Prefácio: As empresas de fabrico estão a optar cada vez mais pela impressão 3D devido à sua relação custo-eficácia e às suas inúmeras vantagens. Esta tecnologia ganhou uma sólida reputação na indústria transformadora, ombreando com as técnicas de fabrico tradicionais.

O potencial da impressão 3D é imenso, uma vez que pode diminuir o número de peças, criar componentes mais leves e estruturalmente mais fortes e reduzir as despesas de montagem. A utilização da impressão 3D para o fabrico permite a produção de peças com caraterísticas que são inatingíveis ou mais difíceis de obter utilizando métodos convencionais.

Então, porque é que a impressão 3D é tão popular? A impressão 3D é mais barata do que a moldagem por injeção? Este artigo explora principalmente a comparação de custos entre a impressão 3D e a moldagem por injeção.

Processos de impressão 3D e de moldagem por injeção

A impressão 3D, também conhecida como fabrico aditivo, é o processo de construção de um modelo 3D a partir de um modelo CAD ou digital 3D. O material é depositado camada a camada para criar o objeto pretendido.

Em contrapartida, processos de moldagem por injeção envolvem técnicas estabelecidas em que o material é removido ou fundido num molde através de retificação, perfuração ou maquinagem.

Que factores afectam o preço da impressão 3D?

A impressão 3D é geralmente reconhecida como o método mais rápido e económico para criar peças para prototipagem e para uma gama crescente de aplicações de utilização final. Vários factores entram em jogo na determinação do custo da impressão 3D de peças personalizadas.

Materiais

Cada tecnologia de impressão 3D tem o seu próprio material de polímero específico. As bobinas utilizadas para FDM (modelação por deposição fundida) têm normalmente um custo mais baixo, ao passo que os pós de resina SLA, SLS e MJF são geralmente mais caros. A quantidade de material necessária para imprimir uma peça terá um impacto significativo no preço global, especialmente quando se utiliza a tecnologia FDM.

Volume da peça

Peças maiores requerem mais material e espaço na máquina, resultando em tempos de produção mais longos. O aumento dos materiais e do tempo de produção conduz subsequentemente a custos mais elevados.

Pós-processamento

Após o processo de impressão, pode ser necessário trabalho manual adicional para finalizar a montagem. Estes métodos de acabamento incluem a remoção do suporte ou do pó, a limpeza, a lixagem e outras técnicas de pós-processamento, que contribuem para o preço final da peça.

Custos de equipamento

Estas despesas envolvem o tempo de instalação e configuração, custos operacionais, manutenção de rotina da máquina e reparações esporádicas. Independentemente da tecnologia de fabrico utilizada, é provável que estes custos sejam incorridos.

Um dos principais factores que torna a impressão 3D uma opção rentável para inúmeras aplicações são as despesas mínimas de configuração da tecnologia. Este aspeto torna a impressão 3D particularmente vantajosa para peças de menor volume. No entanto, pode também revelar-se mais competitiva do que a maquinagem CNC e a moldagem por injeção para volumes de produção mais elevados.

Que factores-chave devem ser considerados entre a impressão 3D e a moldagem por injeção?

Tempo de produção

Quando se compara a impressão 3D com a moldagem por injeção, o tempo de produção surge como um diferenciador fundamental. Os métodos de moldagem por injeção, por exemplo, a moldagem por injeção, necessitam de moldes (ferramentas) para a criação de peças. O desenvolvimento destes moldes pode durar de 1 a 2 meses ou mais. No contexto da atual paisagem competitiva, os lapsos de tempo podem ditar a linha ténue entre o sucesso e o fracasso. Esta fase específica da produção incorre em despesas substanciais, tornando a produção de pequenos lotes economicamente inviável.

No entanto, o paradigma muda com a impressão 3D. Ao evitar a fase de moldagem, a produção pode arrancar rapidamente assim que o design estiver finalizado. Isto traduz-se num tempo de colocação no mercado mais rápido, garantindo assim uma vantagem competitiva.

