Confronto tra stampa 3D e stampaggio a iniezione di 1000 parti

La chiusura del Form 4 Resin Mixer è un accessorio che si aggancia ai serbatoi resina delle stampanti della serie Form 4 di Formlabs e migliora le prestazioni dei materiali miscelando e mantenendo la resina omogenea durante il processo di stampa. Per questo test, abbiamo cronometrato due processi diversi per la realizzazione di 1000 parti per utilizzo finale: lo stampaggio a iniezione eseguito da un'azienda di produzione a contratto e la stampa 3D a resina di grande formato con due Form 4L.

La chiusura del miscelatore blocca il miscelatore di resina in posizione sulla Form 4.

Per lo stampaggio a iniezione, abbiamo collaborato con un'azienda di produzione a contratto con sede a Taiwan che produce componenti per diverse generazioni di stampanti 3D di Formlabs, tra cui serbatoi, cartucce e miscelatori. Lo stampo a due cavità usato per questo test è quello reale utilizzato per la produzione in serie delle chiusure dei miscelatori di resina della Form 4.

Per il confronto con la stampa 3D abbiamo utilizzato due stampanti 3D di grande formato Form 4L, progettate per una produzione ad alto rendimento e dotate di un'ampia area di stampa e velocità di stampa elevata. La configurazione comprendeva anche una Form Wash L e una Form Cure L per la post-elaborazione. Come materiale abbiamo scelto la Black Resin V5, una resina rigida e resistente per usi generici che permette di produrre parti opache e per utilizzo finale.

Nell'ambito dello stampaggio a iniezione, ogni ciclo dura 50 secondi e produce due parti. La velocità potrebbe essere aumentata con uno stampo con più cavità, che produrrebbe più parti per ciclo, o riducendo il tempo di ciclo con modifiche al processo. Tuttavia, questo è il processo che noi e l'azienda di produzione a contratto abbiamo deciso essere ottimale per le nostre esigenze. Come vedremo successivamente, lo stampaggio a iniezione diventa il metodo di produzione più economico per questa parte con volumi superiori a circa 13 000 unità.

Con la Form 4L, abbiamo stampato 78 parti per ogni lavoro di stampa, il che significa che sono necessari 13 lavori di stampa per produrre 1000 parti. La tecnologia di stampa proprietaria Low Force Display™ utilizzata nelle macchine della serie Form 4 consente di ottenere una velocità elevata. Inoltre, per aumentare ulteriormente la velocità, sono state apportate delle regolazioni nell'editor delle impostazioni di stampa di PreForm. Un'impostazione di stampa personalizzata con uno spessore dello strato di 150 μm ha ridotto il numero di strati necessari per completare la stampa e ha aumentato irradianza ed esposizione per ridurre il tempo richiesto per ogni strato. Scopri di più su come utilizzare l'editor delle impostazioni di stampa.

Sia le parti stampate a iniezione che quelle stampate in 3D devono essere sottoposte a post-elaborazione. Nelle parti stampate a iniezione occorre rimuovere i canali. Le parti stampate in 3D in resina devono essere lavate e polimerizzate e i supporti devono essere rimossi. In entrambi i casi, la post-elaborazione può essere svolta dal personale durante la produzione, il che significa che la post-elaborazione aumenta la durata solo dell'ultimo ciclo.

Sebbene la nostra analisi diretta si sia concentrata esclusivamente sul tempo di produzione, il processo vero e proprio inizia con la fabbricazione dello stampo utilizzato per lo stampaggio a iniezione. La realizzazione di uno stampo di queste dimensioni e complessità richiede generalmente diverse settimane, che possono essere ridotte solo pagando un sovrapprezzo 2-3 volte superiore. Dal design finale alla produzione della parte finita, il tempo di produzione tipico è di 4-6 settimane, tenendo conto di design per la fabbricazione, taglio dello stampo, produzione ed elaborazione.

Data l'assenza di costi per le attrezzature, la stampa 3D è considerata un metodo economico per produrre un numero ridotto di parti. Questa reputazione ben meritata si applica anche in questo caso: per 1000 parti, la stampa 3D costa l'85% in meno rispetto allo stampaggio a iniezione. Abbiamo analizzato i numeri e abbiamo scoperto che il punto di pareggio tra i due metodi è di 13 050 parti.

