Como estimar o custo de moldagem por injeção?

A resposta curta:os moldes de injeção de plástico custam algo entre US $ 100 para um molde de injeção de baixo volume impresso em 3D a US $ 100.000 + para um molde de aço multi-cavidades complexo para produção de alto volume, o que geralmente representa o custo inicial fixo mais significativo na injeção moldagem. No entanto, como esses custos são distribuídos entre centenas ou milhares de peças, a moldagem por injeção é o processo ideal para a produção em massa de peças de plástico de maneira acessível.

Neste guia, fornecemos uma análise detalhada dos diferentes fatores que compõem o custo total de moldagem por injeção.

Introdução:Quanto custa a moldagem por injeção?

A moldagem por injeção é um dos principais processos de fabricação de plásticos. É amplamente utilizado para a produção em massa de peças idênticas com tolerâncias restritas. É uma tecnologia econômica e extremamente repetível que produz peças de alta qualidade para a produção em grandes séries.

É um processo rápido e intensivo em que alto calor e pressão estão envolvidos para injetar material fundido dentro de um molde. O material fundido depende do escopo do projeto de fabricação. Os materiais mais populares são vários termoplásticos, como ABS, PS, PE, PC, PP ou TPU, mas metais e cerâmicas também podem ser moldados por injeção. O molde consiste em uma cavidade que acomoda o material fundido injetado e é projetado para espelhar de perto as características finais de uma peça.

Normalmente, o principal fator de custo na moldagem por injeção é o custo do molde, também conhecido como custo do ferramental. O custo de projetar e construir um molde depende do volume de produção necessário, da complexidade do projeto da peça, do material do molde e do processo usado para criar o molde.

Os moldes impressos em 3D de baixo volume simples podem custar apenas US $ 100, enquanto o custo de projetar e fabricar moldes complexos para produção de alto volume pode atingir a marca de US $ 100.000. Apesar dos consideráveis ​​custos iniciais fixos, o processo de moldagem por injeção tem baixos custos variáveis ​​devido aos materiais termoplásticos baratos, tempos de ciclo curtos e as necessidades de mão de obra diminuem progressivamente devido à automação e economias de escala. Isso significa que os custos variáveis ​​de produção são baixos e o processo se torna mais eficiente e o custo por peça diminui em volumes maiores, conforme os custos são distribuídos entre centenas ou milhares de peças.

Neste vídeo, fizemos uma parceria com o provedor de serviços de moldagem por injeção Multiplus para guiá-lo pelas etapas do processo de moldagem por injeção usando moldes impressos em 3D .

Tipos de custos em moldagem por injeção

Compreender os diferentes tipos de custos associados à moldagem por injeção requer uma análise aprofundada do processo.

Custos de equipamento

Máquinas para fins especiais são usadas para moldagem por injeção que pode variar de pequenas máquinas de moldagem por injeção de mesa que as empresas podem usar internamente a grandes máquinas de moldagem por injeção industriais que são operadas principalmente por prestadores de serviços, fabricantes contratados e grandes fabricantes.

Produzir baixos volumes de peças com moldagem por injeção é o mais econômico com máquinas de moldagem por injeção de mesa menores e moldes impressos em 3D. Se você é novo na moldagem por injeção e está pensando em testá-la com investimento limitado, usar uma máquina de moldagem por injeção manual de bancada como a Holipress ou Galomb Model-B100 pode ser uma boa opção. Equipamentos automatizados de moldagem por injeção em pequena escala, como a máquina de mesa Micromolder ou a máquina hidráulica Babyplast 10/12, são boas alternativas para a produção em série média de peças pequenas.

As grandes máquinas de moldagem por injeção industrial podem custar de $ 50.000 a $ 200.000 +. Essas máquinas também vêm com requisitos de instalação mais rigorosos e exigem mão de obra qualificada para operação, manutenção e monitoramento. Como resultado, a menos que a moldagem por injeção seja uma competência essencial, a maioria das empresas terceiriza a produção em massa para prestadores de serviços e fabricantes contratados, caso em que os custos do equipamento são incluídos nos custos do serviço.

Custos de molde (custos de ferramentas)

Como mencionamos na introdução, os custos do molde ou custos com ferramentas são geralmente o principal gerador de custos na moldagem por injeção.

Os moldes para moldagem por injeção são geralmente feitos usando três métodos:

• 
  Usinagem CNC: As máquinas CNC são as ferramentas mais utilizadas para a fabricação de moldes de alumínio e aço inoxidável com altos níveis de precisão. A usinagem CNC remove o material por meio de uma ferramenta giratória e uma peça fixa. A usinagem pode produzir moldes em que o projeto da cavidade é altamente complexo, mas podem exigir várias trocas de ferramentas que podem retardar o processo, o que significa que os custos aumentam de acordo com a complexidade. As máquinas CNC são ferramentas industriais que requerem mão de obra qualificada e espaço dedicado, o que faz com que muitas empresas terceirizem a produção de moldes para prestadores de serviços.
  