Custo de produção

A impressão 3D não implica custos adicionais com cada novo produto produzido. Isto significa que pode produzir uma peça e centenas de peças quase ao mesmo custo. Isto não é possível com a moldagem por injeção, que muitas vezes requer fases de ferramentas dispendiosas que só se justificam quando o produto é produzido em série. Por conseguinte, para uma produção de baixo volume, a impressão 3D pode reduzir os custos de produção.

Em segundo lugar, as fases tradicionais de produção e montagem requerem uma configuração extensiva da máquina e custos de mão de obra. A impressão 3D pode reduzir significativamente ou mesmo eliminar esta situação, uma vez que requer uma intervenção manual mínima, elimina as mudanças de ferramentas e reduz o tempo de montagem.

Eficácia

Dado o custo consistente por unidade na impressão 3D, é possível efetuar ajustes ilimitados ao produto sem despesas significativas. Esta caraterística apoia a integração dos princípios do design thinking, uma vez que os designers e engenheiros podem aperfeiçoar e modificar continuamente o produto a custos mínimos. Ao concentrarem-se no desenvolvimento de produtos que correspondam de perto às preferências dos clientes, as empresas podem potencialmente aumentar as vendas.

A redução das despesas associadas a cada iteração de design também minimiza os riscos associados ao desenvolvimento de produtos. Consequentemente, a impressão 3D introduz riscos mais elevados, que acabam por contribuir para a criação de produtos superiores.

Além disso, o custo fixo por produto facilita a personalização. A adaptação dos produtos às necessidades individuais dos clientes melhora a experiência global da marca.

Sustentabilidade

A impressão 3D e a sustentabilidade estão intimamente ligadas. Os métodos convencionais de fabrico subtrativo geram materiais de refugo em excesso que são frequentemente inutilizáveis.

Em contrapartida, a impressão 3D segue os princípios do fabrico aditivo para construir produtos a partir do zero, minimizando assim o desperdício. Ao incorporar o Design for Additive Manufacturing (DfAM), a otimização da topologia e o design generativo, é possível reduzir a utilização de materiais e o peso dos produtos. Os produtos mais leves têm o potencial de reduzir o consumo de energia no transporte e na logística entre 40% e 60%.

A complexidade representa um desafio significativo na moldagem por injeção, afectando os custos do produto. A complexidade das peças é um fator chave que faz aumentar as despesas. Os desenhos complexos exigem maior precisão e especialização, o que resulta num aumento dos custos de fabrico. Quanto mais complexo for o desenho, mais elevados serão os custos associados.

A impressão 3D oferece inúmeras vantagens únicas à indústria transformadora. Elimina as restrições de conceção associadas ao fabrico de desenhos complexos. O aumento da complexidade não tem um impacto significativo nos custos de fabrico, uma vez que o preço por peça permanece relativamente estável.

Além disso, a consolidação de peças pode ser implementada através da combinação de várias peças numa única peça sem custos adicionais, eliminando ou reduzindo assim os requisitos de montagem e encurtando o tempo de fabrico.

A impressão 3D acelera o desenvolvimento de produtos desde a fase de conceção até aos protótipos reais e produtos acabados a uma velocidade sem precedentes, ultrapassando significativamente os processos de moldagem por injeção.

Como já foi referido, tem a capacidade de amalgamar várias peças, eliminando a necessidade de uma fase de montagem e reduzindo assim o tempo total de fabrico de um determinado produto.

O armazenamento é um aspeto crucial em que a moldagem por injeção fica aquém das expectativas. A moldagem por injeção é um aspeto crucial em que a moldagem por injeção fica aquém das expectativas. Consequentemente, a moldagem por injeção implica grandes necessidades de armazenamento, incluindo custos relacionados com o aluguer de terrenos, infra-estruturas de armazenamento, mão de obra e outros. Quanto mais tempo o inventário é armazenado, mais estreita é a margem de lucro.

A impressão 3D tem o potencial de revolucionar as operações de armazém ao facilitar o fabrico a pedido e a produção de pequenos lotes, resultando em poupanças de custos significativas. Esta abordagem pode efetivamente minimizar os requisitos de armazenamento e racionalizar as despesas da sua empresa.

