Prefazione: Le aziende manifatturiere scelgono sempre più spesso la stampa 3D per la sua economicità e i suoi numerosi vantaggi. Questa tecnologia si è guadagnata una solida reputazione nell'industria manifatturiera, affiancandosi alle tecniche di produzione tradizionali.

Il potenziale della stampa 3D è immenso: può ridurre il numero di pezzi, creare componenti più leggeri e strutturalmente più resistenti e ridurre i costi di assemblaggio. L'utilizzo della stampa 3D per la produzione consente di realizzare pezzi con caratteristiche irraggiungibili o più difficili da ottenere con i metodi tradizionali.

Perché la stampa 3D è così popolare? La stampa 3D è più economica dello stampaggio a iniezione? Questo articolo analizza principalmente il confronto dei costi tra la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione.

Processi di stampa 3D e stampaggio a iniezione

La stampa 3D, nota anche come fabbricazione additiva, è il processo di costruzione di un modello 3D a partire da un modello CAD o 3D digitale. Il materiale viene depositato strato per strato per creare l'oggetto desiderato.

Al contrario, processi di stampaggio a iniezione comportano tecniche consolidate in cui il materiale viene rimosso o colato in uno stampo attraverso la molatura, la foratura o la lavorazione.

Quali fattori influenzano il prezzo della stampa 3D?

La stampa 3D è comunemente riconosciuta come il metodo più rapido ed economico per la creazione di parti sia per la prototipazione che per una serie crescente di applicazioni finali. Nel determinare il costo della stampa 3D di parti personalizzate entrano in gioco diversi fattori.

I materiali

Ogni tecnologia di stampa 3D ha un materiale polimerico specifico. Le bobine utilizzate per la FDM (fused deposition modeling) hanno in genere un costo inferiore, mentre le polveri SLA, SLS e MJF sono generalmente più costose. La quantità di materiale necessaria per la stampa di un pezzo influisce in modo significativo sul prezzo complessivo, soprattutto quando si utilizza la tecnologia FDM.

Volume della parte

I pezzi più grandi richiedono più materiale e spazio sulla macchina, con conseguenti tempi di produzione più lunghi. L'aumento dei materiali e dei tempi di produzione comporta di conseguenza un aumento dei costi.

Post-elaborazione

Dopo il processo di stampa, può essere necessario un ulteriore lavoro manuale per finalizzare l'assemblaggio. Questi metodi di finitura comprendono la rimozione del supporto o della polvere, la pulizia, la levigatura e altre tecniche di post-elaborazione, che contribuiscono al prezzo finale del pezzo.

Costi delle attrezzature

Queste spese riguardano i tempi di installazione e di messa a punto, i costi operativi, la manutenzione ordinaria delle macchine e le riparazioni sporadiche. Indipendentemente dalla tecnologia di produzione utilizzata, è probabile che questi costi vengano sostenuti.

Uno dei fattori principali che rende la stampa 3D un'opzione economicamente vantaggiosa per numerose applicazioni è il minimo costo di installazione della tecnologia. Questo aspetto rende la stampa 3D particolarmente vantaggiosa per i pezzi a basso volume. Tuttavia, può anche rivelarsi più competitiva rispetto alla lavorazione CNC e allo stampaggio a iniezione per volumi di produzione più elevati.

Quali sono i fattori chiave da considerare tra stampa 3D e stampaggio a iniezione?

Tempo di produzione

Quando si confronta la stampa 3D con lo stampaggio a iniezione, i tempi di produzione emergono come un elemento di differenziazione fondamentale. I metodi di stampaggio a iniezione, ad esempio, necessitano di stampi (tooling) per la creazione dei pezzi. Lo sviluppo di questi stampi può durare da 1 a 2 mesi o più. Nel contesto dell'odierno panorama competitivo, i tempi possono determinare la linea sottile che separa il successo dal fallimento. Questa particolare fase della produzione comporta spese sostanziali, rendendo la produzione di piccoli lotti economicamente non conveniente.

Tuttavia, il paradigma cambia con la stampa 3D. Evitando la fase di stampaggio, la produzione può essere avviata rapidamente una volta finalizzato il progetto. Questo si traduce in un time-to-market più rapido, garantendo così un vantaggio competitivo.

