LOS COSTOS DE LA IMPRESIÓN 3D: UNA VISIÓN GENERAL DE CONSIDERACIONES CLAVE
La llegada de la Industria 4.0 ha llevado a más fabricantes a considerar la manufactura aditiva como un complemento a sus procesos. Para participar en este nuevo paradigma, es necesario entender los principales impulsores de los costos de la manufactura aditiva. Examinaremos los cuatro factores principales que afectan los costos de producción en la manufactura aditiva.
PRINCIPALES IMPULSORES DE COSTOS EN LA MANUFACTURA ADITIVA
Los costos de la manufactura aditiva pueden agruparse en cuatro categorías: costos de maquinaria y herramientas, costos de mano de obra, costos de materiales y costos de post-procesamiento. El uso de la manufactura aditiva puede reducir los gastos de producción en tres de estas áreas críticas en comparación con la manufactura sustractiva y el moldeo por inyección.
INVERSIÓN EN COSTOS DE MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
El mayor impulsor de costos en la manufactura aditiva es la inversión inicial en equipos de producción. Según un estudio del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), los costos iniciales de las máquinas representan entre el 45 y el 74% del costo total de la manufactura aditiva. La inversión inicial en máquinas es el mayor impulsor de los costos de la manufactura aditiva, ya que el equipo de manufactura aditiva de precisión es bastante costoso de comprar e instalar.
Aunque el equipo de manufactura aditiva es costoso, los costos de herramientas son aproximadamente un 30% menores que los asociados con el moldeo por inyección. Los gastos de herramientas de un componente de manufactura aditiva representan alrededor del 5% del costo total de producción. Debido al costo de las herramientas, los productos fabricados de manera tradicional son más caros que los productos moldeados por inyección. Esto se debe a que la impresión capa por capa hace que el equipo de manufactura aditiva sea extremadamente adaptable a una amplia gama de productos, a diferencia de la manufactura sustractiva que requiere herramientas personalizadas para cada producto.
¿Cuánto cuesta una impresora 3D?
El costo de la impresión 3D está determinado en gran medida por esto. Este es el costo de comprar la impresora 3D.
Veamos los costos de algunas de las tecnologías de impresión más populares en varios rangos de precios.
Impresoras 3D FDM
Las impresoras FDM son algunas de las más populares en el mercado debido a su bajo costo. Ofertas económicas como la Ender 3 V2 comienzan en $270. Este precio relativamente bajo la hace popular entre aficionados, estudiantes e incluso profesionales de la impresión 3D.
Las impresoras FDM económicas producen una buena calidad de impresión por el precio, pero para impresiones más profesionales, querrás actualizar a una impresora de escritorio más costosa. La Prusa MK3S es una de estas.
Con un precio de $1,000, se sitúa entre el costo y el rendimiento, ofreciendo un mayor volumen de impresión y una gran calidad de impresión profesional a un precio decente.
Impresoras FDM de grado industrial de gran volumen como la BigRep ONE V3 de Studio G2 están disponibles, pero el precio de $63,000 seguramente las coloca fuera del alcance de la mayoría de los consumidores.
Tiene un volumen de construcción de 1005 x 1005 x 1005 mm, pesando aproximadamente 460 kg. Esta no es, por supuesto, la impresora 3D habitual, en comparación con el volumen de construcción estándar de 220 x 220 x 250 mm.
Impresoras 3D SLA y DLP
Las impresoras basadas en resina como SLA y DLP son utilizadas por personas que desean una mejor calidad y velocidad de impresión que las que ofrecen las impresoras FDM.
Las impresoras SLA económicas como la Anycubic Photon Zero o la Phrozen Sonic Mini 4K están disponibles en el rango de $150 a $200. Estas impresoras son máquinas simples orientadas a principiantes.
Para profesionales, unidades de banco como la Peopoly Phenom están disponibles por el impresionante precio de $2,000.
Otra impresora SLA respetable es la Anycubic Photon Mono X, con un volumen de construcción de 192 x 112 x 245 mm, a un precio muy por debajo de $1,000.
Estas impresoras se utilizan para crear impresiones grandes y detalladas que los modelos económicos no pueden manejar.
Impresoras 3D SLS
Las impresoras SLS son las más caras de esta lista. Cuestan más que tu impresora 3D promedio, con unidades de nivel de entrada como la Formlabs Fuse a $5,000. Estas unidades costosas podrían ni siquiera ser capaces de soportar las exigencias de la impresión industrial. Los modelos a gran escala como la Sintratec S2 son ideales para esto, con un rango de precios de alrededor de $30,000.
COSTOS DE MANO DE OBRA
La cantidad de costos de mano de obra relacionados con la manufactura aditiva es similar a la de los métodos de manufactura tradicionales. La razón principal es que ambos métodos son altamente automatizados. En ambos casos, los costos de mano de obra pueden reducirse simplificando las piezas. Esencialmente, esto implica rediseñar un producto de manera que se reduzca el número total de piezas, reduciendo así los costos de producción, ensamblaje y post-procesamiento. NIST encontró que los costos de mano de obra involucrados en la manufactura aditiva representan menos del 10% de los costos de producción totales.
COSTOS DE MATERIALES
Los materiales utilizados en los procesos de manufactura aditiva pueden ser significativamente más caros que los lingotes de metal o los plásticos para el moldeo por inyección. En una base de peso, los materiales de manufactura aditiva son hasta ocho veces más caros que los materiales tradicionales. El costo de la manufactura aditiva depende de varios factores, incluidos el proceso aditivo y los materiales utilizados durante la producción.
