Come calcolare il ritorno d'investimento e il costo della stampa 3D

Attualmente, le tre tecniche di stampa 3D più utilizzate per la plastica sono la modellazione a deposizione fusa (FDM), la stereolitografia (SLA) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS). 

Ciascuna tecnologia di stampa 3D ha suoi pro e contro. Ecco un'infografica per un confronto rapido:

Negli ultimi anni i prezzi delle stampanti 3D sono calati drasticamente e, al momento, tutte e tre le tecnologie sono disponibili in sistemi compatti e dal costo accessibile.

In linea di massima, le parti realizzate con stampanti 3D FDM hanno il costo più basso, ma solo se si stampano prototipi semplici in quantità limitate. Le stampanti 3D SLA a resina offrono una risoluzione più alta, una qualità superiore e un'ampia varietà di materiali per la stampa 3D, ma costano leggermente di più. Tuttavia differenza di prezzo diminuisce rapidamente quando si stampano design complicati o lotti di grandi dimensioni, che richiedono più manodopera e più interventi di post-elaborazione se stampati con stampanti 3D FDM. Infine, la stampa 3D SLS è il processo più economico per produrre volumi medi o elevati di parti funzionali di alta qualità.

Per confrontare i costi complessivi delle diverse stampanti 3D non basta guardare il prezzo di listino, in quanto questa informazione non è sufficiente per comprendere a fondo quanto costa una stampante 3D e quanto costerà una parte stampata. I costi dei materiali per la stampa 3D e della manodopera incidono in modo significativo sul costo per parte, a seconda dell'applicazione e delle esigenze di produzione.

Esaminiamo tutti i diversi fattori e il costo dei singoli processi.

La modellazione a deposizione fusa (FDM), nota anche come fabbricazione a fusione di filamento (FFF), è un metodo di stampa che crea parti fondendo ed estrudendo un filamento termoplastico, che viene poi depositato sull'area di stampa dall'ugello della stampante, strato per strato.

È la forma di stampa 3D più diffusa tra i consumatori, soprattutto grazie a un numero crescente di hobbisti. Le stampanti FDM professionali e industriali sono diffuse anche tra i professionisti.

Le stampanti 3D più economiche sono quasi esclusivamente stampanti FDM. I kit più economici per l'assemblaggio di stampanti 3D FDM fai da te di livello base partono da circa 200 $. La maggior parte di questi modelli, però, sono più simili a giocattoli o progetti fai da te e richiedono una notevole quantità di tempo per l'assemblaggio, la regolazione e la calibrazione della stampante. La qualità di stampa dipende in larga misura dal successo di questi passaggi. Inoltre, questi apparecchi necessitano di riparazioni e manutenzione periodica per poter funzionare, pertanto sono consigliate solo a ingegneri o studenti di ingegneria con molto tempo e pazienza a disposizione.

Le stampanti 3D FDM per hobbisti, che costano tra i 500 e i 1500 $, possono essere vendute come kit o già assemblate e richiedono meno interventi, ma presentano comunque molti degli stessi svantaggi delle stampanti 3D più economiche. Alcuni modelli nella fascia più alta garantiscono un volume di stampa maggiore e maggiori alternative in termini di materiale, oltre a quelli a bassa temperatura come l'acido polilattico (PLA).

Le stampanti 3D FDM professionali hanno un costo che parte da circa 2500 $, quelle di grande formato da circa 4000 $, mentre le stampanti FDM industriali più avanzate possono arrivare a costare più di 10 000 $. La maggior parte di queste stampanti vengono vendute già assemblate e calibrate o sono in grado di calibrarsi in maniera automatica. Le stampanti di questa categoria offrono una qualità di stampa superiore, una gamma più ampia di materiali, volumi di stampa maggiori, nonché maggiori affidabilità e facilità d'uso e di manutenzione. A differenza delle stampanti più economiche, i produttori di stampanti 3D professionali offrono anche assistenza ai clienti per la risoluzione dei problemi.

Per quanto riguarda i materiali, la maggior parte dei filamenti standard e ingegneristici per la stampa 3D FDM ha un costo di circa 50-150 $/kg, mentre i materiali di supporto si aggirano intorno a 100-200 $/kg. Esistono alternative più economiche, ma, anche in questo caso, comportano un compromesso in termini di qualità.

Inoltre, la stampa FDM richiede molta manodopera. Molti design, e in particolare i modelli complessi, per garantire la riuscita della stampa necessitano di strutture di supporto che vanno poi rimosse manualmente o, nel caso di supporti solubili, possono essere disciolte in un solvente. Per ottenere una finitura di alta qualità e rimuovere le linee degli strati, è necessario sottoporre le parti a un lungo processo di post-elaborazione manuale, come la levigatura.

