¿Cómo estimar el costo del moldeo por inyección?

La respuesta corta:los moldes de inyección de plástico cuestan entre $ 100 para un molde de inyección de bajo volumen impreso en 3D y $ 100,000 + para un complejo molde de acero de múltiples cavidades para producción de alto volumen, que generalmente representa el costo fijo de inicio más significativo en inyección. moldura. Sin embargo, a medida que estos costos se distribuyen entre cientos o miles de piezas, el moldeo por inyección es un proceso ideal para producir piezas de plástico en masa de manera asequible.

En esta guía, proporcionamos un desglose extenso de los diferentes factores que componen el costo total del moldeo por inyección.

Introducción:¿Cuánto cuesta el moldeo por inyección?

El moldeo por inyección es uno de los procesos líderes para la fabricación de plásticos. Se usa ampliamente para la producción en masa de piezas idénticas con tolerancias estrictas. Es una tecnología rentable y extremadamente repetible que produce piezas de alta calidad para la producción en grandes series.

Es un proceso rápido e intensivo en el que intervienen altas temperaturas y presión para inyectar material fundido dentro de un molde. El material fundido depende del alcance del proyecto de fabricación. Los materiales más populares son varios termoplásticos, como ABS, PS, PE, PC, PP o TPU, pero los metales y las cerámicas también se pueden moldear por inyección. El molde consta de una cavidad que aloja el material fundido inyectado y está diseñado para reflejar de cerca las características finales de una pieza.

Normalmente, el principal factor de coste en el moldeo por inyección es el coste del molde, también conocido como coste de herramientas. El costo de diseñar y construir un molde depende del volumen de producción requerido, la complejidad del diseño de la pieza, el material del molde y el proceso utilizado para crear el molde.

Los moldes simples impresos en 3D de bajo volumen pueden costar tan solo $ 100, mientras que el costo de diseño y fabricación de moldes complejos para una producción de alto volumen puede alcanzar la marca de $ 100,000. A pesar de los considerables costos fijos de puesta en marcha, el proceso de moldeo por inyección tiene bajos costos variables debido a los materiales termoplásticos económicos, los tiempos de ciclo cortos y las necesidades de mano de obra disminuyen progresivamente debido a la automatización y las economías de escala. Esto significa que los costos variables de producción son bajos y el proceso se vuelve más eficiente y el costo por pieza disminuye a mayores volúmenes a medida que los costos se distribuyen entre cientos o miles de piezas.

En este video, nos hemos asociado con el proveedor de servicios de moldeo por inyección Multiplus para guiarlo a través de los pasos del proceso de moldeo por inyección utilizando moldes impresos en 3D .

Tipos de costos en moldeo por inyección

Comprender los diferentes tipos de costos asociados con el moldeo por inyección requiere un análisis en profundidad del proceso.

Costos de equipo

Para el moldeo por inyección se utilizan máquinas de propósito especial que pueden variar desde máquinas de moldeo por inyección de escritorio más pequeñas que las empresas pueden usar internamente hasta grandes máquinas de moldeo por inyección industriales que son operadas principalmente por proveedores de servicios, fabricantes por contrato y grandes fabricantes.

La producción de pequeños volúmenes de piezas con moldeo por inyección es la más rentable con máquinas de moldeo por inyección de escritorio más pequeñas y moldes impresos en 3D. Si es nuevo en el moldeo por inyección y está buscando probarlo con una inversión limitada, usar una máquina de moldeo por inyección manual de sobremesa como la Holipress o la Galomb Model-B100 podría ser una buena opción. Los equipos automatizados de moldeo por inyección a pequeña escala como la máquina de sobremesa Micromolder o la máquina hidráulica Babyplast 10/12 son buenas alternativas para la producción de piezas pequeñas en series medianas.

Las grandes máquinas de moldeo por inyección industriales pueden costar entre $ 50,000 y $ 200,000 +. Estas máquinas también vienen con requisitos de instalación más estrictos y requieren mano de obra calificada para su operación, mantenimiento y monitoreo. Como resultado, a menos que el moldeo por inyección sea una competencia central, la mayoría de las empresas subcontratan la producción en masa a proveedores de servicios y fabricantes por contrato, en cuyo caso los costos del equipo se incluyen en los costos del servicio.

Costos de moldes (costos de herramientas)

Como mencionamos en la introducción, los costos de moldes o herramientas suelen ser el principal factor de costos en el moldeo por inyección.

