Come confrontare i prezzi delle stampanti 3D SLS

Stampante 3D SLS economica Fuse 1+ 30W

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?
Whitepaper

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.

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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 bancoStampanti 3D SLS industriali tradizionali
PrezzoStarting at $28,989 for the Fuse 1+ 30WDa 200 000 € a oltre 500 000 €
Volume di stampaFino a 165 × 165 × 300 mmFino a 550 × 550 × 750 mm
VantaggiConveniente Parti di alta qualità Alto rendimento Ampia scelta di materiali Workflow semplificato Ingombro ridotto Manutenzione ridottaGrande volume di stampa Parti di alta qualità Alto rendimento Ampia scelta di materiali
SvantaggiVolume di stampa inferioreApparecchiature costose Ingombro elevato Requisiti della struttura Manutenzione elevata Richiede operatori dedicati

Cosa contribuisce al costo della stampa 3D SLS

Proprietà dell'attrezzatura

The cost of SLS ownership is not limited to only the printer hardware itself — there are also the accessory systems, maintenance, and service to consider. Printers themselves can range from around $10,000 for DIY cheap SLS printers to $500,000+ for the most expensive large-format industrial printers.

Formlabs was the first manufacturer to make industrial-quality printing available at the affordable end of the spectrum; the Fuse 1+ 30W starts at $28,989, while delivering parts of comparable quality to traditional industrial SLS options. However, regardless of which print engine is purchased, there are post-print steps that must be completed for usable parts.

SLS 3D printers provide the benefit of supportless printing, and though this eliminates the need for painstaking removal of support structures, there is still a removal step for the layer of unsintered powder coating the parts. For this step, an accessory system is integral. Almost every SLS manufacturer supplies a post-processing and powder recovery station, which itself can vary greatly in price, from $999 for Formlabs' Fuse Depowdering Kit, an affordable, all-in-one manual post-processing kit, to $9,999 for the Fuse Sift for a compact and efficient powder management station, to $50,000 for EOS’s solutions. 

After basic cleaning, media blasting (also called sand blasting) is recommended to fully depowder SLS parts. Manual media blasting cabinets are available for less than $500, while Fuse Blast is the first affordable, automated media blasting solution that can drastically reduce labor time and cost for $10,999.

For the entire ecosystem capable of producing industrial-quality parts, including the Fuse 1+ 30W SLS 3D printer, powder recycling and cleaning with Fuse Sift and Fuse Blast, to be available for under $60,000 is revolutionary, and has opened up opportunities for small businesses, individuals, and educational institutions to bring powerful powder bed fusion 3D printing in-house for the first time.

For all SLS printers on the market, there are options for service plans and maintenance contracts, some voluntary, others mandatory. For traditional industrial machines, most service contracts are priced at around 10% of the machine cost — enough to purchase a Fuse Series printer each year. Additionally, industrial printer service plans often have a mandatory renewal every year, creating yet another ongoing cost.

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

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

Calcolatore del ritorno d'investimento di Formlabs

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-houseFornitore di servizi SLS
Tempo di stampa13 ore e 10 minuti
Tempo di raffreddamento13 ore e 45 minuti
Tempo di setacciatura (manodopera di post-elaborazione)40 minuti
Tempo totale27 ore e 35 minuti7-10 giorni lavorativi
Costo dei materiali50 $
Costo della manodopera11,22 $
Costo totale61,22 $752,50 $
Costo per parte15,31 $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).

Prototipi di trapano, stampati su una stampante Fuse 1+ 30W a sinterizzazione laser selettiva (SLS) di Formlabs, su una stampante a fusione multi-getto (MJF) HP e su una stampante SLS industriale di EOS.

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?
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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.

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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.

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