Il costo per parte dello stampaggio a iniezione varia significativamente in base al volume di produzione, a causa dell'importante investimento iniziale necessario per le attrezzature. Lo strumento per lo stampaggio a iniezione utilizzato per la chiusura del miscelatore è costato circa 3600 $. Inoltre, l'azienda di produzione a contratto addebita 32 centesimi per parte per materiali, manodopera e spese generali. 

Al contrario, la stampa 3D non richiede attrezzature, quindi il costo per unità varia meno in base al volume di produzione e comprende hardware, materiali di consumo e manodopera.

Per questo confronto, abbiamo ammortizzato i costi dell'intera configurazione in tre anni, includendo sia l'investimento iniziale per l'acquisto della stampante sia i costi operativi, tra cui spazio, energia, manutenzione e solventi per il lavaggio delle parti. Nel caso di volumi elevati, il contributo dei costi dell'hardware al costo per parte è quasi trascurabile.

Per quanto riguarda i costi dei materiali, la chiusura del miscelatore di resina della Form 4 utilizza 6 mL di Black Resin V5 di Formlabs, che costa circa 65 $ al litro se acquistata in un contenitore da cinque litri, il che significa che il costo del materiale per parte è di 40 centesimi. In qualità di azienda produttrice integrata verticalmente, Formlabs offre sconti significativi sui volumi, fino a circa 35 euro al litro per le resine, quindi per produzioni di volumi elevati, il costo per parte potrebbe essere fino al 50% inferiore. Contatta il reparto vendite per scoprire di più sui prezzi della resina in grandi quantità e per ottenere un costo personalizzato per unità per la tua specifica applicazione.

Con la Form 4, il principale fattore di costo è la manodopera. L'area di stampa più piccola della Form 4 può contenere la metà delle parti rispetto alla Form 4L, il che significa che è necessario più del doppio dei lavori di stampa per raggiungere il numero di parti desiderato. Di conseguenza, il personale impiegherà più del doppio del tempo per la preparazione e la post-elaborazione delle parti stampate con la Form 4 rispetto alla Form 4L e il costo orario della manodopera sarà di conseguenza più alto. Nel nostro modello abbiamo ipotizzato un costo orario della manodopera di 30 $, che può essere modificato nel calcolatore del costo per parte.

Esistono molti modi per calcolare il costo per parte: questa suddivisione è solo uno dei tanti. Ad esempio, abbiamo omesso le spese di spedizione e le tariffe doganali dai nostri calcoli, poiché questi costi dipendono dalla località. Nel caso dello stampaggio a iniezione, questo comporterebbe probabilmente un costo aggiuntivo di 500-1000 $, mentre la stampa 3D in-house non comporta costi di spedizione.

Le persone che hanno guardato il video di aprile 2024 si sono domandate se le parti stampate in 3D sarebbero state in grado di resistere a un uso intenso. In passato, le resine SLA erano così fragili da non essere adatte per le parti per utilizzo finale, ma la nuova generazione di resine standard per usi generici di Formlabs ha una resistenza e una rigidità paragonabili a quelle del PET. Per questo test abbiamo scelto la Black Resin V5 poiché la sua resistenza e rigidità soddisfano i requisiti di utilizzo della parte. Inoltre, il colore nero opaco soddisfa le preferenze estetiche di questa parte.

Il design della chiusura richiede un equilibrio tra rigidità e flessibilità: deve essere abbastanza rigida da funzionare come leva, ma sufficientemente flessibile da poter essere inserita e disinserita. Le proprietà meccaniche della Black Resin V5 soddisfano i requisiti fisici del normale utilizzo di questa parte. Per ulteriori dettagli sulle proprietà di questo materiale, scarica la scheda tecnica della Black Resin V5.

È stato realizzato un tester di ciclo per chiudere e aprire la parte diverse centinaia di volte. Al termine del test, la parte stampata in 3D era ancora perfettamente funzionante.