Introducción al moldeo por inyección vs impresión 3d : La perspectiva de un fabricante
Como fabricante especializado en moldeo por inyección, a menudo recibimos solicitudes de piezas impresas en 3D. Ocasionalmente, también nos encargamos de la producción a pequeña escala de artículos impresos en 3D. Pero, ¿cuáles son los pros y los contras de la impresión en 3D en comparación con el moldeo por inyección? ¿Y cuándo se debe optar por uno de estos métodos? Este artículo pretende explorar estas cuestiones basándose en nuestra experiencia y conocimientos.
Usos comunes de la impresión 3D:
En general, existen dos escenarios en los que se utiliza la impresión 3D:
1. Montaje de prototipos y verificación del diseño: A menudo, utilizamos la impresión 3D para producir una cantidad muy pequeña, normalmente una sola pieza y a veces hasta cinco. El objetivo principal es ensamblar prototipos para comprobar si el diseño es viable o crear un modelo de demostración para su presentación antes del lanzamiento oficial del producto.
2. Producción a pequeña escala: se trata de producir cantidades que oscilan entre 50 y 150 piezas, aunque estos casos son relativamente raros.
Optar por la impresión 3D en la producción a pequeña escala suele estar motivado por el deseo de evitar los costes iniciales de molde y acortar el ciclo de desarrollo. Pero, ¿es siempre razonable esta elección? Creemos que es crucial tener en cuenta las limitaciones de los materiales de impresión 3D en términos de rendimiento, vida útil y coste de producción. Además, el coste por unidad de impresión 3D puede ser elevado. Cuando el volumen de producción alcanza alrededor de 100 a 150 piezas, los costes empiezan a alinearse con los del moldeo por inyección. Además, hay diferencias notables en la resistencia del material, la calidad de la superficie y la durabilidad entre los dos métodos.
Analicemos estos aspectos en detalle:
Comparación del calendario de producción
Impresión 3D: Altamente eficiente
Valoración: ★★★★★
La impresión 3D es notablemente eficiente en términos de tiempo de producción. Dado que el equipo y los materiales necesarios para la impresión 3D están previamente preparados y fijados, basta con enviar el archivo 3D al fabricante para iniciar la producción. Este proceso exige menos mano de obra humana y configuración de la máquina, ya que la mayor parte del trabajo está automatizado y lo realizan las máquinas.
El tiempo real de impresión puede durar sólo unas horas. Sin embargo, hay que tener en cuenta el calendario de producción del fabricante y los posibles retrasos entre procesos. Por ejemplo, muchas piezas impresas en 3D requieren un procesamiento posterior, como lijado y pulido, pero, por lo general, todo el proceso de impresión puede completarse en 1 o 2 días.
Si se requiere el envío de los productos impresos, el tiempo total desde la realización del pedido hasta la recepción de las muestras suele ser de una semana.
Moldeo por inyección: Requiere paciencia
Valoración: ★★☆☆☆
Los plazos del moldeo por inyección requieren mucha más paciencia. Sólo la creación de moldes de inyección puede llevar entre 4 y 6 semanas. Solo la fase de diseño del molde requiere de 3 a 5 días, ya que hay que tener en cuenta cuestiones críticas y posiblemente revisarlas para garantizar que el molde pueda producir los productos de la calidad deseada con eficacia.
Costes de inversión inicial
Impresión 3D: Rentable para pequeñas cantidades
Valoración: ★★★★☆
La impresión 3D brilla cuando se trata de costes de inversión iniciales, principalmente porque elimina la necesidad de fabricar moldes. Aunque el precio unitario de la impresión 3D puede ser más elevado, el coste global sigue siendo bajo para unas pocas piezas de muestra.
Hay una amplia gama de materiales disponibles para la impresión 3D. El material más común, la resina de fotopolímero, es relativamente barato. Sin embargo, materiales como el nailon y el PMMA transparente son más caros. El uso de materiales especiales, como el acero inoxidable o la cerámica, puede encarecer aún más el precio, ya que requieren equipos y materiales más caros.
Moldeo por inyección: Mayores costes iniciales
Valoración: ★★☆☆☆
El moldeo por inyección requiere una importante inversión inicial, principalmente debido al elevado coste de producción de los moldes. La mayoría de los moldes de inyección cuestan entre $1.000 y $5.000, lo que supone unos gastos iniciales considerables.
Tiempo y coste de procesamiento unitario en la producción en serie
Moldeo por inyección: Ideal para la producción a gran escala
Valoración: ★★★★★
El moldeo por inyección es excepcionalmente eficaz para la producción en masa de productos de plástico mediante moldes. El tiempo de ciclo para distintos productos en el moldeo por inyección puede oscilar entre unos segundos y más de un minuto. Gracias a los moldes multicavidad, el tiempo de procesamiento por unidad puede reducirse aún más. El moldeo por inyección destaca como uno de los métodos más eficaces y rentables para producir formas complejas a gran escala.
