Considerazioni sui costi della stampa 3D e qualche suggerimento per risparmiare

Quali sono i costi legati alla stampa 3D? La risposta dipende dalla tecnologia in questione, dal fatto che si possegga o meno la stampante e altri fattori

Nel 2024, la stampa 3D ha raggiunto livelli di costo più bassi che mai. Un mercato competitivo, brevetti in scadenza e nuovi gruppi di utenti finali hanno contribuito a determinare la riduzione dei prezzi. Tuttavia, i costi della stampa 3D possono variare a seconda della tecnologia e dell'applicazione. Ad esempio, i semplici prototipi termoplastici non sono paragonabili in termini di prezzo alle parti in metallo per uso finale realizzate con la tecnologia della fusione a letto di polvere.

Il tipo di tecnologia è solo uno dei fattori che incidono sui costi della stampa 3D. Le materie prime, la manodopera, le fasi di post-processing e altri aspetti hanno tutti un impatto sul risultato finale e ciò può rendere difficile valutare quali siano i costi reali rispetto ad altre tecnologie di produzione.

Tuttavia, è possibile ricorrere a diversi metodi per ridurre tali costi. Tra le strategie vi sono l’ottimizzazione della preparazione del letto di stampa (ad esempio, la stampa di più parti contemporaneamente), la metodologia del design for additive manufacturing (in sigla DfAM) al fine di ridurre l’utilizzo di materiali, l’impiego di materiali economici e l’automazione delle fasi di post-processing. Ma la decisione più importante per molte aziende consiste nel valutare se sia più conveniente investire nell’hardware della stampante 3D o ricorrere a un fornitore di servizi che si occupi delle operazioni di stampa.

Fattori che influenzano i costi della stampa 3D  

Calcolare i costi della stampa 3D non è sempre semplicissimo. Al momento di investire in una stampante 3D, gli acquirenti considerano innanzitutto il prezzo della macchina. La priorità successiva è in genere il costo delle materie prime, seguito da altre considerazioni come i costi del software, della manodopera e delle strutture. Tutti questi fattori devono poi essere ponderati rispetto alle opportunità di risparmio e di guadagno che la stampa 3D offre, oltre al valore di rivendita dell’hardware.  

Confronto dei costi tra le diverse tecnologie di stampa 3D

Affermare che una stampante 3D può avere un costo compreso tra un centinaio e un milione di dollari non è un’esagerazione. Questo perché si tratta di un concetto che comprende tecnologie molto diverse tra loro, con applicazioni e utilizzi finali del tutto differenti.

Nella tabella che segue viene fornita una guida approssimativa ai costi delle macchine, prendendo in considerazione le stampanti per termoplastiche (FDM), per resine (SLA/DLP) e per metalli (DMLS, DED) al fine di illustrare l’ampia variazione dei costi tra le molteplici tecnologie e il bacino di utenza a cui sono destinate. Esistono diverse altre tecnologie con una variazione di prezzo leggermente inferiore, tra cui la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e il material jetting.

Costi dei materiali per la stampa 3D

Fatta eccezione per quelle che utilizzano pellet come materia prima (con il processo dell’injection molding), quasi tutte le stampanti 3D prevedono l’impiego di materiali specifici per la stampa. Le stampanti FDM si avvalgono di filamenti estrusi, il cui costo può variare da 30 dollari al chilogrammo per i materiali economici a oltre $1.000 per i materiali ingegneristici di qualità superiore. Le stampanti SLA necessitano invece di resine fotopolimerizzabili formulate appositamente, mentre i sistemi di fusione a letto di polvere richiedono polveri, le più avanzate delle quali sono atomizzate a gas. I materiali per la stampa 3D costano di più rispetto a quelli equivalenti in formato di pellet e barre.

Tutte le tecnologie di stampa 3D possono utilizzare una gamma di materiali che variano di prezzo. I meno dispendiosi sono spesso utilizzati per simulazioni o parti non critiche dal punto di vista funzionale, mentre i più costosi sono in genere utilizzati per prototipi funzionali e applicazioni critiche.

Manodopera e costi operativi

I costi dei macchinari e dei materiali sono relativamente trasparenti e facili da calcolare. Tuttavia, vi sono altri fattori di costo che possono essere difficili da valutare. Tra questi figurano:

• Manodopera per la progettazione dei pezzi, il funzionamento della macchina e il post-processing.