A personalização está a tornar-se cada vez mais crucial, sendo que 71% dos consumidores esperam interações personalizadas que os façam sentir especiais. No entanto, moldagem por injeção muitas vezes têm dificuldade em personalizar os seus produtos devido às limitações dos métodos de produção convencionais.

Estas técnicas estão mal equipadas para lidar com o rápido fabrico de novas peças, o que exige investimentos substanciais em novas máquinas, desenhos e moldes para introduzir novos produtos no mercado. Tais investimentos podem não ser práticos para nichos de mercado.

Em contrapartida, as impressoras 3D oferecem uma flexibilidade notável. Eliminam a necessidade de novas ferramentas dispendiosas e podem facilmente acomodar modificações de produtos. Sem despesas adicionais por unidade produzida, a impressão 3D surge como uma solução económica para o fabrico em grande escala de componentes personalizados. Consequentemente, se uma nova tendência perturbar um produto existente, basta ajustar o design e retomar a impressão.

Comprar

Para as empresas que pretendem integrar a impressão 3D nos seus fluxos de trabalho de fabrico, a aquisição ou o investimento de capital inicial continua a ser um pequeno obstáculo. Em vez de investir $1.000 numa impressora 3D, pode considerar a hipótese de subcontratar o seu trabalho de impressão 3D. Embora esta possa parecer uma opção superior, não é uma estratégia sustentável a longo prazo.

Possibilidades futuras

A impressão 3D está a evoluir continuamente, oferecendo vantagens distintas para o futuro. Muitas indústrias estão a adotar cada vez mais esta tecnologia. Isto implica que a tecnologia avançará de forma mais económica, ultrapassando as suas limitações e apresentando materiais, tecnologias e métodos de fabrico superiores e inovadores, mais amigos do ambiente.

Por conseguinte, é preferível aproveitar as vantagens da tecnologia de impressão 3D o mais cedo possível. A moldagem por injeção requer uma produção em grande escala para distribuir os custos iniciais e contínuos de produção, ferramentas e mão de obra de montagem.

O custo de fabrico da impressão 3D é independente da quantidade, o que a torna mais rentável para volumes mais pequenos. Além disso, a impressão 3D proporciona uma maior flexibilidade de design e a capacidade de produzir produtos utilizando uma única máquina, uma capacidade nem sempre presente nos métodos tradicionais.

No domínio da produção de objectos de pequena e média dimensão, a impressão 3D ultrapassa em velocidade muitos métodos de fabrico tradicionais. Esta velocidade acrescida é atribuída ao tempo poupado na criação de ferramentas para as peças fundidas e moldes utilizados nos processos de moldagem por injeção.

A impressão 3D apresenta inúmeras vantagens para o fabrico, como a flexibilidade de design, a capacidade de produzir designs complexos, a produção em massa personalizada e técnicas económicas de fabrico de baixo volume.

Quais são as vantagens da impressão 3D em comparação com a moldagem por injeção?

A impressão 3D cria objectos camada a camada, ao contrário dos processos de moldagem por injeção que envolvem o corte de produtos a partir de blocos maiores de material. Esta diferença permite que a impressão 3D gere menos desperdício de material.

Existe uma vasta gama de tecnologias de impressão 3D, como a deposição direta de energia, impressoras à base de resina (ou polimerização VAT), jato de aglutinante, extrusão de material, jato de material, fusão de leito de pó e laminação de folhas.

Todos os tipos de impressão 3D podem ser classificados nestes grupos. Além disso, a tecnologia de impressão 3D fornece vários materiais para a impressão de objectos. As indústrias que atualmente utilizam a impressão 3D incluem a robótica, aeroespacial, automóvel, médica, dentária, desportiva e outros bens de consumo.

A impressão 3D oferece várias vantagens em relação à moldagem por injeção, incluindo:

Sem custos de instalação

Os métodos de moldagem por injeção são excelentes na produção em massa, mas ficam aquém quando se trata de produzir protótipos individuais, peças-piloto, peças sobresselentes, séries de produção de baixo volume, ferramentas ou acessórios devido aos seus elevados custos de configuração.

