La stampa 3D è più economica dello stampaggio a iniezione?

Il dibattito tra stampa 3d e stampaggio a iniezione è in corso da anni negli ambienti produttivi. Con i progressi della manifattura additiva, si pone la domanda: - La stampa 3d è un'alternativa allo stampaggio a iniezione? la stampa 3d è più economica dello stampaggio a iniezione?

Questo confronto vuole fornire un'analisi aggiornata e basata sui dati relativi alle differenze di costo tra questi due popolari processi produttivi. Come professionista produttore di stampaggio a iniezione di plasticaMi propongo di risolvere questo dibattito una volta per tutte attraverso una valutazione oggettiva.

Partiamo dalle basi prima di immergerci nella suddivisione dei prezzi.

Cosa sono la stampa 3d e lo stampaggio a iniezione? Un rapido abbecedario

Innanzitutto, la stampa 3D si riferisce a un processo chiamato fabbricazione additiva. Si tratta di creare oggetti tridimensionali depositando materiale strato su strato dal basso verso l'alto.

Le tecnologie di stampa 3D più comuni di cui si è sentito parlare sono FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolitografia) e SLS (Selective Laser Sintering). Ogni metodo utilizza materiali e tecniche diverse, ma il principio di base rimane lo stesso.

Lo stampaggio a iniezione, invece, è un processo produttivo che esiste da decenni. Funziona iniettando plastica fusa in una cavità dello stampo e lasciandola raffreddare e solidificare nella forma finale.

Il costo iniziale deriva principalmente da Lavorazione CNC lo stampo in acciaio necessario. Ma una volta che lo stampo è pronto, il costo per pezzo diventa molto conveniente grazie alla produzione su larga scala.

Ora che conosciamo entrambi i processi, analizziamo le esatte differenze di prezzo attraverso dati reali.

I fattori che fanno variare i costi di produzione tra stampa 3d e stampaggio a iniezione

Come per tutte le produzioni, il prezzo dipende da una serie di fattori, tra cui:

• Volume di costruzione
• Dimensione del pezzo
• Materiale
• Lavoro
• Tempo di stampa
• Utensili necessari

La contabilizzazione di tutte le variabili ci permette di fare un confronto diretto.

Sappiamo che lo stampaggio a iniezione ha costi iniziali elevati dovuti alla lavorazione dell'acciaio. La stampa 3D si paga man mano, senza costosi utensili.

Tuttavia, la stampa 3D richiede tempi più lunghi per la produzione di ogni singolo pezzo, il che incide significativamente sui prezzi in scala. Approfondiamo questa idea con un esempio.

Caso di studio: Telaio del drone stampato in 3d contro stampo in acciaio e parti in plastica

Per dimostrare chiaramente la dinamica dei prezzi, analizzeremo un progetto del mondo reale: la produzione di telai per droni.

Un progettista richiede piccoli lotti da 1 a 250 unità. In questo caso sono possibili due opzioni:

Opzione A: Stampa 3d con FDM

Le stampanti FDM depositano il filamento di plastica strato per strato per costruire i pezzi.

Per il telaio del nostro drone da 10 pollici x 4 pollici x 2 pollici, una stampante FDM desktop può produrre ogni unità per $45 tenendo conto dei costi:

• Tempo macchina
• Lavoro
• Materiale del filamento

A 250 unità totali, il prezzo finale è $45 x 250 = $11.250

Opzione B: Stampo a iniezione

Per prima cosa, lavoriamo lo stampo in acciaio a CNC a circa $5,800. Ma ora possiamo produrre telai per droni in plastica a soli $6 l'uno.

Ipotizzando 250 telai di droni come nel nostro esempio di stampa 3d, i costi di produzione sono:

• Utensili per stampi = $5.800
• 250 unità x $6 per unità = $1.500

Il totale ammonta a $7,300. Anche tenendo conto dei costi di attrezzaggio dello stampo, a questa quantità lo stampaggio a iniezione è significativamente più economico.

Si può notare come il volume di produzione e il metodo incidano sul prezzo finale. Un altro aspetto da tenere in considerazione è la dimensione e la complessità dei pezzi...

Analisi: Soglie e dimensioni del volume di produzione

Il nostro caso di studio illustra chiaramente come il volume di produzione cambi l'equazione tra i prezzi della stampa 3D e dello stampaggio a iniezione. Ma quali sono i volumi per cui lo stampaggio a iniezione inizia ad avere senso?

