Stampaggio a iniezione: Come viene calcolato il costo?

La versione breve della risposta: gli stampi a iniezione di plastica possono costare da $ 100 per uno stampo a iniezione stampato in 3D a basso volume a oltre $ 100.000 per uno stampo in acciaio complesso a più cavità da produrre. costo fisso di stampaggio ad iniezione. Tuttavia, poiché questi costi sono distribuiti su centinaia o migliaia di parti, lo stampaggio a iniezione è un processo ideale per la produzione in serie economica di parti in plastica.

In questa guida, forniamo una ripartizione dettagliata dei vari fattori che compongono il costo dello stampaggio a iniezione.

Introduzione: quanto costa lo stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio a iniezione è uno dei principali processi per la produzione di materie plastiche. Viene spesso utilizzato per la produzione in serie di parti identiche con tolleranze strette. È una tecnologia economica e altamente ripetibile che genera parti di alta qualità per la produzione di grandi serie.

È un processo rapido e intensivo in cui vengono utilizzate pressioni e temperature elevate per iniettare materiale fuso in uno stampo. Il particolare materiale fuso utilizzato dipende dallo scopo e dalla portata del progetto di fabbricazione. I materiali più diffusi sono vari termoplastici, come acrilonitrile butadiene stirene (ABS), polistirene, polietilene (PE), policarbonato (PC), polipropilene (PP) o poliuretano termoplastico (TPU), ma possono anche essere stampati mediante iniezione di metalli e ceramica. Lo stampo è costituito da una cavità che ospiterà il materiale fuso iniettato ed è progettato per riflettere accuratamente i dettagli finali del pezzo.

In genere, l’elemento più importante dei costi di stampaggio a iniezione è il costo dello stampo, noto anche come costo degli utensili. Il costo di progettazione e produzione di uno stampo dipende dal volume di produzione richiesto, dalla complessità del design della parte, dal materiale dello stampo e dal processo utilizzato per creare lo stampo.

Stampi stampati in 3D semplici e di basso volume possono costare fino a $ 100, mentre il costo di progettazione e produzione di stampi complessi per la produzione ad alto volume può raggiungere $ 100.000. Nonostante i considerevoli costi fissi iniziali, il processo di stampaggio a iniezione ha bassi costi variabili grazie a quanto i materiali termoplastici siano economici come materiali, tempi ciclo brevi e come la necessità di lavoro manuale sia progressivamente diminuita dall’automazione e dall’economia di scala.

Ciò significa che i costi variabili di produzione sono bassi, che il processo diventa più efficiente e che il costo per pezzo diminuisce con volumi elevati, poiché i costi sono ripartiti su centinaia e migliaia di pezzi.

Tipi di costi nello stampaggio ad iniezione

Per comprendere le diverse tipologie di costi associati allo stampaggio ad iniezione, è necessario effettuare un’analisi approfondita del processo.

Costi di attrezzatura

Lo stampaggio a iniezione utilizza macchine specializzate che vanno dalle macchine per lo stampaggio a iniezione desktop che le aziende possono utilizzare nelle proprie strutture alle grandi macchine per lo stampaggio a iniezione industriale che vengono spesso utilizzate da fornitori di servizi, produttori a contratto e grandi produttori.

La produzione di piccoli volumi di parti con lo stampaggio a iniezione è più redditizia con macchine per lo stampaggio a iniezione desktop più piccole e stampi stampati in 3D. Se hai poca o nessuna esperienza con lo stampaggio a iniezione e sei interessato a provarlo con un investimento limitato, l’utilizzo di una pressa a iniezione manuale come LAB X2-2 o LAB H5 potrebbe essere una buona opzione.

Le apparecchiature automatizzate di stampaggio a iniezione su piccola scala come la macchina da tavolo MicroMolder o la macchina idraulica Babyplast 10/12 sono buone alternative per la produzione in lotti di piccoli volumi di piccoli volumi.