Ao adotar a tecnologia de impressão 3D, as empresas podem beneficiar de custos de configuração mais baixos e do fabrico direto de peças a partir de modelos digitais. Ao contrário dos métodos tradicionais, a impressão 3D elimina a necessidade de moldes, proporcionando uma alternativa económica para a produção.

O investimento numa impressora 3D versátil permite a criação de peças utilizando uma vasta gama de termoplásticos, desde polímeros de engenharia a polímeros de elevado desempenho e compósitos de polímeros. Esta tecnologia oferece flexibilidade e acessibilidade, tornando-a uma solução de fabrico ideal para uma variedade de necessidades.

Tempo de entrega curto (obter peças rapidamente)

Início da produção através de moldagem por injeção Os métodos de fabrico de moldes implicam o fabrico de moldes, o arranque da fábrica e o fornecimento de blocos de materiais. O processo é notavelmente demorado, com uma média de 15 a 60 dias para obter o lote inicial de peças. Em contrapartida, a impressão 3D elimina estes custos, permitindo a produção das primeiras peças num dia.

A combinação de prazos de entrega curtos e fabrico rentável facilita a rápida entrada dos produtos no mercado. Além disso, permite respostas rápidas e ajustes em tempo real às peças durante a produção. Ao criar uma impressora 3D para uso pessoal, tem a autonomia para fabricar os componentes necessários diretamente e rapidamente, de acordo com as suas especificações.

Comparação do custo unitário

Uma vantagem da impressão 3D é que a complexidade das peças a fabricar não aumenta os custos de fabrico. O custo unitário de uma peça produzida com impressão 3D mantém-se consistente, independentemente da quantidade de produção, quer seja 1 unidade ou 1.000 unidades. Esta caraterística é atribuída à geometria da peça, tornando a impressão 3D uma solução de fabrico ideal para produzir séries dentro de um intervalo de tamanho específico.

Sem restrições quanto à forma do stock

Quando se fala de métodos de fabrico subtractivos, o material é gradualmente removido do bloco até a peça estar completamente formada. Neste tipo de processo de produção, surgem dois desafios principais. Em primeiro lugar, ocorre uma perda significativa de material, muitas vezes equivalente a 70-80% do bloco original. Em segundo lugar, existem restrições quanto à disponibilidade de blocos de material, particularmente no que respeita aos polímeros de elevado desempenho e aos compósitos poliméricos.

Em contrapartida, a impressão 3D não enfrenta tais limitações. As peças são fabricadas com um desperdício mínimo de material, permitindo geometrias complexas e uma gama diversificada de caraterísticas integradas. Por exemplo, a obtenção de um bloco de 33x18x18 cm construído a partir de materiais PEEK ou ULTEM pode revelar-se difícil, se não impossível. Mesmo que fosse possível, o custo seria provavelmente na ordem dos milhares e não das centenas de euros.

Uma quantidade substancial de matéria-prima que se transforma em fragmentos de plástico no chão de fábrica, representando um desperdício de 70%, sublinha a questão do desperdício significativo de material.

A impressão 3D pode produzir peças com as mesmas dimensões a uma fração do custo em comparação com as peças maquinadas. Esta tecnologia proporciona uma flexibilidade de conceção sem paralelo, permitindo aos designers libertarem-se dos constrangimentos tradicionais em que as formas das matérias-primas ditam o ponto de partida do processo de conceção.

Gestão eficaz do inventário

Diferente moldagem por injeção a impressão 3D permite que as peças sejam produzidas a pedido, diretamente no local onde são necessárias. Isto resulta numa redução das necessidades de inventário, tornando a gestão do inventário mais eficiente.

Para peças que são normalmente fabricadas a granel utilizando métodos convencionais, a impressão 3D permite a produção de peças individuais conforme necessário. Neste cenário, um armazém só precisa de armazenar uma peça sobresselente por artigo.