Los moldes para moldeo por inyección se fabrican generalmente mediante tres métodos:

• Mecanizado CNC: Las máquinas CNC son las herramientas más utilizadas para la fabricación de moldes de aluminio y acero inoxidable con altos niveles de precisión. El mecanizado CNC elimina el material mediante una herramienta de hilado y una pieza fija. El mecanizado puede producir moldes donde el diseño de la cavidad es muy complejo, pero pueden requerir múltiples cambios de herramientas que pueden ralentizar el proceso, lo que significa que los costos aumentan en línea con la complejidad. Las máquinas CNC son herramientas industriales que requieren una mano de obra calificada y un espacio dedicado, lo que significa que muchas empresas subcontratan la producción de moldes a proveedores de servicios.

• Mecanizado por descarga eléctrica (EDM): El método EDM se utiliza generalmente para crear diseños de moldes muy complejos que no se pueden reproducir fácilmente con métodos de mecanizado estándar. La electroerosión implica el uso de una pieza de trabajo y un electrodo de herramienta para crear la forma de molde deseada. El electrodo de la herramienta y el electrodo de la pieza de trabajo están separados por un fluido dieléctrico y sometidos a voltajes que provocan descargas de corriente recurrentes. Las descargas son responsables de dar forma al electrodo de la pieza de trabajo en el molde final. La electroerosión es muy precisa y, por lo general, no requiere ningún procesamiento posterior adicional. Al igual que el mecanizado CNC, la electroerosión también es un proceso industrial que muchas empresas subcontratan a talleres mecánicos.

• Impresión 3D: La impresión 3D es una potente solución para fabricar moldes de inyección de forma rápida y económica. Requiere equipos muy limitados, lo que ahorra tiempo de CNC y operadores capacitados para otras tareas de alto valor mientras tanto. Los fabricantes pueden beneficiarse de la velocidad y flexibilidad de la impresión 3D interna para crear moldes que se pueden utilizar tanto en máquinas de moldeo de escritorio como industriales. Además, el desarrollo de productos se beneficia de la capacidad de iterar en el diseño y probar el material de uso final antes de invertir en herramientas duras para la producción en masa. La tecnología de impresión 3D de estereolitografía (SLA) es una excelente opción para el moldeo por inyección. Se caracteriza por un acabado superficial liso y de alta precisión que el molde transferirá a la pieza final y que además facilita el desmoldeo. Las impresiones 3D producidas por estereolitografía están unidas químicamente de modo que son completamente densas e isotrópicas. Las impresoras SLA de escritorio, como las que ofrece Formlabs, comienzan por debajo de $ 5,000 y pueden integrarse sin problemas en cualquier flujo de trabajo de moldeo por inyección, ya que son fáciles de implementar, operar y mantener.

Los moldes impresos en 3D pueden producir más de 100 piezas de forma asequible y en unos pocos días.

El desarrollo de moldes más complejos requiere conocimientos técnicos. Como resultado, las empresas a menudo subcontratan aspectos específicos del proceso de moldeo por inyección, como el diseño y la fabricación del molde.

Para las empresas con equipos y herramientas para el moldeo por inyección, optar por crear moldes internamente podría ser la opción menos costosa si los conocimientos técnicos también están disponibles. Si las herramientas necesarias para el moldeo por inyección no están fácilmente disponibles, la subcontratación reduce el costo asociado con el desarrollo de un molde.

Se pueden producir moldes simples impresos en 3D de bajo volumen en una impresora SLA 3D por tan solo $ 100. Un molde de aluminio para una producción de volumen medio de aproximadamente 1,000-5,000 unidades se encuentra dentro del rango de $ 2,000 a $ 5,000. Para moldes con geometrías más complejas y preparados para series de producción más grandes de aproximadamente más de 10,000 unidades, el costo del molde puede oscilar entre $ 5,000 y $ 100,000.

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Moldeo rápido por inyección de bajo volumen con moldes impresos en 3D

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Costo del material inyectado

Se puede utilizar una amplia variedad de plásticos para el moldeo por inyección según los requisitos de las piezas finales, incluidos ABS, PS, PE, PC, PP o TPU.

El costo de compra de materiales para moldes varía según el material elegido. Los gránulos termoplásticos cuestan aproximadamente entre $ 1 y $ 5 por kg.

El costo del material se define por el diseño de un modelo, el material elegido y la cantidad de material utilizado para ejecutar el proceso de moldeo por inyección.

Costos de mano de obra o servicio

El equipo asociado con el moldeo por inyección generalmente se autorregula y se basa en la automatización para realizar el trabajo. Las máquinas CNC, las máquinas de electroerosión y las impresoras 3D se basan en las especificaciones del diseño CAD para producir un molde. La máquina de moldeo por inyección también se basa en la automatización para inyectar materiales en el molde, y las máquinas de IM industriales a menudo enfrían y expulsan el artículo terminado de forma autónoma.