Il prezzo delle grandi macchine per lo stampaggio a iniezione industriale può variare da $ 50.000 a oltre $ 200.000. Queste macchine sono inoltre dotate di requisiti più severi per le installazioni e di una manodopera specializzata per il loro utilizzo, manutenzione e supervisione. Pertanto, sebbene lo stampaggio a iniezione sia una competenza fondamentale, la maggior parte delle aziende esternalizza la produzione di massa a fornitori di servizi e produttori a contratto, nel qual caso i costi delle apparecchiature sono inclusi nei costi del servizio.

Costi di stampo (costi di attrezzature)

Come abbiamo già accennato nell’introduzione, i costi degli stampi o dei costi di attrezzaggio sono solitamente i costi principali dello stampaggio ad iniezione.

Gli stampi per stampaggio ad iniezione sono generalmente realizzati con tre metodi:

  • Lavorazione CNC: Le macchine CNC sono gli strumenti più utilizzati per la realizzazione di stampi in alluminio e acciaio inox con elevati livelli di precisione. La lavorazione CNC rimuove il materiale applicando un utensile rotante a una parte fissa. La lavorazione può produrre stampi in cui il design della cavità è molto complesso, ma possono richiedere più cambi utensile che possono rallentare il processo, quindi i costi aumentano proporzionalmente alla complessità. Le macchine a controllo numerico sono strumenti industriali che richiedono personale specializzato e uno spazio esclusivo per loro, motivo per cui molte aziende affidano la produzione dei loro stampi a fornitori di servizi.
  • Spark Discharge Machining (EDM): il metodo EDM viene spesso utilizzato per creare modelli di stampi molto complessi che non possono essere facilmente riprodotti con i metodi di lavorazione convenzionali. L’elettroerosione prevede l’utilizzo di elettrodi sul pezzo in lavorazione e su uno strumento per creare la forma desiderata per lo stampo. L’elettrodo dell’utensile e l’elettrodo del pezzo sono separati da un fluido dielettrico e sono soggetti a tensioni che provocano scariche di corrente. Le scariche sono ciò che scolpiscono l’elettrodo dal pezzo e lo trasformano nello stampo finale. L’elettroerosione è molto precisa e di solito non richiede alcuna post-finitura aggiuntiva. Simile alla lavorazione CNC, anche l’elettroerosione è un processo industriale che molte aziende finiscono per esternalizzare alle officine meccaniche.
  • Stampa 3D: la stampa 3D è una potente soluzione per la produzione di stampi a iniezione in modo rapido e a basso costo. Richiede pochissime attrezzature, risparmiando tempo e operatori CNC qualificati che possono nel frattempo concentrarsi su altre attività importanti. I produttori possono sfruttare la velocità e la flessibilità della stampa 3D in loco per creare stampi che possono essere utilizzati su macchine di stampaggio desktop e industriali. Inoltre, lo sviluppo del prodotto trae vantaggio dalla capacità di eseguire iterazioni sulla progettazione e testare il materiale di uso finale prima di investire in attrezzature pesanti per la produzione di massa. Tecnologia di stampa 3D stereolitografia (SLA). è una scelta eccellente per lo stampaggio a iniezione. È caratterizzato da una finitura superficiale liscia e da un’elevata precisione che lo stampo trasferirà al pezzo finale e che ne facilita anche la sformatura. D’altra parte, le stampe 3D prodotte dalla stereolitografia hanno legami chimici che le rendono completamente dense e isotropiche. Le stampanti SLA desktop, come quelle offerte da 3d-type, partono da $ 5.000 e possono essere facilmente integrate in qualsiasi flusso di lavoro di stampaggio a iniezione perché sono facili da installare, utilizzare e mantenere.

Lo sviluppo di stampi più complessi richiede conoscenze tecniche. Pertanto, le aziende spesso esternalizzano aspetti specifici del processo di stampaggio a iniezione, come la progettazione e la produzione di stampi.