Costo di produzione

La stampa 3D non comporta costi aggiuntivi per ogni nuovo prodotto realizzato. Ciò significa che può produrre un pezzo e centinaia di pezzi quasi allo stesso costo. Ciò non è possibile con lo stampaggio a iniezione, che spesso richiede costose fasi di attrezzaggio, giustificate solo quando il prodotto è realizzato in serie. Pertanto, per la produzione di bassi volumi, la stampa 3D può far risparmiare sui costi di produzione.

In secondo luogo, le fasi di produzione e assemblaggio tradizionali richiedono un'ampia configurazione delle macchine e costi di manodopera. La stampa 3D può ridurre notevolmente o addirittura eliminare questa situazione perché richiede un intervento manuale minimo, elimina la sostituzione degli utensili e riduce i tempi di assemblaggio.

Efficacia

Dato il costo unitario costante della stampa 3D, è possibile ottenere modifiche illimitate del prodotto senza spese significative. Questa caratteristica favorisce l'integrazione dei principi del design thinking, in quanto progettisti e ingegneri possono perfezionare e modificare continuamente il prodotto a costi minimi. Concentrandosi sullo sviluppo di prodotti che corrispondono perfettamente alle preferenze dei clienti, le aziende possono potenzialmente incrementare le vendite.

La riduzione delle spese associate a ogni iterazione del progetto riduce anche i rischi legati allo sviluppo del prodotto. Di conseguenza, la stampa 3D introduce rischi più elevati, che in ultima analisi contribuiscono alla creazione di prodotti di qualità superiore.

Inoltre, il costo fisso per prodotto facilita la personalizzazione. L'adattamento dei prodotti alle esigenze dei singoli clienti migliora l'esperienza complessiva del marchio.

Sostenibilità

La stampa 3D e la sostenibilità sono strettamente interconnesse. I metodi convenzionali di produzione sottrattiva generano materiali di scarto in eccesso, spesso inutilizzabili.

Al contrario, la stampa 3D segue i principi della produzione additiva per costruire prodotti da zero, riducendo al minimo gli scarti. Incorporando il Design for Additive Manufacturing (DfAM), l'ottimizzazione della topologia e la progettazione generativa, è possibile ridurre l'uso di materiali e il peso dei prodotti. Prodotti più leggeri hanno il potenziale per ridurre il consumo di energia nei trasporti e nella logistica da 40% a 60%.

La complessità rappresenta una sfida significativa nello stampaggio a iniezione e incide sui costi dei prodotti. L'intricatezza dei pezzi è un fattore chiave che fa lievitare i costi. I progetti complessi richiedono maggiore precisione e competenza, con conseguente aumento dei costi di produzione. Più intricato è il progetto, più alti sono i costi associati.

La stampa 3D offre numerosi vantaggi unici all'industria manifatturiera. Elimina i vincoli di progettazione associati alla produzione di progetti complessi. L'aumento della complessità non ha un impatto significativo sui costi di produzione, poiché il prezzo per pezzo rimane relativamente stabile.

Inoltre, il consolidamento dei pezzi può essere realizzato combinando più pezzi in un unico pezzo senza costi aggiuntivi, eliminando o riducendo i requisiti di assemblaggio e abbreviando i tempi di produzione.

La stampa 3D accelera lo sviluppo dei prodotti dalla fase ideativa ai prototipi veri e propri e ai prodotti finiti a una velocità senza precedenti, superando notevolmente i processi di stampaggio a iniezione.

Come già detto, ha la capacità di amalgamare più parti, eliminando la necessità di una fase di assemblaggio e riducendo così il tempo complessivo di produzione di un determinato prodotto.

Il magazzino è un aspetto cruciale in cui lo stampaggio a iniezione è carente. Si basa principalmente sulla produzione di massa e necessita di pezzi di ricambio per la maggior parte dei prodotti. Di conseguenza, lo stampaggio a iniezione comporta ampie esigenze di magazzino, compresi i costi relativi all'affitto del terreno, all'infrastruttura del magazzino, alla manodopera e altro ancora. Più a lungo viene immagazzinato l'inventario, più il margine di profitto si riduce.

