Le farms di manifattura additiva (AM) sono considerate economicamente convenienti per le piccole e medie produzioni in serie. E’ stato dimostrato che la stampa 3D è il processo produttivo più economico per la produzione in serie dalle 10 alle 5000 unità, in funzione della dimensione e complessità del prodotto. Affichè un modello stampato in AM abbia una finitura superficiale comparabile alla una sua controparte, realizzata con i processi tradizionali, è necessario sottoporre il modello a trattamenti di finitura che richiedono una quantità di tempo onerosa, se svolti manualmente.
Ma con la recente introduzione sul mercato del trattamento automatizzato dei modelli, con tecnologia SVS (Smart Vapor Smoothing) di Zortrax, è giustificata una riconsiderazione del problema sopra esposto.
Introduzione
Zortax ha eseguito uno studio per valutare la performace della stampa 3D FDM/FFF, supportata con post-processing automatico, di una piccola produzione in serie di 500 unità di box-ventola per computer. Per confronto diretto, è stata analizzata la stessa produzione utilizzando la tecnologia di stampa per iniezione. La produzione di piccoli lotti in genere viene utilizzata in due scenari:
- Per colmare il gap tra la prototipazione e la produzione in massa, nella fase di sviluppo prodotto
- Per rispondere alle esigenze on-demand del consumatore, su quelle parti di ricambio poco richieste o parti con personalizzazione specifica.
Il prodotto scelto, per questo studio, rientra in un certo modo in entrambi gli scenari descritti. Infatti, per il primo scenario potremmo ipotizzare che per esigenze di maggior raffreddamento venga richiesto di modificare la geometria del box. Mentre, per il secondo scenario protremmo pensare ad una richiesta specifica di copriventola, con l’aggiunta di un convogliatore di flusso.
Risultati per la produzione di 500 unità di prodotto costituito da un singolo elemento
3D printing VS Injection molding
Sebbene il costo di investimento e il costo per unità siano risultati più bassi per la stampa ad iniezione, di contro la stampa 3D ha permesso una produzione in un tempo (6 weeks) che è circa la metà di quello impiegato dalla stampa ad iniezione (15 weeks).
Inoltre è da tener presente la maggiore flessibilità della stampa 3D, qualora si dovessero apportare delle modifiche al progetto più o meno sostanziose. La stampa 3D è in grado di far fronte alla richiesta senza alcuna difficoltà e consumo di risorse economiche. Dall’altro lato, invece, si è un pò più ristretti, in quanto lo stampo costituisce un elemento che è statico dal punto di vista dello sviluppo prodotto. Nel senso che a seguito di una richiesta di modifica del modello, lo stampo realizzato in precendenza potrebbe non essere più riutilizzabile. Ciò si traduce in un maggiore fabbisogno di tempo e denaro.
Risultati per la produzione di 500 unità di prodotto multi-elemento
- A due elementi
Per valutare come un aumento della complessità di prodotto potrebbe influenzare la fattibilità complessiva dei due processi produttivi, è stato condotta un’altra analisi nella quale si considera la produzione di 500 unità di prodotto costituito da due elementi, aventi dimensioni e complessità simili.
3D printing VS Injection molding
Nella produzione di un prodotto leggermente più complesso (due parti invece di una), lo stampaggio ad iniezione si è rivelato meno fattibile rispetto alla stampa 3D con post-elaborazione automatizzata (vedi costi tabella).
- A più di due elementi
Come si può evincere dal trend, mostrato dal grafico, all’aumentare della complessità di prodotto la stampa 3D vince sullo stampaggio ad iniezione. Per cui, la maggiore flessibilità mostrata dalla stampa 3D influisce positivamente sul costo della produzione, e riduce notevolmente il time-to-market.
Considerando una produzione non una tantum, ma continua, la stampa 3D con post-processing automatizzato ha mostrato dei costi unitari significativamente più bassi rispetto allo stampaggio ad iniezione. Inoltre, il numero di unità prodotte all’anno risulta molto più alto per la stampa 3D.
Costo per produrre con stampaggio ad iniezione vs stampa 3D
- stampaggio ad iniezione
Per stimare i costi dello stampaggio a iniezione a breve termine di produzione, è stato richiesto un preventivo sulla realizzazione di 500 box-ventola a dei produttori specializzati nello stampaggio ad iniezione. Nella tabella seguente è riportata la ripartizione dettagliata dell’offerta ricevuta:
Il produttore che ha fatto l’offerta ha proposto due soluzioni:
- Avere lo stampo in China, e ricevere la merce via mare o via treno con un tempo di attesa di 15 settimane per la messa in funzione della linea di produzione.
- Avrebbero potuto ridurre il tempo di attesa fino a 12 settimane ma con i costi di spedizione a carico di Zortrax.
In breve, il costo per unità sarebbe stato di 10 USD/ 8.87 EUR per il primo lotto consegnato dopo un’attesa di 105 giorni. Dopo aver investito 4433.29 EUR zortrax sarebbe divenuta proprietaria dello stampo, e sarebbe stata a quel punto libera di ricevere la merce al costo concordato di 0.44 USD / 0.39 EUR ad unità.
- Stampa con M200 Plus e post-processing automatizzato con Apoller SVS di Zortrax
Il tempo totale necessario per realizzare le 500 unità di box-ventola, con una stampante 3D M200 Plus lavorando per 8 ore al giorno, è stato poco più di sei settimane. Ed il costo unitario è risultato essere circa di 15,05 USD / 14,28 EUR .
Conclusioni
In questo studio è prevalso che lo stampaggio a iniezione ha un leggero vantaggio sul sulla stampa 3D con post-processing automatico per la produzione una tantum di 500 unità di box-ventola (ad elemento singolo). Questo margine di convenienza inizia a scomparire al crescere della complessità del prodotto, e a rendere questa volta la stampa 3D più conveniente.
Uno dei vantaggi più sostanzionsi ed appetibili mostrati dalla stampa 3D è stata la sua flessibilità nel far fronte alle diverse esigenze e modifiche progettuali, risultando vantaggiosa e influente sul costo finale di produzione. I dati hanno rilevato inoltre che in un anno, la stampa 3D può produrre fino a 3 volte e con un costo unitario di 5 volte inferiore rispetto allo stampaggio ad iniezione.