Per le aziende che dispongono delle attrezzature e degli strumenti necessari per lo stampaggio a iniezione, la scelta di creare stampi internamente potrebbe essere l’opzione meno costosa se hanno anche le conoscenze tecniche necessarie. Se gli strumenti necessari per lo stampaggio a iniezione non sono prontamente disponibili, l’outsourcing riduce i costi associati allo sviluppo di uno stampo.

Una stampante LAB H5 può produrre stampi semplici a basso volume per un minimo di $ 100. Il costo di uno stampo in alluminio per un ciclo di produzione medio di circa 1.000-5.000 unità varia da $ 2.000 a $ 5.000. Per stampi con geometrie complesse e preparati per produzioni più grandi che superano le 10.000 unità, il costo dello stampo può essere compreso tra $ 5.000 e $ 100.000.

Costo del materiale iniettato

È possibile utilizzare un’ampia varietà di materie plastiche per lo stampaggio a iniezione a seconda dei requisiti della parte finale, inclusi materiali come acrilonitrile butadiene stirene, polistirene, polietilene, policarbonato, polipropilene o poliuretano termoplastico.

Il costo di acquisto dei materiali per gli stampi varia a seconda del materiale scelto. I granuli termoplastici costano tra $1 e $5/kg.

Il costo del materiale è determinato dalla progettazione del modello, dal tipo di materiale scelto e dalla quantità che viene utilizzata per eseguire il processo di stampaggio ad iniezione.

Costo del lavoro o dei servizi

L’attrezzatura associata allo stampaggio a iniezione è spesso autoregolante e si basa sull’automazione per portare a termine il lavoro. Macchine CNC, macchine EDM e stampanti 3D si basano tutte su specifiche di progettazione CAD per produrre uno stampo. La macchina per lo stampaggio a iniezione utilizza anche l’automazione per iniettare materiali nello stampo e le sue versioni industriali spesso raffreddano ed espellono l’oggetto finito da sole.

Il costo del lavoro include:

  • Costo di installazione/impostazione: il lavoro di installazione manuale si concentra sul tempo necessario per impostare l’attrezzatura utilizzata per produrre lo stampo e il prodotto finito.
  • Costo di riparazione: le attività di riparazione e manutenzione comportano la sostituzione delle parti difettose e l’uso di strumenti per eseguire il processo di manutenzione.
  • Monitoraggio dei costi: nonostante l’automazione dei processi, gli operatori delle apparecchiature dovrebbero monitorare l’avanzamento del processo di stampaggio a iniezione. I salari degli operatori coinvolti nel processo si aggiungono al costo totale dello stampaggio a iniezione.

Se prodotti in loco, questi costi sono inclusi nel calcolo del costo del lavoro. Quando un’azienda esternalizza lo stampaggio a iniezione, la manodopera e il tempo di configurazione dal fornitore di servizi pertinente sono inclusi nel costo del servizio.

Panoramica dei costi di stampaggio a iniezione

La tabella seguente evidenzia il costo associato allo stampaggio a iniezione di un oggetto in plastica, come un piccolo involucro di elettronica, per rendere più facilmente comprensibile la dinamica dei costi di stampaggio a iniezione:

PRODUZIONE A BASSO VOLUME PRODUZIONE A MEDIO VOLUME PRODUZIONE AD ALTO VOLUME
Produzione 100 5000 100.000
Metodo Produzione stampi e colata in loco Produzione e stampaggio stampi in outsourcing Produzione e stampaggio stampi in outsourcing
Muffa Polimero stampato in 3D Lavorato in alluminio Lavorato in acciaio
Tempo di produzione per le parti finali 1-3 giorni 3-4 settimane 4-8 settimane
equipaggiamento necessario Stampante 3D, pressa ad iniezione*
costo dello stampo $ 100 $ 3.000 $ 20.000
costi materiali $ 0,5/pezzo $ 0,5/pezzo $ 0,5/pezzo
Costo del lavoro o esternalizzazione $ 2,5/pezzo $ 1,5/pezzo $ 1/pezzo
Costo totale di produzione $ 400 $ 13.000 $ 170.000
costo al pezzo $ 4 $ 2,6 $ 1,7

* I costi delle attrezzature non sono inclusi nel calcolo dei costi di produzione in questo esempio, poiché il costo di questi strumenti può essere distribuito su più progetti. L’acquisto di una macchina per lo stampaggio a iniezione desktop e di una stampante 3D SLA consente alle aziende di iniziare lo stampaggio a iniezione per meno di $ 10.000.

