A impressão 3D substituirá a moldagem por injeção? NÃO, e aqui está o porquê!

Se você leu as notícias pelo menos uma vez na última década, pode estar ciente da chamada revolução da impressão 3D. Embora a manufatura aditiva tenha sido usada na indústria desde a década de 1980, ela não estava amplamente disponível para usuários amadores até recentemente.

A criação do projeto RepRap, além da expiração de várias patentes, permitiu uma diminuição acelerada no custo das impressoras 3D para hobby.

Agora que quase todo mundo pode colocar as mãos em uma impressora 3D, muitas pessoas se perguntam sobre os limites dessa tecnologia e, principalmente, se ela substituirá os métodos tradicionais de produção, como a moldagem por injeção.

Embora a impressão 3D definitivamente tenha seu próprio lugar no espaço industrial, ela não substituirá a produção tradicional de moldagem por injeção, pelo menos nos próximos anos. Ambas as tecnologias têm suas vantagens e desvantagens e podem superar a outra em áreas específicas. Embora a impressão 3D seja excelente para pequenos lotes de produção e para a criação de protótipos, a moldagem por injeção ainda é a mais econômica para grandes produções.

Devido ao menor custo dos materiais e à eficiência energética da Moldagem por Injeção, é a tecnologia de produção recomendada ao produzir mais de (aproximadamente) cem quilos de unidades plásticas do mesmo produto.

Por que a impressão 3D é mais cara que a moldagem por injeção?

Supondo que você já tenha um molde para iniciar sua produção, a produção de Moldagem por Injeção é muito mais barata do que a impressão 3D por unidade. Isso se deve tanto ao custo real do plástico usado para ambas as técnicas quanto à eficiência energética de cada tecnologia.

Eficiência energética da impressão 3D e moldagem por injeção

O consumo médio de uma impressora 3D em funcionamento ao imprimir a 200°C com uma cama aquecida ajustada a 60°C é de aproximadamente 125W/h. Isso significa que a impressão 3D consome em média 9,61kW por quilo de plástico, enquanto que para produzir a mesma quantidade de plástico por moldagem por injeção precisaríamos apenas de uma média de 1,5kW.

Usando uma taxa média de 13 centavos por kW/h (um preço razoável para os Estados Unidos), o custo de produção de 1 kg de plástico torna-se $ 1,25 para impressão 3D e $ 0,19 para moldagem por injeção.

Embora esses números sejam uma aproximação grosseira, e o custo exato de cada tecnologia dependa da máquina específica usada e dos modelos que estão sendo produzidos, ainda podemos concluir que a moldagem por injeção é mais eficiente em termos de consumo de energia para aproximadamente a mesma produção (por um fator de mais de 6).

As estimativas de consumo de eletricidade usadas para este cálculo são baseadas em nossas próprias medições de uma Ender 3 v2 (confira o artigo de Facundo sobre o assunto). Você deve ter adivinhado que nem ele nem eu temos uma máquina de moldagem por injeção em casa, então baseei esses cálculos em uma média de várias fontes respeitáveis.

Custo do plástico para impressão 3D e moldagem por injeção

O custo por quilograma de material para impressoras 3D é cerca de 20 vezes mais caro do que os pellets de plástico usados ​​para moldagem por injeção.

Se você já comprou filamento para uma impressora 3D, provavelmente pode concordar que não é incomum pagar US$ 20 por um carretel de PLA ou ABS. Compare isso com o custo médio de US $ 1 por um quilo de pellets de ABS e agora definitivamente sabemos por que a maioria dos nossos aparelhos da vida cotidiana não são impressos em 3D.

A moldagem por injeção é sempre mais barata que a impressão 3D?

Embora já tenhamos determinado que a Moldagem por Injeção é muito mais econômica para produzir grandes quantidades de um determinado produto, as impressoras 3D também têm seu lugar na indústria.

Muitas vezes, é necessário apenas produzir um lote pequeno ou médio de um determinado produto. Este pode ser o caso de um protótipo ou de um produto que atende apenas a um nicho de mercado e, portanto, terá uma demanda limitada.

Para quantidades menores, o custo do molde em si é muito importante. Grosso modo, um molde de cavidade única (um simples) pode custar entre US$ 1.000 e US$ 2.000, enquanto os grandes e complexos podem custar até US$ 75.000.

Pedir o preço de um molde é como pedir o preço de um carro, pois a variedade é enorme. A avaliação do meu carro é provavelmente menor do que o preço de uma Ferrari. No entanto, para comparar as duas tecnologias, compararei as duas tecnologias assumindo um custo de molde de $ 10.000

Como você pode ver no gráfico abaixo, a moldagem por injeção se torna mais econômica do que a impressão 3D com aproximadamente 500 kg de itens produzidos.