La stampa 3D ha il potenziale per rivoluzionare le operazioni di magazzino facilitando la produzione on-demand e la produzione di piccoli lotti, con notevoli risparmi sui costi. Questo approccio può effettivamente ridurre al minimo i requisiti di magazzino e ottimizzare le spese per la vostra azienda.

La personalizzazione sta diventando sempre più cruciale: il 71% dei consumatori si aspetta interazioni personalizzate che li facciano sentire speciali. Tuttavia, stampaggio a iniezione spesso faticano a personalizzare i loro prodotti a causa dei limiti dei metodi di produzione convenzionali.

Queste tecniche non sono in grado di gestire la produzione rapida di nuovi pezzi, e richiedono investimenti sostanziali in nuovi macchinari, progetti e stampi per introdurre nuovi prodotti sul mercato. Tali investimenti potrebbero non essere pratici per i mercati di nicchia.

Le stampanti 3D offrono invece una notevole flessibilità. Eliminano la necessità di nuove e costose attrezzature e possono facilmente adattarsi alle modifiche dei prodotti. Senza costi aggiuntivi per unità prodotta, la stampa 3D emerge come soluzione economica per la produzione su larga scala di componenti personalizzati. Di conseguenza, se una nuova tendenza dovesse stravolgere un prodotto esistente, è sufficiente modificare il progetto e riprendere la stampa.

Acquisto

Per le aziende che desiderano integrare la stampa 3D nei loro flussi di lavoro di produzione, l'approvvigionamento o l'investimento di capitale iniziale rimane un ostacolo minore. Invece di investire $1.000 in una stampante 3D, si potrebbe pensare di esternalizzare il lavoro di stampa 3D. Sebbene questa possa sembrare un'opzione superiore, non è una strategia sostenibile a lungo termine.

Possibilità future

La stampa 3D è in continua evoluzione e offre notevoli vantaggi per il futuro. Numerosi settori industriali stanno abbracciando sempre più questa tecnologia. Ciò implica che la tecnologia progredirà in modo più economico, superando i suoi limiti e presentando materiali, tecnologie e metodi di produzione superiori e nuovi, più rispettosi dell'ambiente.

Lo stampaggio a iniezione richiede una produzione su larga scala per distribuire i costi iniziali e correnti della produzione, degli utensili e della manodopera di assemblaggio.

Il costo di produzione della stampa 3D è indipendente dalla quantità, il che la rende più conveniente per i piccoli volumi. Inoltre, la stampa 3D offre una maggiore flessibilità di progettazione e la possibilità di produrre prodotti con un'unica macchina, una capacità non sempre presente nei metodi tradizionali.

Nel campo della produzione di oggetti di piccole e medie dimensioni, la stampa 3D supera in velocità molti metodi di produzione tradizionali. Questa maggiore velocità è attribuita al tempo risparmiato nella creazione di utensili per le fusioni e gli stampi utilizzati nei processi di stampaggio a iniezione.

La stampa 3D presenta numerosi vantaggi per il settore manifatturiero, come la flessibilità della progettazione, la capacità di produrre progetti intricati, la produzione di massa personalizzata e le tecniche di produzione economica a basso volume.

Quali sono i vantaggi della stampa 3D rispetto allo stampaggio a iniezione?

La stampa 3D crea oggetti strato per strato, a differenza dei processi di stampaggio a iniezione che prevedono il taglio dei prodotti da blocchi di materiale più grandi. Questa differenza consente alla stampa 3D di generare meno scarti di materiale.

Esiste un'ampia gamma di tecnologie di stampa 3D, come la deposizione diretta di energia, le stampanti a base di resina (o polimerizzazione IVA), il getto di legante, l'estrusione di materiale, il getto di materiale, la fusione a letto di polvere e la laminazione di fogli.

Tutti i tipi di stampa 3D possono essere classificati in questi gruppi. Inoltre, la tecnologia di stampa 3D offre diversi materiali per la stampa di oggetti. I settori che attualmente utilizzano la stampa 3D comprendono la robotica, l'aerospaziale, l'automobilistico, il medicale, il dentale, lo sport e altri beni di consumo.

La stampa 3D offre diversi vantaggi rispetto allo stampaggio a iniezione, tra cui:

Nessun costo di installazione

I metodi di stampaggio a iniezione eccellono nella produzione di massa, ma non sono all'altezza quando si tratta di produrre prototipi individuali, parti pilota, pezzi di ricambio, serie di produzione a basso volume, utensili o attrezzature, a causa degli elevati costi di allestimento.

