¿La impresión 3D reemplazará al moldeo por inyección? NO, ¡y este es el motivo!

Si leyó las noticias al menos una vez en la última década, es posible que esté al tanto de la llamada revolución de la impresión 3D. Aunque la fabricación aditiva se ha utilizado en la industria desde la década de 1980, hasta hace poco no estaba ampliamente disponible para los usuarios aficionados.

La creación del proyecto RepRap, además de la expiración de varias patentes, permitió una disminución acelerada en el costo de las impresoras 3D para aficionados.

Ahora que casi todo el mundo puede tener en sus manos una impresora 3D, mucha gente se pregunta acerca de los límites de esta tecnología, y especialmente si eventualmente reemplazará los métodos tradicionales de producción como el moldeo por inyección.

Aunque la impresión 3D definitivamente tiene su propio lugar en el espacio industrial, no reemplazará la producción tradicional de moldeo por inyección, al menos en los próximos años. Ambas tecnologías tienen sus ventajas y desventajas y pueden superar a la otra en áreas específicas. Mientras que la impresión 3D es excelente para pequeños lotes de producción y para la creación de prototipos, el moldeo por inyección sigue siendo el más rentable para grandes producciones.

Debido al menor costo de los materiales y la eficiencia energética del Moldeo por Inyección, es la tecnología de producción recomendada cuando se producen más de (aproximadamente) cien kilogramos de unidades plásticas del mismo producto.

¿Por qué la impresión 3D es más cara que el moldeo por inyección?

Suponiendo que ya tiene un molde para comenzar su producción, la producción de moldeo por inyección es mucho más económica que la impresión 3D por unidad. Esto se debe tanto al costo real del plástico utilizado para ambas técnicas como a la eficiencia energética de cada tecnología.

Eficiencia energética de la impresión 3D y moldeo por inyección

El consumo medio de una impresora 3D en funcionamiento cuando imprime a 200 °C con una cama calentada a 60 °C es de aproximadamente 125 W/h. Esto significa que la impresión 3D consume una media de 9,61 kW por kilogramo de plástico, mientras que solo necesitaríamos una media de 1,5 kW para producir la misma cantidad de plástico mediante moldeo por inyección.

Usando una tarifa promedio de 13 centavos por kW/h (un precio razonable para los Estados Unidos), el costo de producir 1 kg de plástico se convierte en $1,25 para la impresión 3D y $0,19 para el moldeo por inyección.

Aunque estos números son una aproximación aproximada, y el costo exacto de cada tecnología depende de la máquina específica utilizada y los modelos que se producen, aún podemos concluir que el moldeo por inyección es más eficiente en términos de consumo de energía para aproximadamente la misma producción (por un factor de más de 6).

Las estimaciones de consumo de electricidad utilizadas para este cálculo se basan en nuestras propias mediciones de una Ender 3 v2 (consulte el artículo de Facundo sobre el tema). Es posible que haya adivinado que ni él ni yo tenemos una máquina de moldeo por inyección en casa, por lo que basé estos cálculos en un promedio de varias fuentes confiables.

Coste del plástico para impresión 3d y moldeo por inyección

El costo por kilogramo de material para impresoras 3D es aproximadamente 20 veces más caro que los gránulos de plástico utilizados para el moldeo por inyección.

Si alguna vez compró filamento para una impresora 3D, probablemente esté de acuerdo en que no es raro pagar $20 por una bobina de PLA o ABS. Compare eso con el costo promedio de $ 1 por un kilogramo de gránulos de ABS y ahora definitivamente sabemos por qué la mayoría de nuestros electrodomésticos de la vida cotidiana no están impresos en 3D.

¿El moldeo por inyección es siempre más económico que la impresión 3D?

Aunque ya determinamos que el moldeo por inyección es mucho más rentable para producir grandes cantidades de un producto determinado, las impresoras 3D también tienen su lugar en la industria.

A menudo, solo es necesario producir un lote pequeño o mediano de un producto determinado. Este puede ser el caso de un prototipo o un producto que solo sirve a un nicho de mercado y por lo tanto tendrá una demanda limitada.

Para cantidades más pequeñas, el coste del propio molde es muy importante. En términos generales, un molde de una sola cavidad (uno simple) puede costarte entre $1000 y $2000, mientras que los grandes y complejos pueden costar hasta $75 000.

Preguntar el precio de un molde es como preguntar el precio de un automóvil, en el sentido de que el rango es enorme. La valoración de mi coche es probablemente inferior al precio de un Ferrari. No obstante, con el fin de comparar ambas tecnologías, compararé ambas tecnologías asumiendo un costo de molde de $10,000

Como puede ver en el gráfico a continuación, el moldeo por inyección se vuelve más rentable que la impresión 3D con aproximadamente 500 kg de artículos producidos.

