Introdução à moldagem por injeção vs impressão 3d : A perspetiva de um fabricante
Como fabricante especializado em moldagem por injeção, recebemos frequentemente pedidos de peças impressas em 3D. Ocasionalmente, também lidamos com a produção em pequena escala de artigos impressos em 3D. Mas quais são os prós e os contras da impressão 3D em comparação com a moldagem por injeção? E quando é que se deve optar por um destes métodos? Este artigo tem como objetivo explorar estas questões com base na nossa experiência e conhecimentos.
Utilizações comuns da impressão 3D:
Existem geralmente dois cenários em que a impressão 3D é utilizada:
1. Montagem de Protótipos e Verificação de Design: Muitas vezes, usamos a impressão 3D para produzir uma quantidade muito pequena, normalmente uma única peça e às vezes até cinco. O objetivo principal é montar protótipos para verificar se o design é viável ou criar um modelo de demonstração para apresentação antes do lançamento oficial do produto.
2. Produção em pequena escala: Trata-se de produzir quantidades que variam entre 50 e 150 peças, embora estes casos sejam relativamente raros.
A opção pela impressão 3D na produção em pequena escala é muitas vezes motivada pelo desejo de evitar custos iniciais com moldes e encurtar o ciclo de desenvolvimento. Mas será que esta escolha é sempre razoável? Acreditamos que é crucial considerar as limitações dos materiais de impressão 3D em termos de desempenho, vida útil e custo de produção. Além disso, o custo por unidade da impressão 3D pode ser elevado. Quando o volume de produção atinge cerca de 100 a 150 peças, os custos começam a alinhar-se com os da moldagem por injeção. Além disso, existem diferenças notáveis na resistência do material, na qualidade da superfície e na durabilidade entre os dois métodos.
Analisemos estes aspectos em pormenor:
Comparação do calendário de produção
Impressão 3D: Altamente eficiente
Classificação: ★★★★★
A impressão 3D é particularmente eficiente em termos de tempo de produção. Uma vez que o equipamento e os materiais necessários para a impressão 3D estão pré-preparados e fixados, basta enviar o ficheiro 3D ao fabricante para iniciar a produção. Este processo exige menos mão de obra humana e configuração de máquinas, sendo a maior parte do trabalho automatizado e efectuado pelas máquinas.
O tempo efetivo de impressão pode demorar apenas algumas horas. No entanto, é necessário ter em conta o calendário de produção do fabricante e os potenciais atrasos entre processos. Por exemplo, muitas peças impressas em 3D requerem pós-processamento, como lixar e polir, mas, geralmente, todo o processo de impressão pode ser concluído em 1 a 2 dias.
Se for necessário o envio dos produtos impressos, o tempo total desde a encomenda até à receção das amostras demora normalmente cerca de uma semana.
Moldagem por injeção: Requer paciência
Classificação: ★★☆☆☆
O prazo para a moldagem por injeção exige muito mais paciência. Só a criação de moldes de injeção pode demorar entre 4 a 6 semanas. Só a fase de conceção do molde requer 3 a 5 dias, uma vez que as questões críticas têm de ser consideradas e eventualmente revistas para garantir que o molde pode produzir eficazmente os produtos de qualidade pretendidos.
Custos de investimento inicial
Impressão 3D: Económica para pequenas quantidades
Classificação: ★★★★☆
A impressão 3D destaca-se quando se trata de custos de investimento inicial, principalmente porque elimina a necessidade de produção de moldes. Embora o preço unitário da impressão 3D possa ser mais elevado, o custo global permanece baixo para algumas peças de amostra.
Existe uma vasta gama de materiais disponíveis para impressão 3D. O material mais comum, a resina de fotopolímero, é relativamente barato. No entanto, materiais como o nylon e o PMMA transparente são mais caros. A utilização de materiais especiais, como o aço inoxidável ou a cerâmica, pode aumentar ainda mais o preço, dado que o equipamento e os materiais necessários são mais dispendiosos.
Moldagem por injeção: Custos iniciais mais elevados
Classificação: ★★☆☆☆
A moldagem por injeção exige um investimento inicial significativo, principalmente devido ao elevado custo de produção do molde. A maioria dos moldes de injeção custam entre $1,000 e $5,000, o que leva a despesas iniciais substanciais.
Tempo e custo de processamento unitário na produção em massa
Moldagem por injeção: Ideal para produção em grande escala
Classificação: ★★★★★
A moldagem por injeção é excecionalmente eficiente para a produção em massa de produtos de plástico utilizando moldes. O tempo de ciclo para diferentes produtos na moldagem por injeção pode variar entre alguns segundos e mais de um minuto. Graças aos moldes multi-cavidades, o tempo de processamento por unidade pode ser ainda mais reduzido. A moldagem por injeção destaca-se como um dos métodos mais eficientes e económicos para produzir formas complexas em grande escala.