• 
  Usinagem por descarga elétrica (EDM): O método EDM é geralmente usado para criar projetos de molde altamente complexos que não podem ser facilmente reproduzidos usando métodos de usinagem padrão. EDM envolve o uso de uma peça de trabalho e um eletrodo de ferramenta para criar a forma de molde desejada. O eletrodo da ferramenta e o eletrodo da peça de trabalho são separados por um fluido dielétrico e sujeitos a tensões que causam descargas de corrente recorrentes. As descargas são responsáveis ​​por moldar o eletrodo da peça de trabalho no molde final. O EDM é altamente preciso e geralmente não requer nenhum pós-processamento adicional. Semelhante à usinagem CNC, o EDM também é um processo industrial que muitas empresas terceirizam para oficinas de máquinas.
  
• 
  Impressão 3D: A impressão 3D é uma solução poderosa para fabricar moldes de injeção rapidamente e com baixo custo. Requer um equipamento muito limitado, economizando tempo do CNC e operadores qualificados para outras tarefas de alto valor. Os fabricantes podem se beneficiar da velocidade e flexibilidade da impressão 3D interna para criar moldes que podem ser usados ​​em máquinas de moldagem industriais e de mesa. Além disso, o desenvolvimento do produto se beneficia da capacidade de iterar no projeto e testar o material de uso final antes de investir em ferramentas pesadas para produção em massa. A tecnologia de impressão 3D da estereolitografia (SLA) é uma ótima escolha para moldagem por injeção. Caracteriza-se por um acabamento superficial liso e alta precisão que o molde transferirá para a peça final e que também facilita a desmoldagem. As impressões 3D produzidas por estereolitografia são quimicamente ligadas de forma que são totalmente densas e isotrópicas. As impressoras Desktop SLA, como as oferecidas pela Formlabs, custam a partir de US $ 5.000 e podem ser perfeitamente integradas a qualquer fluxo de trabalho de moldagem por injeção, pois são fáceis de implementar, operar e manter.
  

Os moldes impressos em 3D podem produzir mais de 100 peças de maneira acessível e em poucos dias.

O desenvolvimento de moldes mais complexos requer conhecimento técnico. Como resultado, as empresas geralmente terceirizam aspectos específicos do processo de moldagem por injeção, como o design e a fabricação do molde.

Para empresas com equipamentos e ferramentas para moldagem por injeção, a escolha de criar moldes internamente pode ser a opção mais econômica se o know-how técnico também estiver disponível. Se as ferramentas necessárias para a moldagem por injeção não estiverem prontamente disponíveis, a terceirização reduz o custo associado ao desenvolvimento de um molde.

Moldes impressos em 3D simples de baixo volume podem ser produzidos em uma impressora 3D SLA por apenas US $ 100. Um molde de alumínio para uma produção de volume médio de aproximadamente 1.000-5.000 unidades está dentro da faixa de $ 2.000 a $ 5.000. Para moldes com geometrias mais complexas e preparados para tiragens maiores de produção de aproximadamente 10.000+ unidades, o custo do molde pode variar de $ 5.000 a $ 100.000.
Papel branco

Moldagem por injeção rápida de baixo volume com moldes impressos em 3D

Baixe nosso white paper para obter orientações sobre o uso de moldes impressos em 3D no processo de moldagem por injeção para reduzir custos e tempo de espera e ver estudos de caso reais com as aplicações Braskem, Holimaker e Novus.
Leia o Livro Branco

Custo de material injetado

Uma grande variedade de plásticos pode ser usada para moldagem por injeção, dependendo dos requisitos das peças finais, incluindo ABS, PS, PE, PC, PP ou TPU.

O custo de aquisição de materiais para moldes varia de acordo com o material escolhido. Pelotas termoplásticas custam aproximadamente US $ 1 a US $ 5 por kg.

O custo do material é definido pelo design de um modelo, o material escolhido e a quantidade de material usado para executar o processo de moldagem por injeção.

Custos de mão de obra ou serviço

O equipamento associado à moldagem por injeção é geralmente autorregulável e depende da automação para realizar o trabalho. Máquinas CNC, máquinas EDM e impressoras 3D contam com as especificações do projeto CAD para produzir um molde. A máquina de moldagem por injeção também depende da automação para injetar materiais no molde, e as máquinas industriais de IM geralmente resfriam e ejetam o item acabado de forma autônoma.

