Introduzione
Durante il processo di industrializzazione di un prodotto, dopo interminabili fasi di progettazione e prototipazione, si arriva inevitabilmente a una delle fasi più delicate: quella della produzione in serie.
Una volta che il design è confermato e definitivo, e si è pronti a lanciare il proprio prodotto sul mercato, è necessario individuare la metodologia produttiva più efficiente per realizzare quantitativi elevati.
Fino a pochi anni fa, per un prodotto in plastica, o contenente parti in plastica, la scelta era immediata e obbligata: lo stampaggio ad iniezione.
Oggi, grazie al miglioramento costante delle tecnologie di produzione additiva, in particolare delle tecnologie di stampa a letto di polvere come l'SLS o la MJF, sempre più aziende decidono di accantonare, anche solo temporaneamente, lo stampaggio ad iniezione per virare su metodologie produttive più flessibili e, in alcuni casi, più economiche come la stampa 3D.
Lo scopo di questa guida è fornire le nozioni di base necessarie a capire quando può convenire utilizzare la stampa 3D al posto dello stampaggio ad iniezione per le proprie produzioni in serie.
Stampaggio ad iniezione: come funziona, pro e contro
Il funzionamento di una pressa a iniezione è, in teoria, molto semplice: il materiale plastico, spesso in forma di pellet, viene introdotto nella macchina, riscaldato fino al punto di fusione e poi iniettato all'interno di uno stampo. Una volta raffreddata, la parte finita viene rimossa dallo stampo ed è pronta per eventuali lavorazioni di post-produzione.
Questo processo viene ripetuto migliaia di volte, fino a raggiungere il quantitativo desiderato.
Nonostante la semplicità teorica, nella pratica il processo presenta numerose difficoltà che spesso lo rendono costoso o inadatto a produrre determinate parti. Ecco un rapido bilancio di pro e contro:
Pro
- Elevata ripetibilità
- Rapidità di produzione
- Costi molto bassi su grandi volumi
- Ampia varietà di materiali disponibili
Contro
-
- Costo di avviamento molto alto, per la progettazione e produzione degli stampi metallici
- Scarsa libertà geometrica
- Poca flessibilità nel design
- Tempi lunghi per ottenere le prime parti
Alla luce di queste considerazioni, la domanda centrale dell'articolo sembra già trovare una risposta: conviene affidarsi allo stampaggio ad iniezione quando i quantitativi sono elevati e non si prevedono ulteriori modifiche al design della parte.
Ci è sembrato comunque doveroso approfondire il tema. Abbiamo quindi fatto quotare la stessa parte a una delle principali aziende specializzate in stampaggio a iniezione, per confrontare il preventivo con quello di una produzione realizzata in manifattura additiva, e capire da quale quantitativo in poi conviene passare dall'una all'altra tecnologia.
Presentazione della parte di esempio
La parte scelta per il confronto è un componente da noi progettato durante l'ingegnerizzazione di alcuni radiocomandi per il controllo remoto di macchinari.
L'enclosure misura 64,2 × 34,1 × 11,2 mm e ha una geometria relativamente semplice. Questo componente del telecomando va però accoppiato con diversi altri elementi, in plastica e non, e richiede quindi tolleranze abbastanza stringenti.
Questo componente è stato stampato da noi in tecnologia SLS in quantitativi decisamente elevati: ci è sembrato l'esempio perfetto per un confronto con una tecnologia il cui punto di forza è proprio produrre grandi volumi al minor costo possibile.
Analisi economica delle due alternative
Il preventivo per lo stampaggio a iniezione è stato richiesto a unod ei principaly player europei del settore manufacturing. Il materiale selezionato è l'ABS, la finitura richiesta è una SPI C-1 e non è stato applicato nessun additivo particolare.
Per rendere i dati più leggibili li abbiamo riportati in due grafici: uno mostra il prezzo per parte per entrambe le tecnologie, l'altro il costo totale della produzione.