Abbracciando la tecnologia di stampa 3D, le aziende possono beneficiare di costi di configurazione più bassi e della produzione diretta di parti da modelli digitali. A differenza dei metodi tradizionali, la stampa 3D elimina la necessità di stampi, offrendo un'alternativa economica per la produzione.

Investire in una stampante 3D versatile consente di creare pezzi utilizzando un'ampia gamma di termoplastici, dai polimeri tecnici ai polimeri ad alte prestazioni e ai compositi polimerici. Questa tecnologia offre flessibilità e convenienza, rendendola una soluzione di produzione ideale per una varietà di esigenze.

Tempi di consegna brevi (ottenere rapidamente i pezzi)

Avvio della produzione attraverso stampaggio a iniezione I metodi di produzione prevedono la costruzione di stampi, l'avviamento della fabbrica e l'approvvigionamento dei blocchi di materiale. Il processo richiede molto tempo, con una media di 15-60 giorni per ottenere il lotto iniziale di pezzi. La stampa 3D, invece, elimina questi costi e consente di produrre i primi pezzi in un giorno.

La combinazione di tempi di consegna brevi e di una produzione economicamente vantaggiosa facilita il rapido ingresso dei prodotti sul mercato. Inoltre, consente risposte rapide e regolazioni in tempo reale delle parti durante la produzione. Quando si sceglie una stampante 3D per uso personale, si ha l'autonomia di produrre direttamente e tempestivamente i componenti richiesti secondo le proprie specifiche.

Confronto dei costi unitari

Un vantaggio della stampa 3D è che la complessità delle parti prodotte non aumenta i costi di produzione. Il costo unitario di un pezzo prodotto con la stampa 3D rimane costante indipendentemente dalla quantità di produzione, che sia 1 unità o 1.000 unità. Questa caratteristica è attribuita alla geometria del pezzo, che rende la stampa 3D una soluzione produttiva ideale per la produzione di serie all'interno di una gamma di dimensioni specifiche.

Nessuna restrizione alla forma delle scorte

Quando si parla di metodi di produzione sottrattiva, il materiale viene gradualmente rimosso dal blocco fino alla completa formazione del pezzo. Questo tipo di processo produttivo presenta due sfide principali. In primo luogo, si verifica una significativa perdita di materiale, spesso pari al 70-80% del blocco originale. In secondo luogo, la disponibilità di blocchi di materiale è limitata, soprattutto per quanto riguarda i polimeri ad alte prestazioni e i compositi polimerici.

La stampa 3D, invece, non ha queste limitazioni. I pezzi vengono realizzati con uno spreco minimo di materiale, consentendo geometrie intricate e una vasta gamma di funzioni integrate. Per esempio, reperire un blocco di 33x18x18 cm costruito con materiali PEEK o ULTEM può risultare difficile, se non impossibile. Anche se fosse possibile, il costo sarebbe probabilmente dell'ordine delle migliaia e non delle centinaia di euro.

Una quantità sostanziale di materia prima che si trasforma in frammenti di plastica sul pavimento della fabbrica, con uno spreco di 70%, sottolinea la questione dei notevoli sprechi di materiale.

La stampa 3D può produrre pezzi delle stesse dimensioni a una frazione del costo rispetto ai pezzi lavorati. Questa tecnologia offre una flessibilità di progettazione senza precedenti, consentendo ai progettisti di liberarsi dai vincoli tradizionali in base ai quali le forme di stock di materiali grezzi dettano il punto di partenza del processo di progettazione.

Gestione efficace dell'inventario

A differenza di stampaggio a iniezione La stampa 3D consente di produrre pezzi su richiesta direttamente dove sono richiesti. Ciò si traduce in una riduzione delle esigenze di magazzino, rendendo più efficiente la gestione delle scorte.

Per i pezzi che di solito vengono prodotti in grandi quantità con metodi convenzionali, la stampa 3D consente la produzione di singoli pezzi in base alle necessità. In questo scenario, un magazzino deve immagazzinare solo un pezzo di ricambio per ogni articolo.