Os custos de mão de obra incluem:

• 
  Custo de instalação / configuração: O trabalho de configuração concentra-se no tempo gasto para configurar o equipamento utilizado para produzir o molde e o produto acabado.
  
• 
  Custo de reparo: As tarefas de reparo e manutenção envolvem a substituição de peças defeituosas e o uso de ferramentas para executar o processo de manutenção.
  
• 
  Monitorar custos: Apesar da dependência da automação, os operadores do equipamento devem monitorar o andamento do processo de moldagem por injeção. Os salários do operador acumulados durante o processo são adicionados ao custo total da moldagem por injeção.
  

Ao produzir internamente, esses custos são calculados nos custos de mão de obra. Quando uma empresa terceiriza a moldagem por injeção, a mão de obra e a margem de lucro do prestador de serviços são adicionadas ao custo do serviço.

Visão geral dos custos de moldagem por injeção

A tabela abaixo destaca o custo associado à moldagem por injeção de um item de plástico hipotético, como um pequeno invólucro de um dispositivo eletrônico, o que torna a dinâmica de custo da moldagem por injeção mais fácil de entender:

	Produção de baixo volume	Produção de médio volume	Produção de alto volume
Volume de produção	100	5.000	100.000
Método	Produção interna de moldes e moldagem interna	Produção e moldagem terceirizada de moldes	Produção e moldagem terceirizada de moldes
Molde	Polímero impresso em 3D	Alumínio usinado	Aço usinado
Tempo de espera para as partes finais	1-3 dias	3-4 semanas	4-8 semanas
Equipamento necessário	Impressora 3D, máquina de moldagem por injeção de mesa *	-	-
Custo do molde	$ 100	$ 3.000	$ 20.000
Custo de material	$ 0,5 / parte	$ 0,5 / parte	$ 0,5 / parte
Custos de mão de obra ou custo de terceirização	$ 2,5 / parte	$ 1,5 / parte	$ 1 / parte
Custo total de produção	$ 400	$ 13.000	$ 170.000
Custo por peça	$ 4	$ 2,6	$ 1,7

^{* Os custos do equipamento não são calculados nos custos de produção neste exemplo, pois o custo dessas ferramentas pode ser distribuído entre vários projetos. A compra de uma máquina de moldagem por injeção de mesa e uma impressora 3D SLA permite que as empresas comecem a trabalhar com moldagem por injeção por menos de US $ 10.000.}

Os três cenários da tabela mostram os métodos e os tipos de molde que resultam no menor custo por peça dependendo do volume de produção.

Em geral, a moldagem por injeção é mais eficiente em volumes maiores, pois os custos são distribuídos entre milhares de peças. Mas, embora o custo por peça para moldagem por injeção de baixo volume seja ligeiramente mais alto, ainda é substancialmente mais acessível para produção de baixo volume do que outros métodos de fabricação.

A produção de médio volume é mais eficiente com moldes de alumínio usinado que têm um custo menor do que o molde de aço tradicional, mas são duráveis ​​o suficiente para durar alguns milhares de tiros, dependendo de fatores como o material e o design. Na maioria dos casos, a moldagem por injeção de baixo volume só é razoável com moldes impressos em 3D - em nosso exemplo, se fôssemos usar um molde de alumínio para produzir 100 peças, seu custo seria de $ 30 para cada peça, enquanto um molde de aço tradicional seria significa $ 200 para cada parte.

Variáveis ​​que impactam o custo do molde de injeção

Os custos com ferramentas para moldagem por injeção são muito altos e dependem de vários parâmetros e da complexidade do projeto. Os moldes para moldagem por injeção são normalmente usinados em CNC a partir de alumínio ou aço ferramenta, EDM usinados para dar forma a uma peça ou impressos em 3D. A peça usinada ou impressa é então finalizada para atingir o padrão desejado. O molde acabado consiste em recursos como geometrias de superfície necessárias para uma peça, um sistema de canais para guiar o fluxo de materiais injetados e canais de resfriamento para garantir que o molde esfrie rapidamente.

É importante observar que a maior parte do processo de moldagem por injeção é dedicado ao resfriamento. Quanto mais rápido um molde esfria, mais rápido o material injetado se solidifica e mais rápido o ciclo de produção pode ser repetido. Assim, os canais de resfriamento desempenham um papel importante, especialmente para a produção de alto volume, e devem ser incluídos no projeto do molde. Para produção de baixo volume com moldes impressos em 3D, o resfriamento manual com ar comprimido é uma opção.

Um núcleo de molde de injeção impresso em 3D montado com uma concha de molde de metal.