• Attrezzature e materiali di post-processing

• Formazione del personale

• Software per la progettazione dei pezzi, slicing e gestione della macchina

• Spese strutturali, tra cui l’affitto, l’elettricità e la gestione dell’ambiente

• Manutenzione e riparazione delle macchine

• Smaltimento dei materiali di scarto

Come ridurre i costi della stampa 3D  

Gli utenti di queste stampanti possono ridurre i costi della stampa 3D in diversi modi. Vediamo di seguito un paio di strategie generali per abbattere i costi senza compromettere i risultati di produzione.

Ottimizzazione della stampa

È possibile limitare al minimo i costi della stampa 3D senza dover ridimensionare il parco macchine o i materiali. Gli utenti esperti possono adattare i propri progetti e i parametri di stampa affinché si minimizzi l’utilizzo totale dei materiali, il tempo di stampa e quello di post-processing, il che comporta un abbassamento del costo totale del pezzo.

Tra i vari metodi per ridurre il costo di una parte stampata in 3D attraverso l’ottimizzazione della stampa troviamo:

• Progettazione per la manifattura additiva (DfAM): un pezzo ben riuscito deve essere progettato con lo scopo di sfruttare i vantaggi ed evitare le limitazioni del processo di stampa 3D. L'aderenza ai principi della DfAM consente un utilizzo più economico dei materiali e dell’energia.  

• Riduzione della densità di riempimento: la realizzazione di una parte parzialmente cava riduce la quantità di materiale necessaria. Inoltre, impiegando un pattern di riempimento ad alta resistenza o progettando una struttura interna ottimizzata dal punto di vista topologico, la minore densità non comporta necessariamente un indebolimento del pezzo.

• Orientare il pezzo in modo strategico: talvolta, il riorientamento del pezzo prima della stampa può consentire di ridurre i tempi di stampa e/o la necessità di strutture di supporto costose.

• Organizzazione del letto di stampa: alcune tecnologie di stampa 3D consentono di disporre più parti sul letto di stampa, così da stampare più oggetti in contemporanea anziché in sequenza. Così facendo, si limitanoi tempi totali di funzionamento della macchina, abbattendo i costi energetici e di manodopera.

• Aumentare l’altezza dei layer: i prototipi possono essere stampati con una risoluzione inferiore dell’asse Z, riducendo drasticamente i tempi di stampa. Questa può essere poi aumentata in un secondo momento, e se necessario, per le stampe successive.

Outsourcing

Quando si tratta di implementare la stampa 3D, le aziende possono scegliere se investire in una macchina di proprietà o se rivolgersi a un fornitore di servizi di stampa 3D per la produzione di pezzi. A determinare quale sia la strada più conveniente sono il tipo e la quantità di pezzi richiesti.  

L’acquisto di una stampante 3D può risultare conveniente se si prevede di utilizzarla regolarmente, se si intende impiegare una gamma limitata di materiali per una serie limitata di applicazioni o se si ottengono vantaggi sostanziali in termini di costi con tempi di consegna brevi (ad esempio, quando si producono pezzi di ricambio on-demand). Anche le aziende che hanno necessità della sola estrusione termoplastica potrebbero trovarsi a considerare il piccolo rischio finanziario dato dal costo relativamente basso di una stampante FDM.

Tuttavia, utilizzare un service bureau e stampare in 3D online costa meno che investire in una stampante 3D se vi è una necessità sporadica di pezzi. Il costo dell’ordine dei pezzi da un fornitore di servizi è inoltre del tutto trasparente (i preventivi sono generalmente forniti in anticipo) e le aziende non devono badare a insidie finanziarie come guasti alle macchine o materiali scaduti. L’outsourcing è consigliato anche se l’azienda prevede di utilizzare un’ampia gamma di materiali o di impiegare tecnologie con un costo macchina molto elevato, come il DMLS.

I costi della stampa 3D nel contesto della propria attività

Se pianificata correttamente, la stampa 3D può rivelarsi una tecnologia altamente conveniente per la prototipazione e la produzione di pezzi. Tuttavia, i suoi potenziali utilizzatori sono tenuti a considerare i costi primari e secondari associati alla stampa 3D prima di procedere all'investimento in una macchina. Per i neofiti della stampa 3D, rivolgersi a un fornitore di servizi è spesso il modo più sicuro ed economico per realizzare pezzi stampati in 3D di alta qualità.

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