Injection molding VS 3D printing, análisis del caso PRUSA
Cuando una empresa se plantea la fabricación de piezas o productos plásticos en la actualidad, inevitablemente se topa con un gran dilema: ¿Invertir en inyección de plástico o apostar por la impresión 3D? A menudo vemos en el panorama industrial cómo las organizaciones intentan abogar por una de las tecnologías para descartar la otra. Sin embargo, nada más lejos de la realidad, cada una aporta unos beneficios distintos y tienen sus ámbitos de aplicación, muchas veces complementarios entre sí. Para ilustrar esto, qué mejor ejemplo que el publicado por PRUSA Research, la famosa marca de impresoras 3D que, curiosamente, pese a contar con su masiva granja de impresoras 3D para autofabricar las propias máquinas de impresión 3D, también cuenta con líneas de moldes por inyección.
Basándonos en su análisis sobre la producción de su modelo MK4S, ofrecemos las ventajas y desventajas que ellos mismos publicaron en su revista anual, y un interesante gráfico sobre el punto de inflexión exacto entre ambas tecnologías.
Fuente: https://pro.prusa3d.com/insights/guides/injection-molding-vs-3d-printing/
El poder de la inyección de plástico, el volumen
Cuando una empresa necesita producir en masa, la opción de oro es la inyección de plástico. Aunque supone un compromiso financiero importante, la rentabilidad a largo plazo, como puede verse en el gráfico, es imbatible
Pros de la inyección de plástico:
-Coste unitario menor: Una vez amortizado el molde, el coste por pieza se reduce drásticamente. En el caso de la carcasa de pantalla LCD de la serie MK, el coste de la pieza inyectada es de 0,18€ frente a los 0,57€ de la pieza impresa en 3D.
-Velocidad de producción mayor: La máquina de inyección literalmente escupe piezas en segundos en comparación al tiempo de impresión. En el caso de la carcasa de pantalla LCD de la serie MK, existe además la particularidad de que es una pieza relativamente grande, entonces tardaba mucho en imprimirse, creando además un importante cuello de botella en la granja de impresoras.
-Material económico: El uso del plástico granulado en inyección es significativamente más barato que el filamento para impresión.
-Ideal para diseños fijos: Un molde de inyección tiene menor flexibilidad a la hora de realizar modificaciones sobre la pieza, dado que habría que modificar las cavidades del molde de acero. En este caso, el diseño de esta carcasa estaba más que probado (no iba a sufrir rediseños), por lo que PRUSA decidió dar el salto al moldeo por inyección.
Contras de la inyección de plástico:
-Mayor coste inicial: Es necesario realizar una inversión en el molde, a amortizar solamente si el volumen de piezas a fabricar es alto. En el caso de PRUSA, pese a que tuvieron que realizar esta inversión, el ahorro de 0,39€ por pieza les compensaba, además de liberar su granja de impresoras, eliminar el cuello de botella y agilizar la producción de otras piezas e iteraciones de diseño.
-Tiempos de espera iniciales altos: Crear, probar y ajustar un molde puede tardar entre 3 y 4 meses.
-Menor flexibilidad en el diseño: Cualquier cambio en la pieza inyectada puede convertirse en un problema. También los cambios de color o material requieren cambios en la máquina de inyección.
La versatilidad de la impresión 3D, la flexibilidad
La impresión 3D, para bajo volumen, ha eliminado la barrera de entrada más alta del sector de la inyección, la fabricación del molde. Por si fuera poco, con los avances de la impresión 3D en metal, está cambiando el paradigma de la fabricación sustractiva (el mecanizado en los moldes de inyección) por fabricación aditiva en metal, para geometrías complejas o canales de refrigeración imposibles (puedes leer más sobre esto aquí).
Pros de la impresión 3D:
-Menor coste inicial: No requiere inversión inicial en moldes, lo que la convierte en la solución perfecta para prototipos y lotes pequeños/medianos.
-Tiempos de espera iniciales bajos: No hay que esperar a la fabricación de un molde. Diseñas, generas el código en el laminador (slicer) e imprimes inmediatamente.
-Ideal para iteraciones: Ajustar el resultado obtenido o los cambios de diseño que puedan surgir no suponen un problema. Si hay varias versiones de pieza, se actualiza el código en unos minutos y listo. Para empresas que necesitan mantenerse ágiles o ajustar diseños regularmente, la flexibilidad en la impresión es inigualable.
-Geometrías complejas: No es necesario tener en cuenta los ángulos de salida del molde de inyección (aunque sí la posición de impresión). Se puede optar por otro tipo de geometrías que serían imposibles o extremadamente caras de obtener por inyección.
Contras de la impresión 3D:
-Coste unitario mayor a gran escala: El coste del material (por kilo) y el coste unitario de la pieza acaban siendo más altos que en la inyección cuando nos referimos a miles de piezas.
-Cuellos de botella a gran escala: A medida que aumenta el volumen de producción, la impresión 3D no se acelera. Los tiempos siguen siendo lentos.
-Acabado superficial: En impresión 3D, las piezas a menudo requieren post-procesado, como es el caso de PRUSA con la carcasa comentada (limpieza de soportes, alisado, etc.), lo que añade tiempo y dinero a la ecuación.
Conclusión del caso PRUSA: La estrategia del éxito es híbrida
Volviendo a la gráfica anterior, vemos que los costes frente al volumen de producción alcanza un punto coincidente, a partir del cual seguir imprimiendo en 3D se encarece y en inyección se estabiliza. La línea de la impresión 3D empieza en cero y aumenta linealmente, de forma proporcional. La inyección ya empieza alto por la inversión del molde, pero sube despacio y de forma no proporcional.
El secreto de los líderes del mercado no es entonces elegir un bando. La estrategia ganadora es quedarse con las bondades de cada tecnología, es decir, utilizar la impresión 3D de manera táctica para la flexibilidad (primeras fases de diseño, prototipado y lotes pequeños/medianos) y cambiar a inyección de plástico cuando el diseño esté estabilizado y haya mucha demanda del producto, para grandes lotes. Por tanto, depende mucho de en qué fase del ciclo de diseño y de vida se encuentre el producto, además del volumen real que sea necesario.
Si te has quedado con ganas de ver la granja de PRUSA por dentro, aquí tienes un vídeo de la visita que pudimos realizar el año pasado junto con GOVAJU 3D, creador de contenido sobre impresión 3D, en las instalaciones de la empresa en Praga.
El Máster de Formación Permanente en Diseño de Piezas y Moldes para Inyección de Plástico (DISMOLD), por la Universidad Politécnica de Valencia, está impartido de forma presencial en el Campus de Alcoy de la UPV. A su vez, se retransmite online en directo a través de Microsoft Teams y las clases quedan grabadas para su posterior repaso y/o recuperación. Por descontado, la UPV ofrece las licencias del software necesario a utilizar durante el curso. Se trata de una especialización y profesionalización indicada para perfiles de ingeniería en diseño industrial y mecánica, que quieran dedicarse al sector de la inyección, profundizando en el diseño de moldes complejos y todo lo relacionado con herramientas CAD/CAE/CAM. A su vez, también está indicado para trabajadores en activo que quieran ahondar o diversificar en su puesto de trabajo, así como reciclarse y/o certificar sus conocimientos en dicho campo.