Guardando il primo grafico, l'elemento che colpisce è larapida e progressiva riduzione del costo per parte con lo satampaggio ad iniezione:
- 50 unità -> 70,93€ parte
- 10.000 unità -> 0,57€ a parte
Lo stampo utilizzato per questa simulazione è in alluminio ed è in grado di garatire circa 30.000 unità prima di dove ressere sostituito.
Al contrario, il costo per parte delle produzioni in manifattura additiva resta stabile all'aumentare delle unità prodotte. La legerra riduzione che si offerva è dovuta principalmente all'ottimizzazione del processo produttivo e alle attività di nesting, che permettono di sfruttare al meglio il volume di stampa e ridurre gli sprechi di materiale.
Il punto in cui le due curve si intersecato è a 2.250 parti prodotte. Oltre questa soglia lo stampaggio ad iniezione diventa progressivamente più conveniente, rendendo la manifattura additiva una scelta via via meno indicata dal solo punto di vista economico.
Considerazioni aggiuntive
E quindi, con il paragrafo precedente abbiamo davvero risposto alla domanda cardine di questo articolo?
Purtroppo no. Calcolare esclusivamente il costo per parte non basta a decidere quale tecnologia usare per la propria produzione in serie: ci sono altre considerazioni da fare, per una scelta informata e coerente con la propria strategia aziendale.
Tempistiche di produzione
Quanto contano i tempi di consegna? Nel caso dello stampaggio ad iniezione, produrre 2.000 unità della parte test utilizzata in questo articolo richiede 40 giorni, contro una media di 7 giorni con macchinari SLS o MJF.
Buona parte del tempo necessario alle aziende di stampaggio per consegnare le prime parti è dedicata alla progettazione e realizzazione dello stampo: un passaggio cruciale per il successo di qualsiasi produzione con questa tecnologia.
Flessibilità di design
Un altro aspetto cruciale, già anticipato a inizio articolo, riguarda le eventuali modifiche al design della parte.
Durante la prima batch di produzione della scocca test abbiamo modificato il design due volte, per permettere al telecomando di funzionare con diverse tipologie di macchinari acquistate in un secondo momento. Per noi non è stato un problema: è bastato aggiornare il CAD e ricaricare il pezzo in macchina. Lo sarebbe stato, invece, se avessimo dovuto modificare uno stampo in metallo già realizzato.
Rischio di inventario
Come abbiamo visto, lo stampaggio ad iniezione è la scelta giusta per produrre grandi quantitativi di parti. Questo, però, comporta il rischio di dover stoccare migliaia di unità di un prodotto che, nel caso di beni destinati al consumatore finale, potrebbero anche rimanere invenduti.
La manifattura additiva, al contrario, consente di adottare una strategia più agile, che potremmo definire make-as-you-sell: piccoli batch di produzione realizzati solo quando i prodotti sono stati effettivamente venduti.
Flusso di cassa
Per un'azienda che sta sviluppando un nuovo prodotto, che sia destinato all'uso interno o alla commercializzazione, dover anticipare una somma di denaro non trascurabile per la realizzazione dello stampo può fare la differenza tra il successo e il fallimento di un progetto.
Produrre piccoli batch limitati con tecnologie di manifattura additiva permette invece di preservare il flusso di cassa, rendendo le attività di sviluppo e produzione di un nuovo prodotto molto più gestibili.
Conclusione
Grazie al progresso delle tecnologie di manifattura additiva, oggi esiste un'alternativa valida allo stampaggio ad iniezione per chi vuole iniziare a produrre in serie un proprio prodotto.
Va precisato che le due tecnologie non sono in diretta concorrenza: ognuna ha i suoi pro e i suoi contro, e spesso sono complementari all'interno di una strategia di sviluppo prodotto.
La cosa davvero importante è definire correttamente le proprie necessità produttive, per fare una scelta informata e coerente.
Speriamo che questo articolo vi abbia fornito qualche informazione o prospettiva utile per scegliere la tecnologia giusta per il vostro prossimo progetto di produzione in serie.
Avete un progetto da valutare? Contattateci: faremo del nostro meglio per aiutarvi a capire quale tecnologia si adatta meglio alle vostre esigenze.