Este punto de inflexión (500 kg) depende en gran medida del coste del propio molde. Si volvemos a realizar los mismos cálculos pero asumimos un precio de molde de solo $2000 (para un molde simple de una sola cavidad), deberíamos decidir cambiar de la impresión 3D al moldeo por inyección en aproximadamente 100 kilogramos.

¿Cuándo debo usar una impresora 3D en lugar de moldeo por inyección?

La fabricación aditiva es más conveniente en los casos en que la producción requerida es de solo unas pocas decenas de kilogramos. También se recomienda para la creación rápida de prototipos de nuevos modelos, ya que permite a los diseñadores iterar y optimizar sus modelos sin incurrir en costos significativos.

La tecnología de impresión 3D también permite a los diseñadores diseñar formas que no se podrían producir con los métodos de fabricación tradicionales. La siguiente Torre Eiffel que imprimí con mi Ender 3 v2 es imposible de producir con moldeo por inyección.

¿La impresión 3D es más lenta que el moldeo por inyección?

Una impresora 3D es definitivamente más lenta que una máquina de moldeo por inyección. Por ejemplo, no es raro que estas máquinas produzcan hasta 3.000 chapas de botellas por hora. Una impresora 3D produciría una unidad del mismo artículo en aproximadamente 15 minutos, lo que significa que necesitaríamos 750 impresoras para igualar la misma tasa de producción. Por el contrario, también podemos esperar 750 horas para imprimir la misma cantidad de unidades.

Dicho esto, una impresora 3D es definitivamente más rápida y conveniente cuando se trata de iteraciones rápidas y producciones de lotes pequeños. También es muy conveniente durante el proceso de creación de prototipos. Mediante la tecnología de fabricación aditiva, podemos hacer sprints de diseño secuencial y optimizar y mejorar rápidamente nuestros modelos, algo que no seríamos capaces de hacer si elegimos usar Moldeo por Inyección.

Lo que es más importante, la fabricación de un molde puede demorar hasta 10 semanas, lo que significa que tendríamos que esperar al menos ese tiempo para ver nuestra primera unidad producida. Por otro lado, si ya tenemos el G-Code de nuestro diseño cargado en una memoria USB, podemos esperar tener nuestro primer artículo el mismo día.

¿Es lo mismo plástico impreso en 3D que plástico moldeado por inyección?

Las máquinas de impresión 3D utilizan bobinas de filamento para producir las unidades deseadas, mientras que la fabricación de moldeo por inyección suele utilizar plásticos en forma de pequeños gránulos. Dicho esto, en ambas tecnologías se utilizan algunos tipos de termoplásticos.

El poliestireno (HIPS), el ABS y el nailon son materiales populares que se utilizan tanto en la impresión 3D como en el moldeo por inyección. PLA es la opción de plástico más popular utilizada en la comunidad de impresión 3D, pero casi no tiene casos de uso en el moldeo por inyección.

Otros plásticos comunes utilizados en el moldeo por inyección son el acrílico, el polipropileno y el polietileno, entre otros. No son compatibles con las impresoras de escritorio de los aficionados, principalmente debido a las altas temperaturas necesarias para extruirlas.

Las impresoras 3D de grado industrial, como las que puede comprar en Stratasys o 3D Systems, son compatibles con la mayoría de los termoplásticos. Hay una pequeña advertencia:te costarán unos cientos de miles de dólares.

Ventajas y desventajas de la impresión 3D y el moldeo por inyección

Ambas tecnologías tienen sus aplicaciones donde superan a la otra, por lo que es seguro decir que ambas técnicas se utilizarán en los próximos años (o décadas).

Aunque ya analizamos la mayoría de las ventajas y desventajas de cada tecnología, resumámoslas rápidamente.

Ventajas de la impresión 3d sobre el moldeo por inyección

• Permite iteraciones rápidas y mejoras de diseño
• Perfectamente adecuado para lotes pequeños a medianos
• Permite personalizar uno de los artículos
• Habilita formas y diseños que son imposibles de producir con otras tecnologías
• No requiere costos iniciales (es decir, un molde)
• Adecuado tanto para aficionados como para prosumidores

Ventajas del moldeo por inyección sobre la impresión 3D

• Muy rentable para grandes cantidades
• Consume menos electricidad por kilogramo de plástico
• Genera productos de alta calidad con finos detalles
• Grandes cantidades de unidades producidas por hora
• Compatible con una gran variedad de termoplásticos
• Piezas más fuertes y resistentes

Conclusión

En resumen, es seguro decir que la impresión 3D no reemplazará las técnicas tradicionales de moldeo por inyección. El hecho de que las impresoras 3D actuales no puedan lograr la misma calidad y robustez que se puede esperar de las piezas inyectadas supone una gran desventaja para la fabricación aditiva. Además, la tecnología en sí misma no permite las increíbles tasas de producción que se pueden lograr con los métodos de fabricación tradicionales.

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