La stampante 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) Fuse 1+ 30W di Formlabs
Fin dalla sua invenzione negli anni '80, la stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) è stata utilizzata dai grandi produttori per la prototipazione e la produzione in piccoli lotti. Tuttavia, negli ultimi anni il prezzo di una stampante 3D SLS è gradualmente diventato accessibile anche ai produttori di piccole e medie dimensioni. L'elevata qualità delle parti, il costo per unità ridotto e la prontezza di produzione sono alcuni dei fattori che hanno contribuito all'adozione di questa tecnologia in tutto il mondo.
La stampa 3D SLS è una tecnologia di produzione additiva in cui un sottile strato di particelle di polvere plastica viene sinterizzato da un laser ad alta potenza come sezione trasversale di un file 3D. La stampante continua a stendere e sinterizzare il materiale nella camera di stampa, realizzando strato dopo strato la parte finale. Nelle stampanti 3D a fusione su letto di polvere di plastica, il letto di polvere sostiene le parti mentre vengono costruite; ciò elimina la necessità delle strutture di supporto presenti nella maggior parte delle altre tecnologie di stampa 3D e consente di realizzare geometrie complesse con sporgenze, canali interni e dettagli a incastro. L'assenza di strutture di supporto significa anche che la post-elaborazione è più semplice e richiede meno manodopera, consentendo una produzione di parti sempre uniforme e su larga scala.
Poiché la tecnologia SLS richiede un laser ad alta potenza, un elevato livello di precisione e un controllo rigoroso durante tutto il processo, la stampante SLS più economica è comunque più costosa della maggior parte dei modelli a modellazione a deposizione fusa (FDM) e di molti modelli a stereolitografia (SLA). Tuttavia, grazie all'elevata produttività e ai costi ridotti delle nuove soluzioni industriali da banco, l'adozione di una stampante 3D SLS in-house può portare a un ritorno d'investimento positivo nel giro di pochi mesi, nonostante l'investimento iniziale più elevato.
In questo articolo confronteremo i prezzi delle diverse stampanti 3D SLS e forniremo una panoramica completa dei costi di questa tecnologia. Valuteremo aspetti quali il prezzo di acquisto iniziale, la manutenzione continua, l'acquisto di materiali e altro ancora.
Esternalizzazione o produzione interna: quando conviene portare la stampa 3D SLS in-house?
In questo whitepaper valuteremo la proposta di valore dell'adozione di stampanti 3D SLS in-house e la confronteremo con l'esternalizzazione delle parti SLS a un fornitore di servizi.
Prezzi delle stampanti 3D SLS: modelli da banco e industriali
Un tempo le stampanti SLS erano sistemi complessi, voluminosi e costosi, accessibili solo ai giganti industriali con grandi impianti di produzione. Negli ultimi cinque anni, le opzioni da banco hanno consentito ai produttori di piccole e medie dimensioni di accedere alle potenzialità e alla produttività offerte dalla stampa 3D SLS.
Quando si confrontano soluzioni SLS da banco, come la serie Fuse, con le opzioni industriali tradizionali, vi sono diversi fattori da tenere in considerazione: il prezzo di acquisto, le dimensioni, la facilità di utilizzo, i requisiti infrastrutturali e i costi fissi. Nella tabella seguente, esaminiamo questi fattori in un confronto tra un sistema SLS industriale da banco (la Fuse 1+ 30W di Formlabs) e un sistema SLS tradizionale (basato sulla gamma di prodotti di EOS e 3D Systems).
| Serie Fuse: stampanti 3D SLS industriali da banco | Stampanti 3D SLS industriali tradizionali | |
|---|---|---|
| Prezzo | A partire da 23 699 € per la Fuse 1+ 30W | Da 200 000 € a oltre 500 000 € |
| Volume di stampa | Fino a 165 × 165 × 300 mm | Fino a 550 × 550 × 750 mm |
| Vantaggi | Conveniente Parti di alta qualità Alto rendimento Ampia scelta di materiali Workflow semplificato Ingombro ridotto Manutenzione ridotta | Grande volume di stampa Parti di alta qualità Alto rendimento Ampia scelta di materiali |
| Svantaggi | Volume di stampa inferiore | Apparecchiature costose Ingombro elevato Requisiti della struttura Manutenzione elevata Richiede operatori dedicati |
Cosa contribuisce al costo della stampa 3D SLS
Proprietà dell'attrezzatura
Il costo di proprietà di una stampante SLS non si limita solo all'hardware, ma comprende anche i sistemi accessori, la manutenzione e l'assistenza. Le stampanti stesse possono avere un costo che va da circa 10 000 € per le soluzioni SLS economiche fai da te, a oltre 500 000 € per le stampanti industriali di grande formato più costose.