Impresión 3D: Menos adecuada para la producción en masa
Valoración: ★★☆☆☆
La impresión 3D es más lenta por unidad. Por lo general, se tardan varias horas en producir un solo artículo. Por ejemplo, imprimir un objeto sencillo como un portalápices puede llevar más de dos horas. Las piezas más grandes suelen requerir entre 6 y 8 horas, lo que es bastante habitual. Aunque las impresoras 3D pueden organizarse para producir varias piezas simultáneamente, el tiempo asignado por pieza individual sigue siendo relativamente largo. En consecuencia, el coste por unidad en la impresión 3D tiende a ser mayor, lo que la hace menos adecuada para la producción en masa.
Variedad de materiales disponibles
Moldeo por inyección: Una amplia gama de opciones
Valoración: ★★★★★
El moldeo por inyección cuenta con un amplio espectro de materiales, lo que lo hace muy versátil en términos de selección de materiales. Entre ellos se incluyen:
- Plásticos comunes: Como ABS, Policarbonato (PC), Poliestireno (PS), Polipropileno (PP), Polietileno (PE), etc.
- Plásticos técnicos: Como el nailon (PA), el tereftalato de polibutileno (PBT), el poliéter éter cetona (PEEK), etc.
- Plásticos especiales: Incluidos los elastómeros termoplásticos (TPE), el caucho termoplástico (TPR), etc.
- Materiales modificados: Las modificaciones físicas y químicas de los materiales de resina básicos mejoran determinadas propiedades, dando lugar a miles de tipos de plásticos derivados. De ahí que los materiales de moldeo por inyección sean mucho más diversos que los utilizados en la impresión 3D.
Materiales de impresión 3D: Crecientes pero limitados
Valoración: ★★★☆☆
La gama de materiales para la impresión 3D se está ampliando, pero sigue siendo menos diversa que el moldeo por inyección. Entre los materiales disponibles se incluyen:
- Termoplásticos: Como PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon (PA), etc.
- Resinas fotopolímeras: Adecuado para SLA, tecnologías DLP, con una variedad de tipos.
- Materiales metálicos: Tales como aleaciones de titanio, acero inoxidable, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobalto-cromo, etc.
- Materiales compuestos: Incluidos los plásticos reforzados con fibra de carbono y fibra de vidrio.
- Materiales para funciones especiales: Como PMMA transparente, materiales conductores, materiales biocompatibles, etc.
- Materiales cerámicos: Se utiliza para aplicaciones de alta temperatura y alta dureza.
Según los informes, hasta la fecha existen más de 200 tipos de materiales de impresión 3D, un número significativamente menor que los disponibles para el moldeo por inyección. Además, muchos materiales y sus equipos de procesamiento aún no están ampliamente disponibles. Los materiales más comunes y fácilmente accesibles son: Resinas fotopoliméricas, Nylon (con y sin fibra de vidrio), PMMA (transparente) y TPU (material elástico).
comparación entre la resistencia del moldeo por inyección y la de la impresión 3d
En esta sección, nos centraremos en comparar los materiales plásticos utilizados en la impresión 3D con los utilizados en el moldeo por inyección. No tendremos en cuenta los materiales de impresión metálicos debido a su mayor rendimiento mecánico, su mayor vida útil y su coste relativamente elevado, lo que los hace menos habituales en aplicaciones generales.
Fuerza
- Materiales de moldeo por inyección: Valoración: ★★★★☆
- Por lo general, estos materiales presentan una mayor resistencia al formarse a alta presión, lo que da lugar a una estructura molecular más densa. Los plásticos técnicos, como el nailon reforzado y el PPS, pueden tener una resistencia comparable a la de las aleaciones de aluminio.
- Materiales de impresión 3D: Valoración: ★★☆☆☆
- La resistencia de los materiales impresos en 3D puede ser menor, principalmente porque la mayoría de las técnicas de impresión 3D construyen los objetos capa por capa, lo que da lugar a una unión más débil entre capas. Aunque Nylon impreso con SLS es relativamente fuerte, sigue siendo notablemente más débil que el Nylon reforzado moldeado por inyección.
Durabilidad y vida útil
- Materiales de moldeo por inyección: Valoración: ★★★★☆
- Estos materiales suelen ofrecer una gran durabilidad y son adecuados para aplicaciones de uso repetido y a largo plazo.
- Materiales de impresión 3D: Valoración: ★★☆☆☆
- La durabilidad y la vida útil de los materiales impresos en 3D pueden ser menores, especialmente bajo tensión mecánica e influencias ambientales. Por ejemplo, las resinas de fotopolímero pueden sufrir una deformación permanente bajo una presión moderada a lo largo del tiempo y pueden decolorarse al cabo de varios meses.
Resistencia al calor
- Materiales de moldeo por inyección: Valoración: ★★★★☆
- Pueden seleccionarse plásticos de alto rendimiento, como PEEK o PSU, por su excelente resistencia al calor.