Las piezas de manufactura aditiva tienen menor complejidad, requieren menos tiempo de producción y consumen significativamente menos materias primas (hasta un 90%) que los métodos de manufactura tradicionales. Por el contrario, las materias primas representan solo entre el 18% y el 30% de los costos de producción totales, en promedio. Se espera que estos costos disminuyan a medida que se disponga de más opciones de materiales.
¿Cómo se calcula el costo de los materiales para la impresión 3D?
En la impresión 3D, este es un costo recurrente importante. En gran medida, la calidad del material de impresión determina la calidad del modelo 3D. Veamos algunos de los materiales de impresión más populares.
Costo de los materiales de impresión FDM
Las impresoras FDM utilizan filamentos termoplásticos. Al imprimir, los filamentos se seleccionan en función de su resistencia, flexibilidad y condiciones. El precio de estos filamentos está determinado por la calidad del filamento.
Los filamentos más populares son PLA, ABS y PETG. Son utilizados por la mayoría de los aficionados a la FDM debido a su bajo precio (alrededor de $20 a $25 por bobina). Hay varias opciones de color disponibles. PLA es uno de los filamentos más fáciles de imprimir, pero pueden tener la desventaja de ser demasiado frágiles o débiles para algunas aplicaciones. Las piezas pueden fortalecerse a través de configuraciones como la densidad de relleno, el número de paredes perimetrales o incluso la temperatura de impresión. Podemos pasar a materiales más resistentes si esto no proporciona suficiente resistencia. También están disponibles filamentos de propósito especial como madera, que brilla en la oscuridad, Amphora, filamentos flexibles (TPU, TCU), etc. Estos filamentos se utilizan para proyectos especiales que requieren estos tipos de materiales, por lo que sus precios están por encima del rango promedio. También tenemos filamentos de alta calidad como los filamentos infundidos con metal, fibra y PEEK. Estos son filamentos costosos que se utilizan en situaciones donde la calidad y la resistencia del material son críticas. Los precios varían de $30 a $400 por kilogramo.
Costo de los materiales de impresión SLA
Las impresoras SLA utilizan resina fotopolimérica como material de impresión. La resina es un polímero líquido que se endurece cuando se expone a la luz UV. Hay muchos tipos de resinas, que van desde las resinas estándar de nivel de entrada hasta las resinas de alto rendimiento e incluso las resinas dentales utilizadas por profesionales. Algunas de las resinas más populares en el mercado son Anycubic Eco Resin y Elegoo Water Washable Resin. Las resinas permiten que el material se cure rápidamente, permitiendo una impresión más rápida. El comprador también puede elegir entre una variedad de colores. Los precios varían de $30 a $50 por litro. También hay resinas para aplicaciones especiales como la impresión 3D dental y la cerámica. Las resinas pueden usarse para imprimir desde coronas dentales hasta piezas 3D infundidas con metal. El costo de estas resinas puede variar de $100 a $400 por litro.
Costo de los materiales de impresión SLS
Las impresoras SLS utilizan medios en polvo. El polvo estándar para una impresora SLS es el nylon PA12, que cuesta entre $100 y $200 por kg. Los costos del polvo pueden llegar a $700 por kg para las impresoras SLS de metal, según el tipo de metal.
COSTOS DE POST-PROCESAMIENTO
El post-procesamiento es necesario para cualquier pieza fabricada. Con las piezas de metal, esto generalmente implica el pulido o lavado. La superficie de las piezas fabricadas aditivamente, especialmente aquellas utilizadas en sistemas mecánicos de precisión, debe ser acabada para eliminar el exceso de material. Dependiendo del proceso exacto y los materiales involucrados, NIST encontró que los costos de post-procesamiento representan del 4 al 13% de los costos de producción totales. Independientemente del método que elijas, los gastos de post-procesamiento para las piezas fabricadas de manera tradicional y aditiva son inevitables y similares.
EL CASO COMERCIAL PARA LA MANUFACTURA ADITIVA
A pesar de los factores de costos asociados con la manufactura aditiva, hay un beneficio notable: el tiempo ahorrado en la producción de prototipos y productos terminados. Aunque la inversión inicial puede ser elevada, el tiempo que se ahorra aumenta la productividad y permite a los fabricantes tradicionales entrar en nuevos mercados rentables. Los diseñadores también pueden centrarse en diseñar para la funcionalidad en lugar de la capacidad de fabricación gracias a la flexibilidad de los procesos de manufactura aditiva.
La industria aeroespacial es otro excelente ejemplo de aplicación de la manufactura aditiva. Más de 100 piezas del caza F-18 Hornet, que ha estado en servicio durante más de 20 años, se fabrican de manera aditiva. Según ejecutivos de aviación, las piezas fabricadas aditivamente en los aviones ahorran millones de dólares en costos de combustible cada año debido a su peso reducido. Northwest Airlines pudo ahorrar $440,000 en costos de combustible para vuelos internacionales utilizando piezas fabricadas aditivamente en sus aviones.
La manufactura aditiva ha permitido a los fabricantes producir productos cada vez más complejos con menos desperdicio y en menos tiempo.
Además, los costos de los equipos han disminuido. Ajustando por inflación, NIST encontró que el precio promedio de los sistemas de manufactura aditiva ha disminuido un 51% entre 2001 y 2011. A medida que la tecnología avanza, los fabricantes de cualquier industria deberían considerar integrar la manufactura aditiva en sus procesos industriales existentes.
La manufactura aditiva en la industria electrónica permite a los diseñadores crear dispositivos cada vez más complejos con nuevos factores de forma emocionantes. Con tintas conductoras de nanopartículas, la impresión 3D puede utilizarse para imprimir dispositivos electrónicos multicapa como sensores inalámbricos, electrónicos portátiles y aplicaciones del Internet de las cosas. Con las capacidades de procesamiento y los sistemas avanzando, se espera que las aplicaciones solo aumenten.
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