Le stampanti 3D SLA utilizzano un laser per polimerizzare la resina liquida, trasformandola in plastica indurita: questo processo viene chiamato fotopolimerizzazione. La stereolitografia è uno dei processi più apprezzati dai professionisti grazie all'alta risoluzione, alla precisione e alla versatilità dei materiali.

Le parti stampate in stereolitografia presentano una migliore precisione, dettagli più accurati e una finitura superficiale più liscia rispetto a tutte le altre tecnologie di stampa 3D. Ma il vantaggio principale è la versatilità. La formulazione delle resine per stereolitografia offre una vasta gamma di proprietà ottiche, meccaniche e termiche in grado di imitare quelle delle termoplastiche standard, ingegneristiche e industriali.

In passato, la stereolitografia era disponibile solo all'interno di stampanti 3D industriali complesse e di grandi dimensioni, i cui costi superavano i 200 000 $, ma oggi è decisamente più accessibile. Grazie alla stampante Form 3+ di Formlabs, le aziende hanno ora accesso alla stereolitografia di qualità industriale a soli 3750 $. Con la Form 3L la stereolitografia di grande formato è disponibile a soli 11 000 $.

Le stampanti 3D SLA vengono vendute già assemblate e calibrate. Sono strumenti professionali affidabili anche per la produzione che richiedono pochissima manutenzione. Inoltre, l'Assistenza Formlabs è sempre disponibile per risolvere i problemi nell'improbabile caso in cui si verifichi un guasto.

In termini di costi dei materiali, la maggior parte delle resine SLA standard e ingegneristiche costa circa 149-200 $/l.

Le stampanti SLA sono facili da usare e molte fasi del flusso di lavoro, come il lavaggio e la polimerizzazione post-stampa, possono essere automatizzate per ridurre la manodopera. Le parti stampate hanno una finitura di alta qualità appena uscite dalla stampante e richiedono solo una semplice post-elaborazione per la rimozione dei segni lasciati dai supporti.

Le stampanti 3D SLS utilizzano un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere di polimeri. La polvere che non viene fusa sostiene le parti durante la stampa ed elimina la necessità di strutture di supporto dedicate, per cui la sinterizzazione laser selettiva (SLS) è ideale per geometrie complesse con dettagli interni, sottosquadri, pareti sottili e dettagli in negativo. 

Le parti stampate con la sinterizzazione laser selettiva hanno caratteristiche meccaniche eccellenti, con una resistenza simile a quella delle parti create mediante iniezione. Di conseguenza, la sinterizzazione laser selettiva è il processo di stampa 3D per le materie plastiche più comune per le applicazioni industriali.

Come la stereolitografia, in passato la sinterizzazione laser selettiva era disponibile solo all'interno di sistemi di stampa 3D complessi e di grandi dimensioni, il cui prezzo partiva dai 200 000 $. Oggi, grazie alla stampante SLS Fuse 1 di Formlabs, le aziende possono accedere alla sinterizzazione laser selettiva industriale a partire da 18 500 $, e possono ottenere una configurazione completa che comprende un sistema di post-elaborazione e di recupero della polvere per 29 743 $.

Analogamente alle stampanti SLA, le stampanti SLS vengono vendute già assemblate e calibrate. Sono affidabili, concepite per una produzione 24 ore su 24, 7 giorni su 7, e includono formazione avanzata e assistenza clienti rapida.

I materiali in nylon per la stampa SLS costano circa 100 $/kg. La sinterizzazione laser selettiva (SLS) non richiede strutture di supporto e la polvere non fusa può essere riutilizzata, riducendo quindi il costo dei materiali.

Inoltre, è il processo di stampa 3D per le materie plastiche che richiede meno manodopera nell'ambiente di produzione, poiché le parti sono già di alta qualità appena uscite dalla stampante e richiedono solo una semplice pulizia per rimuovere la polvere in eccesso.

Esistono molteplici processi di stampa 3D disponibili non solo per la plastica, ma anche per il metallo. 

• FDM per metalli

Le stampanti FDM per metalli funzionano in modo simile alle tradizionali stampanti FDM, ma utilizzano aste metalliche estruse, tenute insieme da legami polimerici. Le parti allo stato grezzo vengono pulite e sinterizzate in un forno di cottura per rimuovere le parti di legatura. 

• Fusione laser selettiva (SLM) e sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) 

Le stampanti SLM e DMLS funzionano in modo simile alle stampanti SLS, ma usano un laser per fondere insieme particelle di polvere di metallo strato dopo strato. Le stampanti 3D SLM e DMLS sono in grado di creare prodotti in metallo robusti, precisi e complessi, il che rende questo processo ideale per applicazioni aerospaziali, automobilistiche e mediche.

Il costo delle stampanti 3D in metallo hanno iniziato ad abbassarsi, ma risultano tuttora proibitivi per la maggior parte delle aziende, visto che il prezzo va da 100 000 $ a un milione di dollari.