Los costos laborales incluyen:

• Costo de instalación / configuración: El trabajo de instalación se centra en el tiempo necesario para configurar el equipo utilizado para producir el molde y el producto terminado.

• Costo de reparación: Las tareas de reparación y mantenimiento implican la sustitución de piezas defectuosas y el uso de herramientas para ejecutar el proceso de mantenimiento.

• Monitoreo de costos: A pesar de la dependencia de la automatización, se espera que los operadores de equipos controlen el progreso del proceso de moldeo por inyección. Los salarios del operador acumulados durante el proceso se agregan al costo total del moldeo por inyección.

Cuando se produce internamente, estos costos se calculan como costos laborales. Cuando una empresa subcontrata el moldeo por inyección, la mano de obra y el margen de beneficio del proveedor de servicios se agregan al costo del servicio.

Descripción general del costo de moldeo por inyección

La siguiente tabla destaca el costo asociado con el moldeo por inyección de un artículo de plástico hipotético, como una pequeña caja de un dispositivo electrónico, lo que hace que la dinámica de costos del moldeo por inyección sea más fácil de entender:

	Producción de bajo volumen	Producción de volumen medio	Producción de gran volumen
Volumen de producción	100	5.000	100.000
Método	Producción de moldes en casa y moldeado en casa	Producción y moldeado de moldes subcontratados	Producción y moldeado de moldes subcontratados
Molde	Polímero impreso en 3D	Aluminio mecanizado	Acero mecanizado
Plazo de entrega de las piezas finales	1-3 días	3-4 semanas	4-8 semanas
Equipo requerido	Impresora 3D, máquina de moldeo por inyección de escritorio *	-	-
Costo del molde	$ 100	$ 3,000	$ 20 000
Costo del material	$ 0.5 / parte	$ 0.5 / parte	$ 0.5 / parte
Costos laborales o costos de subcontratación	$ 2.5 / parte	$ 1,5 / parte	$ 1 / parte
Coste total de producción	$ 400	$ 13 000	$ 170 000
Costo por pieza	$ 4	2,6 USD	1,7 USD

^{* Los costos de equipo no se calculan en los costos de producción en este ejemplo, ya que el costo de estas herramientas se puede distribuir entre múltiples proyectos. La compra de una máquina de moldeo por inyección de escritorio y una impresora 3D SLA permite a las empresas comenzar con el moldeo por inyección por menos de $ 10,000.}

Los tres escenarios en la tabla muestran los métodos y los tipos de moldes que resultan en el costo más bajo por pieza dependiendo del volumen de producción.

En general, el moldeo por inyección es el más eficiente en volúmenes más altos, ya que los costos luego se distribuyen entre miles de piezas. Pero a pesar de que el costo por pieza para el moldeo por inyección de bajo volumen es ligeramente más alto, sigue siendo sustancialmente más asequible para la producción de bajo volumen que otros métodos de fabricación.

La producción de volumen medio es la más eficiente con moldes de aluminio mecanizados que tienen un costo menor que los moldes de acero tradicionales, pero son lo suficientemente duraderos como para durar unos pocos miles de disparos, dependiendo de factores como el material y el diseño. En la mayoría de los casos, el moldeo por inyección de bajo volumen solo es razonable con moldes impresos en 3D; en nuestro ejemplo, si usáramos un molde de aluminio para producir 100 piezas, su costo representaría $ 30 por cada pieza, mientras que un molde de acero tradicional lo haría significa $ 200 por cada parte.

Variables que afectan el costo del molde de inyección

Los costos de herramientas para el moldeo por inyección son muy altos y dependen de una serie de parámetros y de la complejidad del diseño. Los moldes para moldeo por inyección normalmente se mecanizan con CNC a partir de aluminio o acero para herramientas, se mecanizan con electroerosión para dar forma a una pieza de trabajo o se imprimen en 3D. La pieza mecanizada o impresa se termina luego para lograr el estándar deseado. El molde terminado consta de características tales como las geometrías de la superficie necesarias para una pieza, un sistema de canales para guiar el flujo de materiales inyectados y canales de enfriamiento para asegurar que el molde se enfríe rápidamente.

Es importante tener en cuenta que la mayor parte del proceso de moldeo por inyección se dedica al enfriamiento. Cuanto más rápido se enfría un molde, más rápido se solidifica el material inyectado y más rápido se puede repetir el ciclo de producción. Por lo tanto, los canales de enfriamiento juegan un papel importante, especialmente para la producción de alto volumen, y deben incluirse en el diseño del molde. Para la producción de bajo volumen con moldes impresos en 3D, el enfriamiento manual con aire comprimido es una opción.

Un núcleo de molde de inyección impreso en 3D ensamblado con una carcasa de molde de metal.