Impressão 3D: Menos adequada para a produção em massa
Classificação: ★★☆☆☆
A impressão 3D é mais lenta numa base por unidade. Geralmente, são necessárias várias horas para produzir um único objeto. Por exemplo, a impressão de um objeto simples como um porta-lápis pode demorar mais de duas horas. Peças maiores requerem frequentemente 6 a 8 horas, o que é bastante comum. Embora as impressoras 3D possam ser organizadas para produzir várias peças em simultâneo, o tempo atribuído a cada peça individual continua a ser relativamente longo. Consequentemente, o custo por unidade na impressão 3D tende a ser mais elevado, tornando-a menos adequada para a produção em massa.
Variedade de materiais disponíveis
Moldagem por injeção: Uma vasta gama de opções
Classificação: ★★★★★
A moldagem por injeção possui um amplo espetro de materiais, o que a torna altamente versátil em termos de seleção de materiais. Estes incluem:
- Plásticos comuns: Por exemplo, ABS, policarbonato (PC), poliestireno (PS), polipropileno (PP), polietileno (PE), etc.
- Plásticos de engenharia: Como o nylon (PA), o polibutileno tereftalato (PBT), o poliéter-éter-cetona (PEEK), etc.
- Plásticos especiais: Incluindo elastómeros termoplásticos (TPE), borracha termoplástica (TPR), etc.
- Materiais modificados: As modificações físicas e químicas dos materiais de resina básicos melhoram certas propriedades, dando origem a milhares de tipos de plásticos derivados. Assim, os materiais de moldagem por injeção são muito mais diversificados do que os utilizados na impressão 3D.
Materiais de impressão 3D: Em crescimento mas limitados
Classificação: ★★★☆☆
A gama de materiais para impressão 3D está a aumentar, mas ainda é menos diversificada do que a moldagem por injeção. Os materiais disponíveis incluem:
- Termoplásticos: Como PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon (PA), etc.
- Resinas de fotopolímero: Adequado para tecnologias SLA, DLP, com uma variedade de tipos.
- Materiais metálicos: Por exemplo, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de alumínio, ligas de cobalto-crómio, etc.
- Materiais compósitos: Incluindo plásticos reforçados com fibra de carbono e fibra de vidro.
- Materiais de função especial: Como o PMMA transparente, materiais condutores, materiais biocompatíveis, etc.
- Materiais cerâmicos: Utilizado para aplicações de alta temperatura e alta dureza.
Segundo consta, existem mais de 200 tipos de materiais de impressão 3D até à data, o que é significativamente menos do que os disponíveis para moldagem por injeção. Além disso, muitos materiais e o respetivo equipamento de processamento ainda não estão amplamente disponíveis. Os materiais mais comuns e facilmente acessíveis são: Resinas de fotopolímero, Nylon (com e sem fibra de vidro), PMMA (transparente) e TPU (material elástico).
comparação de resistência entre moldagem por injeção e impressão 3d
Nesta secção, centramo-nos na comparação dos materiais plásticos utilizados na impressão 3D com os utilizados na moldagem por injeção. Não consideraremos os materiais de impressão em metal devido ao seu desempenho mecânico superior, vida útil mais longa e custo relativamente elevado, o que os torna menos comuns em aplicações gerais.
Força
- Materiais de moldagem por injeção: Classificação: ★★★★☆
- Geralmente, estes materiais apresentam uma maior resistência, uma vez que são formados sob alta pressão, levando a uma estrutura molecular mais densa. Os plásticos de engenharia, como o nylon reforçado e o PPS, podem ter uma resistência comparável à das ligas de alumínio.
- Materiais de impressão 3D: Classificação: ★★☆☆☆
- A resistência dos materiais impressos em 3D pode ser inferior, principalmente porque a maioria das técnicas de impressão 3D constrói objectos camada a camada, o que resulta numa ligação entre camadas mais fraca. Embora Nylon com impressão SLS é relativamente forte, mas continua a ser visivelmente mais fraco do que o nylon reforçado moldado por injeção.
Durabilidade e tempo de vida
- Materiais de moldagem por injeção: Classificação: ★★★★☆
- Estes materiais oferecem normalmente uma elevada durabilidade e são adequados para aplicações a longo prazo e de utilização repetida.
- Materiais de impressão 3D: Classificação: ★★☆☆☆
- A durabilidade e o tempo de vida dos materiais impressos em 3D podem ser inferiores, especialmente sob tensão mecânica e influências ambientais. Por exemplo, as resinas de fotopolímero podem sofrer uma deformação permanente sob pressão moderada ao longo do tempo e podem descolorir após vários meses.
Resistência ao calor
- Materiais de moldagem por injeção: Classificação: ★★★★☆
- Os plásticos de elevado desempenho, como o PEEK ou o PSU, podem ser selecionados para uma excelente resistência ao calor.
- Materiais de impressão 3D: Classificação: ★★☆☆☆
- A resistência ao calor é geralmente inferior, especialmente no caso dos materiais mais utilizados, como as resinas de fotopolímero, PLA e ABS. No entanto, estão disponíveis resinas especializadas de alta temperatura e materiais metálicos.