Este ponto de inflexão (500kg) depende muito do custo do próprio molde. Se realizarmos os mesmos cálculos novamente, mas assumirmos um preço de molde de apenas $ 2.000 (para um molde de cavidade única simples), devemos decidir mudar da impressão 3D para a Moldagem por Injeção em aproximadamente 100 kg.

Quando devo usar uma impressora 3D em vez de moldagem por injeção?

A manufatura aditiva é mais conveniente nos casos em que a produção necessária é de apenas algumas dezenas de quilogramas. Também é recomendado para prototipagem rápida de novos modelos, pois permite aos projetistas iterar e otimizar seus modelos sem incorrer em custos significativos.

A tecnologia de impressão 3D também permite que os designers projetem formas que não poderiam ser produzidas com os métodos tradicionais de fabricação. A seguinte Torre Eiffel que imprimi com minha Ender 3 v2 é impossível de produzir com moldagem por injeção.

A impressão 3D é mais lenta que a moldagem por injeção?

Uma impressora 3D é definitivamente mais lenta que uma máquina de moldagem por injeção. Por exemplo, não é incomum que tais máquinas produzam até 3.000 tampinhas por hora. Uma impressora 3D produziria uma unidade do mesmo item em aproximadamente 15 minutos, o que significa que precisaríamos de 750 impressoras para corresponder à mesma taxa de produção. Por outro lado, também podemos esperar 750 horas para imprimir a mesma quantidade de unidades.

Dito isto, uma impressora 3D é definitivamente mais rápida e conveniente quando se trata de iterações rápidas e produções em pequenos lotes. Também é muito conveniente durante o processo de prototipagem. Por meio da tecnologia de manufatura aditiva, podemos fazer sprints de projeto sequenciais e otimizar e melhorar rapidamente nossos modelos, algo que não conseguiríamos fazer se optássemos por usar a Moldagem por Injeção.

Mais importante ainda, a fabricação de um molde pode levar até 10 semanas, o que significa que teríamos que esperar pelo menos esse tempo para ver nossa primeira unidade produzida. Por outro lado, se já tivermos o G-Code do nosso design carregado em um pendrive, podemos esperar ter nosso primeiro item no mesmo dia.

O plástico de impressão 3D é o mesmo que o plástico de moldagem por injeção?

As máquinas de impressão 3D usam bobinas de filamento para produzir as unidades desejadas, enquanto a fabricação de Moldagem por Injeção geralmente usa plásticos na forma de pequenos pellets. Dito isso, alguns tipos de termoplásticos são usados ​​em ambas as tecnologias.

Poliestireno (HIPS), ABS e Nylon são materiais populares usados ​​em impressão 3D e moldagem por injeção. O PLA é a escolha mais popular de plástico usado na comunidade de impressão 3D, mas quase não tem casos de uso na moldagem por injeção.

Outros plásticos comuns usados ​​na moldagem por injeção são Acrílico, Polipropileno e Polietileno, entre outros. Elas não são compatíveis com impressoras de mesa amadoras, principalmente devido às altas temperaturas necessárias para extrudá-las.

As impressoras 3D de nível industrial, como as que você pode comprar da Stratasys ou da 3D Systems, são compatíveis com a maioria dos termoplásticos. Há uma pequena ressalva:eles vão te custar algumas centenas de milhares de dólares.

Vantagens e desvantagens da impressão 3D e moldagem por injeção

Ambas as tecnologias têm suas aplicações onde superam a outra, então é seguro dizer que ambas as técnicas serão usadas nos próximos anos (ou décadas).

Embora já tenhamos visto a maioria das vantagens e desvantagens de cada tecnologia, vamos resumi-las rapidamente.

Vantagens da impressão 3D sobre a moldagem por injeção

• Permite iterações rápidas e melhorias de design
• Perfeitamente adequado para lotes pequenos e médios
• Permite personalizar um dos itens
• Permite formas e designs impossíveis de produzir com outras tecnologias
• Não requer custos iniciais (ou seja, um molde)
• Adequado para amadores e prossumidores

Vantagens da moldagem por injeção sobre a impressão 3D

• Muito econômico para grandes quantidades
• Consome menos eletricidade por quilo de plástico
• Produz produtos de alta qualidade com detalhes finos
• Grandes quantidades de unidades produzidas por hora
• Compatível com uma grande variedade de termoplásticos
• Peças mais fortes e resistentes

Conclusão

Em resumo, é seguro dizer que a impressão 3D não substituirá as técnicas tradicionais de moldagem por injeção. O fato de as impressoras 3D atuais não conseguirem alcançar a mesma qualidade e robustez que se pode esperar de peças injetadas representa uma enorme desvantagem para a manufatura aditiva. Além disso, a própria tecnologia não permite as incríveis taxas de produção que são alcançadas com os métodos tradicionais de fabricação.

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