Quando un pezzo viene messo in servizio, ne viene generato uno sostitutivo che compare sullo scaffale il giorno successivo. Sfruttando le capacità della stampa 3D, i magazzini diventano essenzialmente virtuali, riducendo in modo significativo lo spazio di stoccaggio necessario e le spese associate.

Altamente personalizzabile

I singoli pezzi, i prototipi e gli ausili alla produzione possono essere prodotti a costi significativamente inferiori grazie alla stampa 3D rispetto ai metodi di stampaggio a iniezione. Ciò consente di sperimentare progetti audaci e di promuovere un pensiero fuori dagli schemi, che spesso porta a innovazioni significative.

Inoltre, la possibilità di apportare modifiche illimitate ai prodotti esistenti in base al feedback dei clienti è fondamentale per garantire la migliore esperienza del cliente. Sfruttando la potenza della stampa 3D, le aziende possono ridurre i costi e la velocità dello sviluppo iterativo dei prodotti fino a 90% rispetto ai metodi di stampaggio a iniezione.

Inoltre, con la tecnologia di stampa 3D, i prototipi possono essere creati utilizzando materiali reali provenienti da vari settori industriali, garantendo che i pezzi siano autentici prototipi funzionali piuttosto che semplici repliche visive. Inoltre, questa tecnologia consente anche la produzione di parti pilota o addirittura di serie complete in futuro.Impostazioni e strumenti.

I costi di attrezzaggio e di configurazione sono un'altra area in cui la stampa 3D eccelle, in quanto non richiede investimenti in nessuna delle due aree. Al contrario, lo stampaggio a iniezione comporta costi di attrezzaggio e spesso di impostazione ogni volta che un pezzo viene stampato. Come discusso in precedenza, l'analisi DFM può contribuire a ridurre i costi di attrezzaggio, ma è ancora possibile che l'attrezzaggio comporti costi iniziali significativi.

Inoltre, la stampa 3D offre incredibili opportunità per ridurre il numero di pezzi, creare componenti più leggeri e strutturalmente più resistenti e ridurre le spese di assemblaggio. Producendo pezzi con la tecnologia di stampa 3D, è possibile ottenere caratteristiche che sono irraggiungibili o più difficili da produrre con i metodi tradizionali.

È fondamentale tenere presente che la stampa 3D non richiede attrezzature, stampi o altri tipi di utensili. Ciò contribuisce a compensare i costi aggiuntivi osservati finora. La considerazione chiave è il valore complessivo derivato dalla stampa 3D, che si sta dimostrando notevole per una serie crescente di applicazioni e settori. Nel tempo, alcuni costi aggiuntivi legati alla stampa 3D potrebbero ridurre le spese di produzione e portare a una maggiore flessibilità di progettazione e a pezzi di qualità superiore.

Conclusione

In sintesi, mentre lo stampaggio a iniezione si concentra principalmente sulla produzione, la stampa 3D aggiunge valore all'intera catena di fornitura. La stampa 3D consente una maggiore flessibilità di progettazione e produzione, risparmio di materiali, riduzione delle spese di magazzino e di spedizione, riduzione dei tempi di commercializzazione, miglioramento della qualità dei prodotti ed efficienza dei costi.

Rispetto allo stampaggio a iniezione, la stampa 3D offre un'iterazione più rapida del prodotto e un risparmio sui costi. In caso di difetti di progettazione riscontrati dopo la stampa 3D di un pezzo, il file CAD può essere facilmente adattato e stampato per un'altra iterazione nel giro di pochi giorni.

D'altra parte, ogni modifica del progetto nello stampaggio a iniezione comporta spese sostanziali per la rilavorazione dello stampo. Inoltre, lo stampaggio a iniezione richiede spesso un lavoro di progettazione iniziale più complesso, poiché la creazione dello stampo comporta un processo complesso con molteplici fattori da considerare.

Il rapporto costo-efficacia della stampa 3D rispetto alla stampaggio a iniezione I metodi variano a seconda di fattori quali i materiali, la complessità del progetto, la produttività e i requisiti di qualità. Per la produzione di bassi volumi, la prototipazione o i progetti complessi, la stampa 3D può essere più conveniente. Tuttavia, per la produzione su larga scala, i metodi di stampaggio a iniezione, come lo stampaggio a iniezione o la lavorazione CNC, possono offrire costi unitari inferiori.