In alternativa, la stampa 3D SLA è adatta ai workflow di fusione di parti metalliche a costi ridotti, con una maggiore libertà di design e tempi di realizzazione inferiori rispetto ai metodi tradizionali.

Scopri le linee guida di progettazione per creare modelli stampati in 3D, esplora il procedimento passo dopo passo per la fusione diretta a cera persa e le linee guida per la fusione indiretta a cera persa e la fusione in sabbia.

Al momento di calcolare il costo per unità bisogna includere spese di proprietà dell'attrezzatura, materiali e manodopera. È utile comprendere i fattori che influenzano ciascuno di questi componenti e quali domande è necessario porsi per valutare metodi di produzione alternativi e portare alla luce eventuali costi nascosti.

I costi di proprietà sono composti da un insieme di spese fisse, quali il prezzo della stampante 3D, i contratti di assistenza, le spese di installazione e di manutenzione. Sono costi che andranno sostenuti indipendentemente dal fatto che la stampante 3D sia inattiva o che produca decine di parti a settimana.

È possibile distribuire i costi di proprietà sulle singole parti aggiungendo tutte le spese fisse previste durante la vita utile dell'apparecchio e divido il risultato ottenuto per il numero di parti che si prevede di produrre. In linea generale, più elevata è la produttività e l'utilizzo della stampante 3D, più il costo per parte diventerà trascurabile.

Negli ultimi anni abbiamo assistito a un'incredibile riduzione dei costi delle stampanti 3D desktop. Con una fascia di prezzo 10-100 volte inferiore rispetto alle stampanti 3D industriali tradizionali e la capacità di produrre migliaia di parti nell'arco della vita utile dell'apparecchio, il costo di proprietà può diventare davvero irrisorio.

Domande da porsi:

• Ci sono costi d'installazione, formazione e altre spese iniziali oltre al costo dell'apparecchio?

• Esiste un contratto di assistenza (obbligatorio)? Cosa include?

• Oltre all'apparecchio, quali accessori e strumenti sono richiesti per creare le parti finite?

• Di quale manutenzione ha bisogno l'apparecchio in caso di attività normale? A quanto ammonta la spesa di mantenimento annuale stimata? In che misura cambia se il livello di produzione aumenta?

Le materie prime per la stampa 3D e altri materiali di consumo richiesti per la produzione delle parti fanno parte delle spese variabili. Questi costi dipendono in misura elevata dal numero di unità prodotte.

È possibile ottenere la spesa per i materiali calcolando la quantità di materiale richiesta per stampare in 3D una singola parte e moltiplicandola per il costo del materiale. Includi nel calcolo eventuale materiale che andrà sprecato, nonché gli altri materiali di consumo necessari. Mentre i costi di proprietà dell'attrezzatura diminuiscono a mano a mano che la produzione cresce, i costi per i materiali di stampa tendono a mantenersi costanti.

Assicurati di avere chiaro quali materiali sono necessari per creare le parti in questione, poiché le spese per i materiali di consumo della stampa 3D possono variare. Inoltre, tieni a mente che alcune stampanti 3D funzionano solo con i materiali prodotti dalla stessa azienda e questo limita le opzioni di scelta di materiali di terze parti.

Domande da porsi:

• Qual è il costo di ogni tipo di materiale per la stampa 3D?

• Quanto materiale è richiesto per creare la parte in questione, rifiuti inclusi?

• Qual è la durata a magazzino dei materiali?

• Sono necessari altri materiali di consumo per creare le parti?

• L'apparecchio funziona anche con materiali di terze parti?

Se è vero che la stampa 3D è in grado di sostituire i complessi flussi di lavoro dei metodi di produzione tradizionali e di offrire quindi un risparmio di tempo sostanziale, è anche vero che, a seconda della tecnologia di stampa 3D, può risultare comunque un processo laborioso.

Le stampanti 3D desktop professionali sono generalmente ottimizzate per la facilità di utilizzo. Le stampanti 3D fai da te e le stampanti per hobbisti spesso richiedono maggiori interventi per mettere a punto le impostazioni, mentre la manutenzione regolare o la sostituzione dei materiali sugli apparecchi industriali tradizionali possono richiedere interventi lunghi che devono essere eseguiti da personale specializzato.

I workflow di post-elaborazione variano in base al processo di stampa 3D, ma nella maggior parte dei casi includono la pulizia delle parti e la rimozione di eventuali supporti o materiale in eccesso. Esistono soluzioni che consentono di automatizzare alcune di queste attività; ad esempio, la Form Wash e la Form Cure di Formlabs semplificano le operazioni di lavaggio e polimerizzazione post-stampa per le stampanti 3D SLA di Formlabs, e la Fuse Sift offre un sistema di post-elaborazione e di recupero della polvere preconfigurato per la stampante SLS Fuse 1.