- Materiales de impresión 3D: Valoración: ★★☆☆☆
- La resistencia al calor suele ser menor, especialmente en el caso de materiales de uso común como las resinas de fotopolímero, PLA y ABS. Sin embargo, existen resinas especializadas para altas temperaturas y materiales metálicos.
Por ejemplo, una muestra de nailon creada mediante impresión 3D desarrolló burbujas perceptibles cuando se pintó y se calentó a 80-90 grados Celsius.
Calidad de la superficie
La calidad de la superficie de los productos fabricados mediante moldeo por inyección e impresión 3D varía significativamente debido a sus distintos procesos de fabricación y características de los materiales. He aquí una comparación de ambos métodos en términos de calidad superficial:
Calidad superficial de los productos moldeados por inyección: Excepcional
Valoración: ★★★★★
- Suavidad: Las piezas moldeadas por inyección suelen tener una superficie muy lisa, ya que se forman a alta presión en moldes de precisión.
- Detalle Replicación: Capaz de reproducir con precisión los detalles del molde, incluidas texturas y patrones finos.
- Coherencia: Los productos de cada ciclo de producción tienen una calidad superficial muy homogénea.
- Tratamiento posterior: Normalmente requiere poco o ningún tratamiento posterior, salvo la eliminación de pequeñas rebabas en los bordes.
Calidad superficial de los productos impresos en 3D: Buena con limitaciones
Valoración: ★★★☆☆
- Estructura por capas: Debido a la construcción capa por capa en la impresión 3D, las superficies pueden mostrar una textura estratificada, especialmente más notable en las capas de mayor altura.
- Detalle Limitaciones: Aunque es capaz de imprimir estructuras complejas, conseguir detalles extremadamente finos y superficies muy lisas puede ser todo un reto.
- Coherencia: La calidad de la superficie puede variar en función de los ajustes de impresión, la orientación y los materiales utilizados.
- Tratamiento posterior: A menudo requiere más tratamiento posterior, como lijado, pulido o alisado químico, para mejorar la suavidad de la superficie.
Conclusión
Los productos moldeados por inyección suelen superar a los impresos en 3D en cuanto a calidad de superficie, sobre todo en términos de suavidad y precisión de los detalles. Sin embargo, los avances en la tecnología de impresión 3D, especialmente en estereolitografía (SLA) y sinterización selectiva por láser (SLS), han mejorado significativamente la calidad de la superficie, haciéndola cada vez más comparable a los estándares tradicionales de moldeo por inyección.
Flexibilidad de diseño
Impresión 3D: Gran versatilidad
Valoración: ★★★★★
- Diseños complejos: La impresión 3D destaca por permitir diseños y estructuras geométricas complejas, como estructuras huecas, canales internos intrincados y detalles finos. Permite crear diseños que no son factibles con los métodos de fabricación tradicionales.
Moldeo por inyección: Limitaciones técnicas
Valoración: ★★★☆☆
- Consideraciones sobre el diseño: El proceso de diseño debe tener en cuenta cómo se abrirá y cerrará el molde, cómo se extraerán los machos y cómo se expulsará el producto del molde. Factores como espesor de pared y los ángulos de calado también desempeñan un papel crucial.
Facilidad de modificación del diseño
Impresión 3D: Ajustes sin fisuras
Valoración: ★★★★★
- Ajustes del modelo: Modificar un diseño en impresión 3D es tan sencillo como ajustar el modelo digital, sin costes adicionales ni inversiones de tiempo significativas. Esto permite una iteración rápida a un coste menor.
Moldeo por inyección: Modificaciones difíciles y costosas
Valoración: ★☆☆☆☆
- Ajustes del molde: Realizar cambios de diseño en el moldeo por inyección puede ser un proceso engorroso. En muchos casos, requiere la creación de un molde nuevo, lo que lleva mucho tiempo y es caro.
Tabla comparativa entre impresión 3D y moldeo por inyección
| Criterios | Impresión 3D | Moldeo por inyección |
|---|---|---|
| Calendario de producción | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| Costes de inversión inicial | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ |
| Eficacia de la producción en serie | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Variedad de materiales | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| Resistencia y durabilidad de los materiales | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Calidad de la superficie | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| Flexibilidad de diseño | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Facilidad de modificación del diseño | ★★★★★ | ★☆☆☆☆ |
Esta tabla sirve como referencia rápida para comparar aspectos clave de la impresión 3D y el moldeo por inyección, proporcionando una comprensión más clara de dónde destaca cada método y dónde puede quedarse corto.
Resumen
En resumen, la impresión 3D destaca por su flexibilidad de diseño, su rápida creación de prototipos y sus bajos costes iniciales, lo que la hace ideal para proyectos a pequeña escala y personalizados. El moldeo por inyección, sin embargo, es superior en cuanto a resistencia del material, calidad de la superficie y rentabilidad para la producción a gran escala. La elección entre estos dos métodos depende de las características específicas del proyecto, como el volumen, el presupuesto y la calidad deseada.
