer des objets tridimensionnels en déposant des matériaux couche par couche, du bas vers le haut.

Les technologies d'impression 3D les plus courantes dont vous avez peut-être entendu parler sont le FDM (Fused Deposition Modeling), la SLA (Stereolithography) et la SLS (Selective Laser Sintering). Chaque méthode utilise des matériaux et des techniques différents, mais le principe sous-jacent reste le même.

En revanche, le moulage par injection est un procédé de fabrication qui existe depuis des décennies. Il consiste à injecter du plastique fondu dans la cavité d'un moule et à le laisser refroidir et se solidifier pour obtenir la forme finale.

Le coût initial provient principalement Usinage CNC le moule en acier nécessaire. Mais une fois le moule prêt, le coût par pièce devient très abordable grâce à la production à grande échelle.

Maintenant que nous connaissons les deux processus, analysons les différences de prix exactes à l'aide de données réelles.

Les facteurs qui font varier les coûts de production entre l'impression 3D et le moulage par injection

Comme pour toute fabrication, le prix dépend d'une série de facteurs, notamment

• Volume de construction
• Taille de la pièce
• Matériau
• Travail
• Temps d'impression
• Outillage nécessaire

La prise en compte de toutes les variables nous permet de faire une comparaison d'égal à égal.

D'emblée, nous savons que le moulage par injection a des coûts initiaux élevés en raison de l'usinage de l'acier. L'impression 3D est payante et ne nécessite pas d'outillage coûteux.

Cependant, l'impression 3D prend plus de temps pour produire chaque pièce, ce qui a un impact significatif sur les prix à l'échelle. Approfondissons cette idée à l'aide d'un exemple.

Étude de cas : Cadre de drone imprimé en 3D contre moule en acier et pièces en plastique

Pour démontrer clairement la dynamique des prix, nous allons analyser un projet réel - la fabrication de cadres de drones.

Un concepteur a besoin de petits lots de 1 à 250 unités. Deux options sont envisageables :

Option A : Impression 3D avec FDM

Les imprimantes FDM déposent du filament plastique couche par couche pour construire des pièces.

Pour notre cadre de drone de 10 pouces x 4 pouces x 2 pouces, une imprimante FDM de bureau peut fabriquer chaque unité pour $45 en tenant compte de.. :

• Temps machine
• Travail
• Matériau du filament

250 unités au total, le prix final est de $45 x 250 = $11,250

Option B : moule à injection

Tout d'abord, nous procédons à l'usinage CNC du moule en acier à un coût d'environ 1,5 million d'euros. $5,800. Mais aujourd'hui, nous pouvons produire des cadres de drones en plastique pour seulement $6 pièce.

Si l'on considère 250 cadres de drones comme dans notre exemple d'impression 3D, les coûts de production sont les suivants :

• Outillage du moule = $5,800
• 250 unités x $6 par unité = $1,500

Le total s'élève à $7,300. Même en tenant compte des coûts d'outillage du moule, le moulage par injection est, à ce niveau de quantité, une solution très rentable. nettement moins cher.

Vous pouvez constater l'impact du volume de production et de la méthode sur le prix final. Un autre aspect à prendre en compte est la taille et la complexité des pièces...

Analyse : Seuils et dimensions du volume de production

Notre étude de cas illustre clairement comment le volume de production modifie l'équation entre l'impression 3D et le prix du moulage par injection. Mais quels sont les volumes qui font que le moulage par injection devient intéressant ?

Petites pièces de moins de 4 pouces cubes

Pour les pièces minuscules et très complexes, L'impression 3D reste moins chère jusqu'à 1 000 unités.

Le volume de construction compact signifie que l'on utilise moins de filament plastique. Et les coûts d'outillage du moule $6 000 ne compensent pas une quantité aussi faible.

Il s'agit par exemple d'un petit engrenage en plastique de haute précision.

Pièces moyennes Entre 4 pouces^3 et 12 pouces^3

Lorsqu'il s'agit de les pièces de taille moyenne comme le cadre de notre drone, la quantité minimale viable est d'environ 500 unités.