Per ottenere parti di alta qualità, i processi più avanzati come la stereolitografia e la sinterizzazione laser selettiva non richiedono passaggi dispendiosi in termini di tempo. Al contrario, le parti FDM necessitano di un lungo processo di post-elaborazione manuale per migliorare la qualità e rimuovere le linee degli strati.

Domande da porsi:

• In cosa consiste l'intero flusso di lavoro per la produzione delle parti? Quali sono gli specifici passaggi necessari per impostare una stampa, cambiare i materiali ed effettuare la post-elaborazione delle parti?

• Quanto tempo è necessario per effettuare la post-elaborazione di una parte?

• Esistono strumenti o dispositivi che consentono di automatizzare alcune di queste attività?

Si raccomanda di esternalizzare la produzione rivolgendosi a un produttore o a un laboratorio esterno solo se la stampa 3D è richiesta occasionalmente, e per parti di grandi dimensioni o da fabbricare con materiali speciali. I servizi esterni dispongono generalmente di vari processi di stampa 3D in-house quali stereolitografia, sinterizzazione laser selettiva, modellazione a deposizione fusa e stampanti 3D per i metalli. Possono anche fornire consigli circa differenti materiali e offrire servizi a valore aggiunto quali progettazione o finitura avanzata.

Gli svantaggi principali dell'esternalizzazione sono il costo e i tempi di realizzazione. Uno dei maggiori vantaggi della stampa 3D è la sua velocità rispetto ai metodi di fabbricazione tradizionali, soprattutto nei casi in cui esternalizzare la realizzazione delle parti richiede diversi giorni o addirittura settimane. E con la crescita della domanda e della produzione, i costi dell'esternalizzazione lievitano sempre di più.

Le stampanti 3D SLA desktop sono ideali per realizzare rapidamente delle parti. A seconda del numero di parti prodotte e del volume di stampa, l'investimento in una stampante 3D di piccolo formato può perfino essere recuperato in pochi mesi. Con gli apparecchi desktop e da banco, puoi spendere esattamente quanto necessario per la tua azienda e aumentare la produzione aggiungendo unità extra in caso di crescita della domanda, senza dover investire in una stampante 3D di grande formato. Inoltre, l'uso di più stampanti 3D offre la flessibilità di stampare simultaneamente parti in materiali differenti. I servizi di produzione esterni possono comunque fornire sostegno a questo flusso di lavoro flessibile per parti di grandi dimensioni o in materiali non convenzionali.

Prova il nostro calcolatore di ritorno di investimento interattivo e scopri quanto puoi risparmiare in termini di tempo e costi grazie alle stampanti 3D Formlabs rispetto all'esternalizzazione.

L'investimento iniziale e i costi per i materiali e la manodopera sono relativamente semplici da calcolare. Che dire, però, delle spese indirette e di quei fattori che sono difficili da quantificare, ma che influiscono comunque sull'andamento della tua attività? Esaminiamo alcuni fattori chiave da considerare per confrontare la stampa 3D desktop con l'esternalizzazione o altri metodi di produzione.

Risparmio di tempo: cosa succederebbe se potessi lanciare i tuoi prodotti sul mercato con mesi di anticipo oppure se potessi ridurre i tempi di produzione dei tuoi prodotti di giorni o addirittura settimane? La stampa 3D semplifica le tradizionali operazioni di prototipazione e il workflow di produzione, aiutandoti a risparmiare tempo e a superare la concorrenza.

Risultati migliori: la stampa 3D consente di effettuare più iterazioni, scoprire più rapidamente gli errori e ottenere prodotti finali migliori. Individuare e risolvere gli errori di progettazione allo stadio iniziale consente inoltre di evitare costose revisioni del progetto e cambi di attrezzatura in fase di produzione.

Comunicazione: grazie a prototipi e parti di alta qualità, potrai comunicare meglio con i clienti, i fornitori e le altre parti interessate, evitando così confusione e costosi errori.

Protezione della proprietà intellettuale: lavori con informazioni sensibili? Produrre parti in-house significa che non dovrai cedere la proprietà intellettuale a terzi, riducendo quindi il rischio di furto ed evitando fughe di informazioni.

Calcolare il costo per parte, il tempo di realizzazione e confrontare le alternative per rendersi conto se una soluzione ha senso per la propria azienda è in genere un'attività faticosa, che richiede la creazione di un foglio di calcolo elaborato e la raccolta di tutte le informazioni relative ai produttori, che spesso sono difficili da ottenere. 

Per evitare questa scocciatura, prova il nostro semplice strumento interattivo per calcolare i costi della stampa 3D e i tempi di produzione con le stampanti 3D di Formlabs e per confrontare il tempo e il denaro che potresti risparmiare rispetto ad altri metodi di produzione.