Formlabs è stata la prima azienda produttrice a rendere disponibile la stampa di qualità industriale a un prezzo accessibile: il prezzo di partenza della Fuse 1+ 30W è di 23 699 € e fornisce parti di qualità paragonabile alle opzioni SLS industriali tradizionali. Tuttavia, indipendentemente dal motore di stampa acquistato, per ottenere parti utilizzabili è necessario eseguire alcune operazioni post-stampa.
Le stampanti 3D SLS offrono il vantaggio di stampare senza supporti. Ciò elimina la necessità di rimuovere meticolosamente le strutture di supporto, ma è comunque necessario rimuovere lo strato di polvere non sinterizzata che riveste le parti. Per questa fase, è fondamentale avere un sistema accessorio. Quasi tutte le aziende produttrici di sistemi SLS forniscono una stazione di recupero della polvere e di post-elaborazione, il cui prezzo può variare notevolmente, da 959 € per il Fuse Depowdering Kit di Formlabs, un kit di post-elaborazione manuale integrato e dal prezzo accessibile, a 9599 € per la Fuse Sift, una stazione di gestione della polvere compatta ed efficiente, fino a 50 000 € per le soluzioni di EOS.
Per rimuovere ogni traccia di polvere in eccesso, dopo la pulizia di base si consiglia di trattare le parti SLS con una sabbiatrice. Le sabbiatrici manuali sono disponibili a un prezzo inferiore a 500 €, mentre la Fuse Blast è la prima soluzione di sabbiatura automatizzata e conveniente che è in grado di ridurre significativamente costi e manodopera a soli 10 699 €.
L'intero ecosistema di produzione di parti di qualità industriale, che include la stampante 3D SLS Fuse 1+ 30W e le soluzioni di pulizia e riciclaggio della polvere Fuse Sift e Fuse Blast, è disponibile a meno di 60 000 €. Ciò rappresenta una rivoluzione per piccole aziende, singoli utenti e istituti formativi, nonché un'opportunità di introdurre in-house, per la prima volta, la stampa 3D a fusione su letto di polvere.
Per tutte le stampanti SLS presenti sul mercato, esistono opzioni di piani di assistenza e contratti di manutenzione, alcuni volontari, altri obbligatori. Per gli apparecchi industriali tradizionali, la maggior parte dei contratti di assistenza ha un prezzo pari a circa il 10% del costo dell'apparecchio stesso, un importo sufficiente ad acquistare una stampante della serie Fuse all'anno. Inoltre, i piani di assistenza per le stampanti industriali prevedono spesso un rinnovo obbligatorio annuale, il che genera un ulteriore costo fisso.
Materie prime e di consumo
Il materiale più popolare per la stampa 3D SLS è il nylon, una robusta termoplastica ingegneristica utilizzata per parti funzionali resistenti e leggere. Anche i compositi di nylon sono molto comuni e alcuni produttori offrono anche opzioni più flessibili, come il TPU. Il costo di questi materiali varia da un produttore all'altro, ma la maggior parte dei materiali in nylon ha un prezzo di circa 100 $/kg, con sconti disponibili per volumi maggiori.
Sebbene i prezzi delle materie prime siano simili tra i diversi produttori, il costo fisso derivante dall'utilizzo di tali materiali può variare in base all'efficienza del workflow. L'efficienza dipende da due fattori: la densità di stampa e il tasso di rigenerazione.
La densità di stampa delle stampanti SLS da banco, come quelle della serie Fuse, può spesso raggiungere il 30%, portando a un workflow di stampa senza sprechi. Il workflow di stampa senza sprechi si basa su un equilibrio tra la densità di stampa e il tasso di rigenerazione. Il tasso di rigenerazione si riferisce alla quantità di polvere fresca necessaria per ogni nuova stampa. La maggior parte dei tassi di rigenerazione delle stampanti SLS è compresa tra il 30% e il 50%, anche se alcuni sistemi industriali offrono un tasso di appena il 20%.
Tuttavia, ciò che conta maggiormente per il costo dei materiali di consumo è l'equilibrio tra tasso di rigenerazione e densità di stampa. Quando sono uguali o quando quest'ultima è più alta, solo la polvere sinterizzata deve essere sostituita da polvere fresca. Ciò significa che a lungo termine viene utilizzata tutta la polvere, il che porta a zero sprechi e a un uso più efficiente dei fondi.