Otras variables que afectan el proceso de moldeo por inyección y se relacionan directamente con los costos del molde de inyección incluyen:

• Tamaño de la pieza: Cuanto más grande sea el artículo o la pieza a moldear, más grande será su molde para acomodar la pieza. Las piezas más grandes tienden a requerir más materiales inyectados para completar los ciclos de producción. Los diseños de moldes más grandes generalmente tienen un costo mayor en comparación con la fabricación del mismo diseño pero con dimensiones más pequeñas.

• Diseño de pieza: Los diseños de piezas complejas con geometrías intrincadas requieren moldes complejos para ejecutar el proyecto. Los diseños de moldes suelen tener 2 lados:los lados A y B. El lado A, también conocido como lado cosmético, suele ser el lado que ve el usuario. Se espera que el lado A sea liso y estéticamente agradable. El lado B contiene las estructuras ocultas que apoyan el uso de la pieza. La estructura del Lado B puede incluir nervaduras, protuberancias, etc., y su acabado suele ser mucho más rugoso que el del Lado A. Los moldes con diseños complejos de Lado A y Lado B son generalmente más costosos de fabricar en comparación con los moldes más simples. Los diseños complejos que presentan socavados también pueden requerir acciones laterales deslizantes y núcleos, lo que aumenta el costo del molde.

• Volumen de producción: La cantidad de artículos que se producirán mediante moldeo por inyección determina la tecnología de producción y la calidad del material que se utilizará al crear el molde. Los proyectos de bajo volumen pueden requerir moldes de aluminio mecanizados de menor grado o impresos en 3D, mientras que los grandes volúmenes de producción requerirán moldes de acero de alto grado o incluso moldes múltiples para gestionar el proceso sin desgaste que afecte la calidad de los artículos producidos. Esto afecta el costo del molde, pero por supuesto, el mayor costo de los moldes de gran volumen se distribuye entre más piezas, lo que normalmente conduce a un menor costo por pieza.

• Volumen de pieza y cavidades: El volumen de la pieza se refiere al tamaño de la cavidad de un molde. Cuantas más cavidades o volumen de cavidad requiera un molde, mayor será el tiempo de prensado. El aumento del tiempo de impresión ralentiza el proceso de producción, lo que conduce a un aumento de los costes.

Calculadoras de costos de moldeo por inyección

Los estimadores de costos de moldeo por inyección en línea o las cotizaciones de los proveedores de servicios de moldeo por inyección pueden proporcionar puntos de referencia y ayudarlo a estimar el costo de piezas específicas de moldeo por inyección.

Las opciones de estimador de costos de moldeo por inyección para ayudar en el proceso de cálculo incluyen:

• CustomPart

• ICOMold

• Hubs 3D

• Protolabs

Una tabla de comparación de costos de moldeo también tiene un propósito similar. Los proveedores de servicios de moldeo por inyección utilizan tablas de comparación de costos para proporcionar a los clientes potenciales una estimación aproximada del proceso.

Reducción de los costos de moldeo por inyección

El costo del molde se define en gran medida por la complejidad y la cantidad de tiempo que lleva producirlo. Aconsejamos adherirse a los principios de diseño para la fabricación para reducir los costos de las piezas con el moldeo por inyección.

El costo de producción del molde se puede reducir aplicando las siguientes pautas de diseño:

• Evalúe el modelo CAD para determinar su viabilidad antes de emprender un proyecto de moldeo por inyección. Elimine posibles cuellos de botella, como ángulos pronunciados, muescas y otras geometrías complejas.

• Evalúe el diseño del modelo para eliminar características innecesarias. Esto reduce el tamaño del molde y el material utilizado para desarrollar el modelo.

• Aplique un enfoque de cavidad central que simplifique el diseño del lado B de un molde. El enfoque de la cavidad del núcleo implica hundir las cavidades de la pared en la base del molde, reduciendo así la necesidad de moldear ángulos de inclinación pronunciados mientras se mejora el acabado de la superficie.

• Adopte el uso de piezas auto-acoplables para reducir la necesidad de crear múltiples moldes cuando se puede usar un molde universal para lograr resultados similares.

Comience con el moldeo por inyección rápido

Si bien el moldeo por inyección se considera tradicionalmente un proceso de fabricación solo para la producción en masa debido a sus altos costos de herramientas, aprovechar la impresión 3D para fabricar moldes de inyección le permite utilizar este proceso para producir piezas de alta calidad y repetibles para la creación de prototipos y la producción de bajo volumen.

Utilice moldes de inyección impresos en 3D con máquinas industriales y de sobremesa para producir de forma eficiente y asequible de cientos a miles de prototipos funcionales, piezas para acelerar el desarrollo de productos, reducir costes y plazos de entrega, y llevar mejores productos al mercado.