I tre scenari nella tabella mostrano i metodi e i tipi di stampo che generano il costo per parte più basso in base al volume di produzione.

In generale, lo stampaggio a iniezione è il più efficiente con grandi volumi, poiché i costi sono ripartiti su migliaia di parti. Tuttavia, mentre lo stampaggio a iniezione di bassi volumi costa leggermente di più per parte, è ancora significativamente più conveniente per la produzione di bassi volumi rispetto ad altri metodi di produzione.

La produzione di volumi medi è più efficiente utilizzando stampi in alluminio lavorato che hanno un costo inferiore rispetto ai tradizionali stampi in acciaio, ma abbastanza resistenti da durare migliaia di colpi, a seconda di fattori come materiale e design.

Nella maggior parte dei casi, lo stampaggio a iniezione a basso volume è ragionevole solo con stampi stampati in 3D, come nel nostro esempio, se dovessimo utilizzare uno stampo in alluminio per produrre 100 parti, il suo costo sarebbe di $ 30 per parte, mentre lo stampo in acciaio tradizionale costerebbe $ 200 per ogni pezzo.

Variabili che incidono sul costo dello stampo ad iniezione

I costi di attrezzaggio per lo stampaggio a iniezione sono molto elevati e dipendono dalla complessità del progetto e da vari parametri. Gli stampi per lo stampaggio a iniezione sono in genere realizzati mediante lavorazione CNC di alluminio o acciaio per utensili, mediante lavorazione a elettroerosione di un pezzo o stampa 3D. La parte lavorata o stampata viene quindi finita allo stato desiderato. Lo stampo finito ha caratteristiche come le geometrie della superficie richieste da una parte, un sistema di canali di uscita per guidare il flusso dei materiali iniettati e canali di raffreddamento per garantire che lo stampo si raffreddi rapidamente.

È importante notare che la maggior parte del processo di stampaggio a iniezione è dedicata al raffreddamento. Più velocemente uno stampo si raffredda, più velocemente si solidifica il materiale iniettato e il ciclo produttivo può essere ripetuto. Questo è il motivo per cui i canali di raffreddamento svolgono un ruolo importante, soprattutto nella produzione ad alto volume, e dovrebbero essere inclusi nella progettazione dello stampo. Per la produzione a basso volume con stampi stampati in 3D, c’è l’opzione del raffreddamento manuale con aria compressa.

Altre variabili che influiscono sul processo di stampaggio ad iniezione e che sono direttamente correlate ai costi dello stampaggio ad iniezione sono:

  • Dimensione della parte: più grande è l’oggetto o la parte da modellare, più grande è lo stampo che deve contenere la parte. Le parti di grandi dimensioni tendono a richiedere più materiali iniettati per completare i cicli di produzione. I progetti di stampi di grandi dimensioni spesso costano di più rispetto alla realizzazione dello stesso design in dimensioni inferiori.
  • Progettazione della parte: Le parti con design complessi e geometrie complesse richiedono stampi complessi per completare il progetto. I modelli di stampi in genere hanno due lati: lato A e lato B. Il lato A, noto anche come lato cosmetico, è quello che normalmente vede chi lo indossa. Il lato A dovrebbe essere intelligente ed esteticamente gradevole. La faccia B contiene le strutture nascoste che supportano l’uso del pezzo. La struttura del lato B può includere modanature, sporgenze e altre caratteristiche ed è spesso molto più ruvida nella finitura rispetto al lato A. Gli stampi con design complessi per i lati A e B sono spesso più costosi da realizzare rispetto ad altri stampi. . Progetti complessi che includono sottosquadri possono anche richiedere anime e altre parti che possono scorrere lateralmente, aumentando il costo dello stampo.
  • Volume di produzione: il numero di oggetti da produrre mediante stampaggio a iniezione determina la tecnologia di produzione e la qualità del materiale da utilizzare durante la creazione dello stampo. I progetti a basso volume possono richiedere stampi in alluminio lavorati o stampati in 3D di qualità inferiore, mentre la produzione ad alto volume richiederà stampi in acciaio di alta qualità o anche più stampi da elaborare senza che l’usura influisca sulla qualità dei getti. Ciò influenza il costo dello stampo, ma ovviamente l’aumento del costo degli stampi ad alto volume è distribuito su più parti, il che in genere porta a un costo per parte inferiore.
  • Volume e cavità della parte: il volume della parte si riferisce alle dimensioni di una cavità dello stampo. Più cavità sono necessarie o più grande è la cavità di uno stampo, più lungo sarà il tempo di pressatura. Un tempo di pressatura più lungo rallenta il processo produttivo, aumentando i costi.

Calcolatori dei costi di stampaggio a iniezione

I calcolatori dei costi di stampaggio a iniezione online o i preventivi dei fornitori di servizi di stampaggio a iniezione possono fornire parametri di riferimento e aiutarti a stimare il costo di parti specifiche per lo stampaggio a iniezione.

Alcuni calcolatori dei costi di stampaggio a iniezione che possono aiutarti sono:

  • CustomPart
  • ICOMold
  • Hub 3D
  • Protolabs

Una tabella comparativa dei costi di stampaggio ha una funzione simile. I fornitori di servizi di stampaggio a iniezione utilizzano tabelle di confronto per fornire ai potenziali clienti un’approssimazione di quanto potrebbe costare il processo.

Come ridurre i costi di stampaggio ad iniezione

In larga misura, il costo dello stampo è definito dalla sua complessità e dalla quantità di tempo necessaria per produrlo. Raccomandiamo di seguire i principi di progettazione per la produzione per ridurre i costi delle parti con lo stampaggio a iniezione.

Il costo di produzione dello stampo può essere ridotto applicando le seguenti raccomandazioni di progettazione:

  • Valutare la fattibilità del modello CAD prima di intraprendere un progetto di stampaggio a iniezione. Elimina potenziali colli di bottiglia come angoli acuti, sottosquadri e altre geometrie complesse.
  • Valutare il design del modello per eliminare gli elementi non necessari. Ciò riduce le dimensioni del modello e la quantità di materiale utilizzato per svilupparlo.
  • Applicare un approccio incentrato sulla cavità per semplificare la progettazione del lato B di uno stampo. L’approccio cavità-centrico prevede l’affondamento delle cavità della parete nella base dello stampo, riducendo la necessità di modellare angoli di sformo ripidi e migliorando la finitura superficiale.
  • Adottare l’uso di parti autoaggancianti per ridurre la necessità di più stampi se è possibile utilizzare un unico stampo universale per ottenere risultati simili.

Inizia rapidamente con lo stampaggio a iniezione

Sebbene lo stampaggio a iniezione sia sempre stato considerato un processo di produzione utilizzato solo per la produzione di massa a causa dei suoi elevati costi di attrezzaggio, sfruttare la stampa 3D per realizzare stampi a iniezione ti dà la possibilità di utilizzare questo processo per produrre parti ripetibili.alta qualità per la prototipazione e produzione a basso volume.

Utilizza stampi a iniezione stampati in 3D, con macchine da lavoro o industriali, per produrre in modo efficiente ed economico da centinaia a migliaia di prototipi funzionali e parti che accelerano lo sviluppo del prodotto, riducono i costi di produzione e i tempi di consegna e portano ai prodotti migliori sul mercato.



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