Manodopera
Sebbene la natura autoportante della stampa a letto di polvere elimini la manodopera legata alla rimozione dei supporti dalle parti stampate sugli apparecchi FDM o SLA, è comunque necessario eliminare manualmente la polvere in qualche fase di post-elaborazione. Alcune soluzioni sono molto complesse e richiedono manutenzione e un lungo elenco di passaggi tra una stampa e l'altra.
La Fuse Sift semplifica i workflow di rimozione della polvere, riciclaggio e miscelazione.
Nei sistemi SLS tradizionali di grandi dimensioni, stampante e apparecchio per la post-elaborazione devono essere operate da un tecnico dedicato. Inoltre, in alcuni casi sono necessarie unità aggiuntive per il riciclaggio della polvere. In più, nei sistemi SLS tradizionali, sia la stampante che l'apparecchio per la post-elaborazione richiedono almeno un'intera giornata lavorativa di pulizia ed eliminazione della polvere prima di passare a un nuovo tipo di polvere. Il calcolo dei costi deve tenere conto sia del tempo di manodopera aggiuntivo sia della perdita di produzione potenziale durante i tempi di inattività necessari per la pulizia. Il sistema della serie Fuse di Formlabs richiede solo quattro ore di lavoro per passare dalla Nylon 12 Powder alla Nylon 11 Powder. E se i due materiali coinvolti hanno lo stesso componente di base, ad esempio nel passaggio da Nylon 12 Powder a Nylon 12 GF Powder, basta anche la metà del tempo.
Le opzioni SLS a basso costo, come alcune soluzioni fai da te, non hanno accessori di post-elaborazione, quindi il personale deve dedicare molto più tempo a eliminazione della polvere, miscelazione, riciclaggio e manodopera. I loro workflow meno intuitivi creano anche molte attività manuali fisse.
Le stampanti della serie Fuse di Formlabs combinano il workflow semplificato di un sistema SLS tradizionale con l'ingombro gestibile di opzioni meno costose. Le stampanti della serie Fuse e la Fuse Sift si inseriscono facilmente in un'area di lavoro esistente e la Fuse Sift rende facile e intuitive le attività di eliminazione della polvere, riciclaggio e gestione delle polveri, così da potersi dedicare ad attività più importanti.
Calcolatore del ritorno d'investimento della stampa 3D SLS
Il calcolatore del ritorno d'investimento di Formlabs semplifica il calcolo del budget per una stampante 3D SLS, suddividendo il prezzo di acquisto di hardware, materiali, manodopera e tutti gli altri costi e calcolando il costo per parte sulla base di un determinato volume di produzione. È inoltre possibile utilizzare lo strumento per confrontare i risparmi di tempo e denaro ottenuti con la stampa 3D SLS rispetto ad alternative come l'esternalizzazione o altri metodi di produzione.
Stampa 3D SLS: produzione in-house o esternalizzazione
La sinterizzazione laser selettiva è un metodo ideale per realizzare prototipi di parti funzionali, resistenti e di qualità industriale in modo rapido ed economico, nonché per produrre parti per utilizzo finale personalizzate o in volumi ridotti. Molti produttori, ingegneri e designer di prodotto fanno già affidamento alle parti SLS, sia prodotte in-house o tramite un fornitore di servizi.
Da quando questa tecnologia è diventata disponibile, per la maggior parte delle aziende l'esternalizzazione è stato l'unico modo per ottenere parti SLS: solo quelle più grandi potevano permettersi di avere un'unità in-house. Tuttavia, l'esternalizzazione può essere ancora oggi vantaggiosa in alcuni casi, in particolare per le parti uniche o le aziende fondate da poco, che potrebbero non disporre di fondi sufficienti per l'acquisto di una stampante 3D SLS. I fornitori di servizi possono fornire una soluzione provvisoria per la prototipazione o anche per la produzione in volumi molto ridotti. Ma ora che la tecnologia SLS di alta qualità è a portata di mano, vale la pena di esaminare i costi della stampa 3D SLS anche per i produttori di piccole e medie dimensioni.
