OS CUSTOS DA IMPRESSÃO 3D – UMA VISÃO GERAL DAS CONSIDERAÇÕES PRINCIPAIS
A chegada da Indústria 4.0 levou mais fabricantes a considerar a manufatura aditiva como um complemento aos seus processos. Para participar deste novo paradigma, é necessário entender os principais impulsionadores dos custos da manufatura aditiva. Vamos examinar os quatro fatores principais que afetam os custos de produção na manufatura aditiva.
PRINCIPAIS IMPULSIONADORES DE CUSTOS NA MANUFATURA ADITIVA
Os custos da manufatura aditiva podem ser agrupados em quatro categorias: custos de máquinas e ferramentas, custos de mão de obra, custos de materiais e custos de pós-processamento. O uso da manufatura aditiva pode reduzir as despesas de produção em três dessas áreas críticas em comparação com a manufatura subtrativa e a moldagem por injeção.
INVESTIMENTO EM CUSTOS DE MÁQUINAS E FERRAMENTAS
O maior impulsionador de custos na manufatura aditiva é o investimento inicial em equipamentos de produção. Segundo um estudo do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), os custos iniciais das máquinas representam de 45 a 74% do custo total da manufatura aditiva. O investimento inicial em máquinas é o maior impulsionador dos custos da manufatura aditiva, pois os equipamentos de manufatura aditiva de precisão são bastante caros para comprar e instalar.
Embora os equipamentos de manufatura aditiva sejam caros, os custos de ferramentas são cerca de 30% menores do que os associados à moldagem por injeção. As despesas de ferramentas de um componente de manufatura aditiva representam cerca de 5% do custo total de produção. Devido ao custo das ferramentas, os produtos fabricados tradicionalmente são mais caros do que os produtos moldados por injeção. Isso ocorre porque a impressão camada por camada torna os equipamentos de manufatura aditiva extremamente adaptáveis a uma ampla gama de produtos, ao contrário da manufatura subtrativa, que exige ferramentas personalizadas para cada produto.
Quanto custa uma impressora 3D?
O custo da impressão 3D é amplamente determinado por isso. Este é o custo de comprar a impressora 3D.
Vamos analisar os custos de algumas das tecnologias de impressão mais populares em vários pontos de preço.
Impressoras 3D FDM
As impressoras FDM são algumas das mais populares no mercado devido ao seu baixo custo. Ofertas econômicas como a Ender 3 V2 começam em $270. Este preço relativamente baixo a torna popular entre amadores, estudantes e até profissionais de impressão 3D.
As impressoras FDM econômicas produzem uma boa qualidade de impressão pelo preço, mas para impressões mais profissionais, você vai querer atualizar para uma impressora de mesa mais cara. A Prusa MK3S é uma dessas.
Com um preço de $1.000, ela está entre o custo e o desempenho, oferecendo um volume de impressão maior e uma grande qualidade de impressão profissional a um preço decente.
Impressoras FDM de grau industrial e grande volume, como a BigRep ONE V3 da Studio G2, estão disponíveis, mas o preço de $63.000 certamente as coloca fora do alcance da maioria dos consumidores.
Ela tem um volume de construção de 1005 x 1005 x 1005mm, pesando cerca de 460kg. Esta, é claro, não é a impressora 3D usual, em comparação com o volume de construção padrão de 220 x 220 x 250mm.
Impressoras 3D SLA e DLP
Impressoras baseadas em resina como SLA e DLP são usadas por pessoas que desejam uma qualidade de impressão e velocidade um pouco melhores do que as oferecidas pelas impressoras FDM.
Impressoras SLA baratas, como a Anycubic Photon Zero ou a Phrozen Sonic Mini 4K, estão disponíveis na faixa de $150-$200. Estas impressoras são máquinas simples voltadas para iniciantes.
Para profissionais, unidades de bancada como a Peopoly Phenom estão disponíveis pelo impressionante preço de $2.000.
Outra impressora SLA respeitável é a Anycubic Photon Mono X, com um volume de construção de 192 x 112 x 245mm, a um preço bem abaixo de $1.000.
Impressoras como essa são usadas para criar impressões grandes e detalhadas que os modelos econômicos não conseguem manusear.
Impressoras 3D SLS
As impressoras SLS são as mais caras desta lista. Elas custam mais do que a sua impressora 3D média, com unidades de nível de entrada como a Formlabs Fuse custando $5.000. Essas unidades caras podem nem mesmo ser capazes de acompanhar o rigor da impressão industrial. Modelos em grande escala como a Sintratec S2 são ideais para isso, com um intervalo de preço de cerca de $30.000.
CUSTOS DE MÃO DE OBRA
A quantidade de custos de mão de obra relacionados à manufatura aditiva é semelhante à dos métodos de manufatura tradicionais. A principal razão para isso é que ambos os métodos são altamente automatizados. Tanto na manufatura tradicional quanto na aditiva, os custos de mão de obra podem ser reduzidos simplificando as peças. Essencialmente, isso envolve redesenhar um produto de forma que o número total de peças seja reduzido, reduzindo assim os custos de produção, montagem e pós-processamento. O NIST descobriu que os custos de mão de obra envolvidos na manufatura aditiva representam menos de 10% dos custos de produção totais.
CUSTOS DE MATERIAIS
Os materiais usados nos processos de manufatura aditiva podem ser significativamente mais caros do que os lingotes de metal ou plásticos para moldagem por injeção. Em uma base de peso, os materiais de manufatura aditiva são até oito vezes mais caros do que os materiais tradicionais. O custo da manufatura aditiva depende de vários fatores, incluindo o processo aditivo e os materiais usados durante a produção.