Piccole parti sotto i 4 pollici cubi

Per pezzi piccoli e molto complessi, La stampa 3d rimane più economica fino a 1.000 unità.

Il volume di costruzione compatto significa meno filamento di plastica utilizzato. E i costi di attrezzaggio dello stampo $6.000 non compensano una quantità così bassa.

Un esempio potrebbe essere un ingranaggio in plastica piccolo ma di alta precisione.

Parti medie Tra 4 pollici^3 e 12 pollici^3

Quando si tratta di parti di medie dimensioni come il telaio del nostro drone, la quantità minima realizzabile è di circa 500 unità.

In questo caso, l'attrezzaggio degli stampi si bilancia con l'aumento dei costi dei filamenti. Anche se la stampa 3d rimane competitiva fino a ~500 unità.

Parti di grandi dimensioni oltre i 12 pollici cubi

Per i pezzi più grandi con una complessità relativa inferiore, il punto di svolta può essere anche solo di 100 unità.

Le stampe 3D voluminose diventano esponenzialmente costose a causa della maggiore richiesta di materiale. Tuttavia, lo stampo $10.000+ compensa questa situazione a partire da ~100 pezzi grandi.

Un esempio potrebbe essere la stampa di blocchi LEGO giganti rispetto allo stampaggio a iniezione.

Tenendo conto dei volumi e delle geometrie tra la stampa 3D e il costo per pezzo dello stampaggio a iniezione, si arriva a una comprensione più olistica.

La stampa 3d è più conveniente per i prototipi? Analisi dei costi NRE

I dati finora riportati si sono concentrati in particolare sui costi di produzione. Ma per lo sviluppo di nuovi prodotti non si possono sottovalutare i costi NRE (Non-Reoccurring Engineering).

NRE si riferisce ai costi di progettazione e collaudo prima della produzione completa. Ciò include la creazione di modelli CAD e prototipi per la convalida.

La stampa 3d è più economica dello stampaggio a iniezione per quanto riguarda la prototipazione?

La risposta breve è: assolutamente sì.

Supponiamo di stampare 20 diverse iterazioni di progetto con una stampante 3d FDM desktop prima di scegliere il telaio definitivo del drone.

Al costo di $50 ciascuno, il costo totale del prototipo è di $1.000.

Ma l'impiego della lavorazione CNC per i prototipi di stampi a iniezione comporta una spesa di circa $2.500 per versione. Dopo aver ottimizzato solo 5 progetti a $12.500, la stampa 3D è già 10 volte più economica per la prototipazione.

La facilità di caricare modelli CAD modificati, unita all'assenza di attrezzature costose, rende la produzione additiva molto più accessibile durante la fase di progettazione. E dato che gli stampi a iniezione durano centinaia di migliaia di cicli, non ha senso spendere questo capitale prima di aver messo a punto il progetto perfetto.

Punti chiave - La stampa 3D è complessivamente più conveniente?

Adottando un approccio orientato ai dati per l'analisi dei prezzi, possiamo determinare le linee guida per stabilire quando la stampa 3d rispetto allo stampaggio a iniezione ha senso:

1. La stampa 3d è quasi sempre più economica per la prototipazione di progetti perché non ha costi NRE
2. I volumi di produzione finale e le dimensioni dei pezzi sono fattori chiave per la determinazione dei prezzi di produzione.
3. La stampa 3d ha senso solo fino a ~1000 unità per le parti più piccole e ~100 unità per le parti più ingombranti.
4. Lo stampaggio a iniezione diventa esponenzialmente più conveniente a scale di produzione superiori a queste soglie

In conclusione

La stampa 3d è più economica dello stampaggio a iniezione?Per le aziende che si preparano a scalare la produzione, lo stampaggio a iniezione è quello che offre il miglior rapporto qualità-prezzo nel lungo periodo. Ma senza dubbio la produzione additiva accelera lo sviluppo del prodotto e in molti casi può determinare il successo o il fallimento di un nuovo prodotto.

Il vero percorso ottimale per il futuro probabilmente incorpora entrambi i processi complementari in diverse fasi di sviluppo. Con l'avanzare delle tecnologie di stampa e stampaggio 3D, si apre un potenziale incredibile per l'innovazione di prodotti che cambiano il mondo.

Con la giusta applicazione, la produzione additiva offre una convenienza senza pari durante la prototipazione e i primi test, fondamentali per le agili startup hardware di oggi. Ma quando i progetti vengono finalizzati e i volumi aumentano, lo stampaggio a iniezione non può essere battuto in termini di qualità e prezzo a livelli di produzione di massa.