Por exemplo, uma amostra de nylon criada através de impressão 3D desenvolveu bolhas visíveis quando pintada e aquecida a 80-90 graus Celsius.
Qualidade da superfície
A qualidade da superfície dos produtos fabricados através de moldagem por injeção e impressão 3D varia significativamente devido aos seus diferentes processos de fabrico e caraterísticas dos materiais. Aqui está uma comparação dos dois métodos em termos de qualidade da superfície:
Qualidade da superfície de produtos moldados por injeção: Excecional
Classificação: ★★★★★
- Suavidade: As peças moldadas por injeção têm normalmente uma superfície muito lisa, uma vez que são formadas sob alta pressão em moldes de precisão.
- Replicação detalhada: Capaz de reproduzir com precisão os detalhes do molde, incluindo texturas e padrões finos.
- Consistência: Os produtos de cada ciclo de produção têm uma qualidade de superfície altamente consistente.
- Pós-processamento: Normalmente, requer pouco ou nenhum pós-processamento, para além da remoção de pequenas rebarbas nas extremidades.
Qualidade da superfície dos produtos impressos em 3D: Boa com limitações
Classificação: ★★★☆☆
- Estrutura em camadas: Devido à construção camada a camada na impressão 3D, as superfícies podem apresentar uma textura em camadas, especialmente mais visível em alturas de camada mais elevadas.
- Limitações de pormenor: Embora seja capaz de imprimir estruturas complexas, conseguir detalhes extremamente finos e superfícies muito lisas pode ser um desafio.
- Consistência: A qualidade da superfície pode variar consoante as definições de impressão, a orientação e os materiais utilizados.
- Pós-processamento: Frequentemente requer mais pós-processamento, como lixagem, polimento ou alisamento químico, para melhorar a suavidade da superfície.
Conclusão
Os produtos moldados por injeção geralmente ultrapassam os produtos impressos em 3D em termos de qualidade de superfície, particularmente em termos de suavidade e precisão de detalhes. No entanto, os avanços na tecnologia de impressão 3D, especialmente na estereolitografia (SLA) e na sinterização selectiva a laser (SLS), melhoraram significativamente a qualidade da superfície, tornando-a cada vez mais comparável aos padrões tradicionais de moldagem por injeção.
Flexibilidade de conceção
Impressão 3D: Altamente versátil
Classificação: ★★★★★
- Desenhos complexos: A impressão 3D destaca-se por permitir desenhos e estruturas geométricas complexas, tais como estruturas ocas, canais internos intrincados e detalhes finos. Permite a criação de desenhos que não são viáveis com os métodos de fabrico tradicionais.
Moldagem por injeção: Restringido por limitações técnicas
Classificação: ★★★☆☆
- Considerações sobre a conceção: O processo de conceção deve considerar a forma como o molde irá abrir e fechar, como os machos serão removidos e como o produto será ejectado do molde. Factores como espessura da parede e os ângulos de inclinação também desempenham um papel crucial.
Facilidade de modificação do projeto
Impressão 3D: Ajustes perfeitos
Classificação: ★★★★★
- Ajustes do modelo: Modificar um desenho na impressão 3D é tão simples como ajustar o modelo digital, sem custos adicionais ou investimento de tempo significativo. Isto permite uma iteração rápida a um custo mais baixo.
Moldagem por injeção: Modificações difíceis e dispendiosas
Classificação: ★☆☆☆☆
- Ajustes de molde: Fazer alterações de design na moldagem por injeção pode ser um processo complicado. Em muitos casos, exige a criação de um novo molde, o que é moroso e dispendioso.
Tabela comparativa de impressão 3D vs. moldagem por injeção
| Critérios | Impressão 3D | Moldagem por injeção |
|---|---|---|
| Cronograma de produção | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| Custos de investimento inicial | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ |
| Eficiência na produção em massa | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Variedade de materiais | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| Resistência e durabilidade do material | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Qualidade da superfície | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| Flexibilidade de conceção | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Facilidade de modificação do projeto | ★★★★★ | ★☆☆☆☆ |
Esta tabela serve de referência rápida para comparar os principais aspectos da impressão 3D e da moldagem por injeção, proporcionando uma compreensão mais clara dos pontos em que cada método se destaca e dos pontos em que pode ficar aquém.
Resumo
Em resumo, a impressão 3D é excelente em flexibilidade de design, prototipagem rápida e baixos custos iniciais, tornando-a ideal para projetos personalizados e de pequena escala. A moldagem por injeção, no entanto, é superior em resistência do material, qualidade da superfície e custo-benefício para produção em larga escala. A escolha entre esses dois métodos depende das especificidades do projeto, como volume, orçamento e qualidade desejada, com cada método oferecendo vantagens distintas adaptadas às diferentes necessidades de fabricação.