Quando uma peça é colocada em serviço, é gerada uma peça de substituição que aparece na prateleira no dia seguinte. Ao aproveitar as capacidades da impressão 3D, os armazéns tornam-se essencialmente virtuais, levando a reduções significativas no espaço de armazenamento necessário e nas despesas associadas.

Altamente personalizável

Peças individuais, protótipos e auxiliares de produção podem ser fabricados a custos significativamente mais baixos através da impressão 3D, em comparação com os métodos de moldagem por injeção. Este facto permite a experimentação de designs arrojados e fomenta o pensamento fora da caixa, o que frequentemente conduz a uma inovação significativa.

Além disso, a capacidade de efetuar alterações ilimitadas aos produtos existentes com base no feedback dos clientes é crucial para garantir a melhor experiência do cliente. Ao aproveitar o poder da impressão 3D, as empresas podem reduzir o custo e a velocidade do desenvolvimento iterativo de produtos até 90% em comparação com os métodos de moldagem por injeção.

Além disso, com a tecnologia de impressão 3D, os protótipos podem ser criados utilizando materiais reais provenientes de várias indústrias, garantindo que as peças são autênticos protótipos funcionais e não meras réplicas visuais. Além disso, esta tecnologia também permite a produção de peças piloto ou mesmo de séries de produção completas no futuro.

Os custos de configuração e de ferramentas são outra área em que a impressão 3D se destaca claramente, uma vez que não requer qualquer investimento em nenhuma delas. Em contraste, a moldagem por injeção incorre em custos de ferramentas e, frequentemente, em taxas de configuração de cada vez que uma peça é moldada. Como discutido anteriormente, a análise DFM pode ajudar a reduzir os custos de ferramentas, mas ainda existe a possibilidade de as ferramentas envolverem custos iniciais significativos.

Além disso, a impressão 3D apresenta oportunidades incríveis para diminuir o número de peças, criar componentes mais leves e estruturalmente mais fortes e reduzir as despesas de montagem. Ao fabricar peças utilizando a tecnologia de impressão 3D, torna-se possível obter caraterísticas de peças que são inatingíveis ou mais difíceis de produzir com métodos tradicionais.

É crucial ter em mente que a impressão 3D não requer acessórios, moldes ou vários tipos de ferramentas. Este facto ajuda a compensar os custos adicionais observados até agora. A principal consideração é o valor global derivado da impressão 3D, que se está a revelar notável para um conjunto crescente de aplicações e indústrias. Ao longo do tempo, alguns custos adicionais associados à impressão 3D podem reduzir as despesas de fabrico e resultar numa maior flexibilidade de design e em peças de maior qualidade.

Conclusão

Em resumo, enquanto a moldagem por injeção se centra principalmente na produção, a impressão 3D acrescenta valor em toda a cadeia de fornecimento. A impressão 3D permite uma maior flexibilidade de conceção e fabrico, poupança de material, redução das despesas de armazenamento e expedição, redução do tempo de colocação no mercado, melhoria da qualidade do produto e eficiência de custos.

Em comparação com a moldagem por injeção, a impressão 3D oferece uma iteração mais rápida do produto e poupanças de custos. No caso de uma falha de design descoberta após a impressão 3D de uma peça, o ficheiro CAD pode ser facilmente ajustado e impresso para outra iteração em poucos dias.

Por outro lado, cada alteração de conceção na moldagem por injeção implica despesas substanciais devido à reformulação do molde. Além disso, a moldagem por injeção exige frequentemente um trabalho de conceção inicial mais complexo, uma vez que a criação do molde envolve um processo complexo com múltiplos factores a considerar.

A relação custo-eficácia da impressão 3D em comparação com moldagem por injeção variam em função de factores como os materiais, a complexidade do design, o rendimento e os requisitos de qualidade. Para produção de baixo volume, prototipagem ou desenhos complexos, a impressão 3D pode ser mais económica. No entanto, para a produção em grande escala, os métodos de moldagem por injeção, como a moldagem por injeção ou a maquinagem CNC, podem oferecer custos unitários mais baixos.