Una stampante Fuse 1+ 30W in-house può essere acquistata a un decimo del costo dei sistemi SLS tradizionali e permette di ottenere un maggior controllo sul processo di produzione. Una volta installate in-house, le stampanti della serie Fuse spesso garantiscono un ritorno d'investimento positivo in sole cinque settimane per i casi di produzione e in due o tre mesi per la prototipazione. Le aziende possono eliminare la dipendenza dall'esternalizzazione, accelerare la prototipazione o la produzione in volumi ridotti e limitare l'impatto sulle scadenze di variabili come i tempi di spedizione. In un recente whitepaper, abbiamo analizzato sei diversi scenari di prototipazione e produzione per determinare con esattezza la rapidità con cui le aziende possono ammortizzare il costo della Fuse 1+ 30W stampando in-house. Di seguito trovi un esempio.
Prototipo: scocca di trapano elettrico
Materiale: Nylon 12 Powder
Stampa: due parti per ciascun assemblaggio, quattro parti in totale
| Fuse 1+ 30W in-house | Fornitore di servizi SLS | |
|---|---|---|
| Tempo di stampa | 13 ore e 10 minuti | |
| Tempo di raffreddamento | 13 ore e 45 minuti | |
| Tempo di setacciatura (manodopera di post-elaborazione) | 40 minuti | |
| Tempo totale | 27 ore e 35 minuti | 7-10 giorni lavorativi |
| Costo dei materiali | 50 $ | |
| Costo della manodopera | 11,22 $ | |
| Costo totale | 61,22 $ | 752,50 $ |
| Costo per parte | 15,31 $ | 188,13 $ |
Il tempo totale necessario per produrre questi prototipi consentirebbe a chi si affida a un sistema SLS in-house di eseguire cinque cicli di produzione completi alla settimana, stampando dieci iterazioni dell'assemblaggio a due parti della scocca del trapano. Rispetto a una singola iterazione ogni due settimane ottenuta con l'esternalizzazione, una stampante SLS in-house offre possibilità di iterazione finora inesplorate. Ogni nuovo modello può avere un'estetica differente, design alternativi dell'impugnatura o filettature per le viti in posizioni diverse e può essere presentato fisicamente a un team di approvazione il giorno successivo.
Rispetto a un fornitore di servizi, il risparmio ammonta a circa 700 $, ovvero oltre il 90% del costo di ciascun ciclo. Ciò significa che un utente della Fuse 1+ 30W può ottenere un ritorno d'investimento positivo in appena tre mesi (o in poco più di un anno, se la utilizza una sola volta a settimana).
Il prototipo di trapano, stampato su una stampante Fuse 1+ 30W in-house (a sinistra) e commissionato a un fornitore di servizi con una stampante MJF (HP) (al centro) e una stampante SLS (EOS) (a destra).
Tuttavia, le applicazioni di prototipazione rapida non sono le sole ad aver creato un ritorno d'investimento positivo così rapido. Nel whitepaper abbiamo anche analizzato scenari di produzione in-house a volumi ridotti di parti per utilizzo finale e di supporti di produzione, scoprendo che il costo della stampante è stato ammortizzato in tempi altrettanto rapidi.
Esternalizzazione o produzione interna: quando conviene portare la stampa 3D SLS in-house?
In questo whitepaper valuteremo la proposta di valore dell'adozione di stampanti 3D SLS in-house e la confronteremo con l'esternalizzazione delle parti SLS a un fornitore di servizi.
Conclusioni
Introdurre la stampa 3D SLS in-house era un tempo troppo costoso per la maggior parte delle aziende, sia per il costo dell'hardware che per i costi fissi di materiali, piani di assistenza ed esigenze di manutenzione.
Adesso la stampa SLS in-house è a portata di mano, con costi per l'hardware accessibili e workflow semplificati che riducono i costi operativi fissi. Pur essendo ancora una tecnologia più costosa rispetto alla FDM o alla SLA, la stampa 3D SLS offre ai produttori un'importante possibilità di creare valore. L'elevato rendimento e l'eccellente qualità delle parti consentono alle aziende di accorciare i tempi di commercializzazione grazie alla rapida iterazione e alla produzione in volumi ridotti, ma anche di ridurre la dipendenza da produttori esterni per le attrezzature e le parti di ricambio. Una stampa 3D veloce, efficiente e di alta qualità può ammortizzare rapidamente il costo della stampante, soprattutto se paragonata ad altre soluzioni come l'esternalizzazione.
Le stampanti della serie Fuse di Formlabs producono parti di qualità paragonabile a quella dei grandi apparecchi SLS tradizionali, con prezzi accessibili, cataloghi di materiali simili e sistemi di riciclaggio della polvere più efficienti. Le stampanti della serie Fuse sono il modo più accessibile per produrre in-house parti per uso industriale di alta qualità.