Outras variáveis ​​que impactam o processo de moldagem por injeção e se relacionam diretamente com os custos do molde de injeção incluem:

• 
  Tamanho da peça: Quanto maior o item ou peça a ser moldada, maior será seu molde para acomodar a peça. Peças maiores tendem a exigir mais materiais injetados para completar os ciclos de produção. Projetos de moldes maiores geralmente têm um custo maior em comparação com a fabricação do mesmo projeto, mas com dimensões menores.
  
• 
  Design da peça: Projetos de peças complexas com geometrias intrincadas requerem moldes complexos para executar o projeto. Os projetos de molde geralmente têm 2 lados:os lados A e B. O lado A, também conhecido como lado cosmético, geralmente é o lado visto pelo usuário. Espera-se que o lado A seja liso e esteticamente agradável. O lado B contém as estruturas ocultas que suportam o uso da peça. A estrutura do Lado B pode incluir nervuras, ressaltos, etc., e seu acabamento é geralmente muito mais áspero do que o do Lado A. Os moldes com projetos complexos do Lado A e do Lado B são geralmente mais caros de fabricar em comparação com moldes mais simples. Projetos complexos que apresentam rebaixos também podem exigir ações laterais deslizantes e machos, aumentando o custo do molde.
  
• 
  Volume de produção: O número de itens a serem produzidos usando a moldagem por injeção determina a tecnologia de produção e a qualidade do material a ser usado na criação do molde. Projetos de baixo volume podem exigir moldes de alumínio usinado impressos em 3D ou de grau inferior, enquanto grandes volumes de produção exigirão moldes de aço de alto grau ou mesmo moldes múltiplos para gerenciar o processo sem desgaste que afete a qualidade dos itens produzidos. Isso afeta o custo do molde, mas é claro, o aumento do custo dos moldes de alto volume é distribuído entre mais peças, o que normalmente leva a um custo mais baixo por peça.
  
• 
  Volume da peça e cavidades: O volume da peça se refere ao tamanho da cavidade de um molde. Quanto mais cavidades ou volume de cavidades um molde requer, mais tempo de injeção. O aumento do tempo de impressão retarda o processo de produção, o que leva ao aumento do custo.
  

Calculadoras de custo de moldagem por injeção

Estimadores de custos de moldagem por injeção online ou orçamentos de fornecedores de serviços de moldagem por injeção podem fornecer benchmarks e ajudá-lo a estimar o custo de peças específicas de moldagem por injeção.

As opções do estimador de custos de moldagem por injeção para auxiliar o processo de cálculo incluem:

• 
  CustomPart
  
• 
  ICOMold
  
• 
  Hubs 3D
  
• 
  Protolabs
  

Uma tabela de comparação de custos de moldagem também serve a um propósito semelhante. Os provedores de serviços de moldagem por injeção usam tabelas de comparação de custos para fornecer aos clientes em potencial uma estimativa aproximada do processo.

Redução dos custos de moldagem por injeção

O custo do molde é amplamente definido pela complexidade e pelo tempo que leva para produzi-lo. Aconselhamos a adesão aos princípios de design for manufatura para reduzir os custos das peças com moldagem por injeção.

O custo de produção do molde pode ser reduzido aplicando as seguintes diretrizes de design:

• 
  Avalie o modelo CAD para determinar sua viabilidade antes de realizar um projeto de moldagem por injeção. Elimine possíveis gargalos, como ângulos íngremes, cortes inferiores e outras geometrias complexas.
  
• 
  Avalie o design do modelo para eliminar recursos desnecessários. Isso reduz o tamanho do molde e o material usado para desenvolver o modelo.
  
• 
  Aplique uma abordagem de cavidade de núcleo que simplifique o projeto do Lado B de um molde. A abordagem da cavidade do núcleo envolve afundar as cavidades da parede na base do molde, reduzindo assim a necessidade de moldar ângulos de inclinação acentuados enquanto melhora o acabamento da superfície.
  
• 
  Adote o uso de peças autoaplicáveis ​​para reduzir a necessidade de criar vários moldes, quando um molde universal pode ser usado para obter resultados semelhantes.
  

Introdução à Moldagem por Injeção Rápida

Embora a moldagem por injeção seja tradicionalmente considerada um processo de manufatura apenas para produção em massa devido aos seus altos custos de ferramentas, aproveitando a impressão 3D para fabricar moldes de injeção, você pode usar esse processo para produzir peças de alta qualidade e repetíveis para prototipagem e produção de baixo volume.

Use moldes de injeção impressos em 3D com máquinas de bancada e industriais para produzir de forma eficiente e econômica centenas a milhares de protótipos funcionais, peças para acelerar o desenvolvimento de produtos, reduzir custos e prazos de entrega e trazer produtos melhores para o mercado.