As peças de manufatura aditiva têm menor complexidade, requerem menos tempo de produção e consomem significativamente menos matérias-primas (até 90%) do que os métodos de manufatura tradicionais. Por outro lado, as matérias-primas representam apenas de 18% a 30% dos custos de produção totais, em média. Espera-se que esses custos diminuam à medida que mais opções de materiais se tornem disponíveis.
Como calcular o custo dos materiais para impressão 3D?
Na impressão 3D, este é um custo recorrente importante. Em grande parte, a qualidade do material de impressão determina a qualidade do modelo 3D. Vamos analisar alguns dos materiais de impressão mais populares.
Custo dos materiais de impressão FDM
As impressoras FDM usam filamentos termoplásticos. Na impressão, os filamentos são selecionados com base em sua resistência, flexibilidade e condições. O preço desses filamentos é determinado pela qualidade do filamento.
Os filamentos mais populares são PLA, ABS e PETG. Eles são usados pela maioria dos entusiastas de FDM devido ao seu baixo preço (cerca de $20-$25 por bobina). Existem várias opções de cores disponíveis. PLA é um dos filamentos mais fáceis de imprimir, mas podem ter a desvantagem de serem muito frágeis ou fracos para algumas aplicações. As peças podem ser reforçadas através de configurações como densidade de preenchimento, número de paredes perimetrais ou até mesmo temperatura de impressão. Podemos passar para materiais mais fortes se isso não fornecer resistência suficiente. Também estão disponíveis filamentos de propósito especial, como madeira, que brilham no escuro, Amphora, filamentos flexíveis (TPU, TCU), etc. Esses filamentos são usados para projetos especiais que exigem esses tipos de materiais, portanto, seus preços estão acima da faixa média. Também temos filamentos de alta qualidade, como os filamentos infundidos com metal, fibra e PEEK. Esses são filamentos caros que são usados em situações onde a qualidade e a resistência do material são críticas. Os preços variam de $30 a $400 por quilograma.
Custo dos materiais de impressão SLA
As impressoras SLA usam resina fotopolimérica como material de impressão. A resina é um polímero líquido que endurece quando exposto à luz UV. Existem muitos tipos de resinas, variando das resinas padrão de nível de entrada às resinas de alto desempenho e até resinas dentárias usadas por profissionais. Algumas das resinas mais populares no mercado são a Anycubic Eco Resin e a Elegoo Water Washable Resin. As resinas permitem que o material cure rapidamente, permitindo uma impressão mais rápida. O comprador também pode escolher entre uma variedade de cores. Os preços variam de $30 a $50 por litro. Também existem resinas para aplicações especiais, como impressão 3D dentária e cerâmica. As resinas podem ser usadas para imprimir desde coroas dentárias até peças 3D infundidas com metal. O custo dessas resinas pode variar de $100 a $400 por litro.
Custo dos materiais de impressão SLS
As impressoras SLS usam meios em pó. O pó padrão para uma impressora SLS é o nylon PA12, que custa entre $100 e $200 por kg. Os custos do pó podem chegar a $700 por kg para impressoras SLS de metal, dependendo do tipo de metal.
CUSTOS DE PÓS-PROCESSAMENTO
O pós-processamento é necessário para qualquer peça fabricada. Com peças de metal, isso geralmente envolve polimento ou lavagem. A superfície das peças fabricadas de maneira aditiva, especialmente aquelas usadas em sistemas mecânicos de precisão, deve ser acabada para remover o excesso de material. Dependendo do processo exato e dos materiais envolvidos, o NIST descobriu que os custos de pós-processamento representam de 4 a 13% dos custos de produção totais. Independentemente do método escolhido, os gastos com pós-processamento para peças fabricadas de maneira tradicional e aditiva são inevitáveis e semelhantes.
O CASO COMERCIAL PARA A MANUFATURA ADITIVA
Apesar dos impulsionadores de custos associados à manufatura aditiva, há um benefício notável: o tempo economizado na produção de protótipos e produtos acabados. Embora o investimento inicial possa ser elevado, o tempo economizado aumenta a produtividade e permite que os fabricantes tradicionais entrem em novos mercados lucrativos. Os designers também podem se concentrar em projetar para a funcionalidade em vez da capacidade de fabricação, graças à flexibilidade dos processos de manufatura aditiva.
A indústria aeroespacial é outro excelente exemplo de aplicação da manufatura aditiva. Mais de 100 peças do caça F-18 Hornet, que está em serviço há mais de 20 anos, são fabricadas de maneira aditiva. Segundo executivos da aviação, as peças fabricadas de maneira aditiva nos aviões economizam milhões de dólares em custos de combustível a cada ano devido ao seu peso reduzido. A Northwest Airlines conseguiu economizar $440.000 em custos de combustível para voos internacionais usando peças fabricadas de maneira aditiva em suas aeronaves.
A manufatura aditiva permitiu aos fabricantes produzir produtos cada vez mais complexos com menos desperdício e em menos tempo.
Além disso, os custos dos equipamentos diminuíram. Ajustando pela inflação, o NIST descobriu que o preço médio dos sistemas de manufatura aditiva diminuiu 51% entre 2001 e 2011. À medida que a tecnologia avança, os fabricantes de qualquer indústria devem considerar integrar a manufatura aditiva em seus processos industriais existentes.
A manufatura aditiva na indústria eletrônica permite que os designers criem dispositivos cada vez mais complexos com novos fatores de forma emocionantes. Com tintas condutoras de nanopartículas, a impressão 3D pode ser usada para imprimir dispositivos eletrônicos multicamada, como sensores sem fio, eletrônicos vestíveis e aplicações da Internet das Coisas. Com as capacidades de processamento e os sistemas avançando, espera-se que as aplicações apenas aumentem.
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