Dans ce cas, l'outillage du moule s'équilibre avec l'augmentation des coûts du filament. Bien que l'impression 3D reste compétitive jusqu'à ~500 unités.

Grandes pièces de plus de 12 pouces cubes

Pour des pièces plus grandes et de moindre complexité relative, le point de basculement peut être aussi bas que 100 unités.

Les impressions 3D volumineuses deviennent exponentiellement coûteuses en raison de l'augmentation des besoins en matériaux. Cependant, le moule $10.000+ compense ce coût à partir de ~100 pièces de grande taille.

Un exemple serait l'impression de blocs LEGO géants par rapport au moulage par injection.

En tenant compte des volumes et des géométries entre le coût par pièce de l'impression 3D et celui du moulage par injection, nous parvenons à une compréhension plus globale.

L'impression 3D est-elle plus abordable pour les prototypes ? Analyse des coûts des NRE

Jusqu'à présent, les données se sont concentrées sur les coûts de fabrication. Mais pour le développement de nouveaux produits, il ne faut pas sous-estimer les coûts NRE (Non-Reoccurring Engineering).

Les NRE correspondent aux coûts de conception et d'essai avant la production complète. Cela comprend la création de modèles CAO et de prototypes pour la validation.

L'impression 3D est-elle moins chère que le moulage par injection pour le prototypage ?

La réponse courte est : absolument.

Imaginons que vous imprimiez 20 modèles différents avec une imprimante 3D FDM de bureau avant d'arriver à un cadre de drone définitif.

À raison de $50 chacun, le coût total de votre prototype est de $1 000.

Mais l'utilisation de l'usinage CNC pour les prototypes de moules d'injection vous reviendra à environ $2 500 par version. Après avoir optimisé seulement 5 modèles à $12 500, l'impression 3D est déjà 10 fois moins chère à des fins de prototypage.

La facilité avec laquelle il est possible de télécharger des modèles CAO modifiés, combinée à l'absence d'outillage coûteux, rend la fabrication additive beaucoup plus abordable au cours de la phase de conception. Et comme les moules d'injection durent des centaines de milliers de cycles, il n'y a aucun sens à dépenser ce capital avant d'avoir finalisé la conception parfaite.

Principaux enseignements - L'impression 3D est-elle globalement plus rentable ?

En adoptant une approche orientée sur les données pour analyser les prix, nous pouvons déterminer des lignes directrices sur le moment où l'impression 3D par rapport au moulage par injection se justifie :

1. L'impression 3D est presque toujours moins chère pour le prototypage parce qu'elle n'a pas de coûts NRE.
2. Les volumes de production finaux et la taille des pièces sont des facteurs clés pour la fixation des prix de fabrication.
3. L'impression 3D n'a de sens que jusqu'à ~1000 unités pour les pièces minuscules et ~100 unités pour les pièces volumineuses.
4. Le moulage par injection devient exponentiellement plus abordable à des échelles de production supérieures à ces seuils.

En conclusion

L'impression 3D est-elle moins chère que le moulage par injection ?Pour les entreprises qui s'apprêtent à augmenter leur production, le moulage par injection est celui qui offre le meilleur rapport qualité-prix à long terme. Mais il ne fait aucun doute que la fabrication additive accélère le développement des produits, ce qui peut dans de nombreux cas déterminer le succès ou l'échec du lancement d'un nouveau produit.

La véritable voie optimale intègre probablement les deux processus complémentaires à différents stades de développement. À mesure que les technologies d'impression et de moulage 3D progressent, nous découvrons un incroyable potentiel d'innovation pour des produits qui changent le monde.

Avec l'application adéquate, la fabrication additive offre un coût inégalé pour le prototypage et les premiers essais, ce qui est essentiel pour les startups agiles d'aujourd'hui dans le domaine du matériel informatique. Mais une fois que les conceptions sont finalisées et que les volumes augmentent, le moulage par injection ne peut tout simplement pas être battu en termes de qualité et de prix à des niveaux de production de masse.