La fabricación aditiva cada vez cobra más relevancia tanto en el sector de diseño mecánico e industrial, como en el sector de la construcción. Lo cierto es que es una tecnología muy tentadora por muchas razones que comentaremos a continuación, aunque no deja de tener sus inconvenientes y uno de ellos es el coste de producción para largas tiradas.
En la actualidad, en muchos sectores, entre ellos en automoción, la tecnología de impresión 3d sí que es rentable para fase de prototipado; en cambio para producción en masa o de largas tiradas, los procedimientos convencionales siguen siendo los dominantes en el sector por las razones que veremos posteriormente.
Para clarificar lo anterior vamos a asumir un proyecto que implica la producción de un paragolpes delantero para un automóvil de precio medio, el cual estará en producción durante cinco años. Esta pieza, aunque esencialmente es de plástico, tiene funciones críticas como absorción de impactos, integración con sensores y otros dispositivos de seguridad, y debe cumplir con normativas de calidad y seguridad. El proceso de producción del paragolpes debe considerar factores como el costo por unidad, la velocidad de producción, el acabado superficial y la durabilidad del molde o equipo de fabricación.
Fabricación Aditiva (Impresión 3D)
Ventajas
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Flexibilidad de diseño: Permite la creación de geometrías complejas sin la necesidad de moldes costosos.
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Prototipos rápidos: Ideal para crear prototipos funcionales durante la fase de diseño y prueba.
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Pequeñas series: Para producciones limitadas o personalizadas, la impresión 3D puede ser rentable al no requerir inversiones en moldes.
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Reducción de desperdicio: Al ser un proceso aditivo, se utiliza solo el material necesario, reduciendo el desperdicio.
Limitaciones
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Tiempos de producción: Los tiempos de impresión pueden ser largos en comparación con métodos de fabricación masiva.
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Costos por unidad elevados: Aunque no se invierte en moldes, el costo por unidad puede ser más alto para grandes volúmenes debido al costo de los materiales y el tiempo de operación.
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Acabado superficial: Dependiendo de la tecnología (FDM, SLA, SLS), el acabado superficial puede requerir tratamientos adicionales como lijado o pintura para alcanzar estándares de calidad automotriz.
Materiales típicos
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Nylon reforzado con fibra de carbono (SLS): Resistente y liviano.
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ABS o PETG (FDM): Materiales más comunes en impresión 3D de polímeros.
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Poliuretano (SLA): Para piezas con mayor detalle.
Costos y tiempos de fabricación
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Tiempo de fabricación: Entre 15-20 horas para piezas grandes como un paragolpes (con una impresora industrial).
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Costo por unidad: Alrededor de 1.500-2.500 euros para una sola unidad, incluyendo material y postprocesado.
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Acabado superficial: Regular sin postprocesado, con posibilidad de mejorar a través de lijado, pintura o recubrimientos superficiales.
Aplicación en ciclo de vida corto
Para producciones limitadas, donde se espera un cambio de diseño o personalización frecuente, la fabricación aditiva sería una opción viable. Además, es adecuada para prototipado y validación de diseño antes de pasar a una producción en masa.
Fabricación Tradicional (Moldeo por Inyección)
Ventajas
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Producción en masa eficiente: Ideal para producciones de alto volumen, ya que el costo por unidad disminuye significativamente a medida que aumenta el número de piezas producidas.
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Alta velocidad de producción: Una vez que el molde está fabricado, la producción es extremadamente rápida. Un paragolpes puede producirse en unos pocos minutos.
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Alta calidad de acabado: Los acabados superficiales logrados con moldeo por inyección son de alta calidad y suelen cumplir con los estándares automotrices sin necesidad de mucho postprocesado.
Limitaciones
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Alto costo inicial: La creación del molde es costosa, y puede oscilar entre 50.000 y 100.000 euros, dependiendo de la complejidad del diseño.
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Rigidez en cambios de diseño: Cualquier modificación en el diseño requiere un nuevo molde, lo que puede ser costoso y llevar tiempo.
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Desperdicio de material: Aunque el moldeo por inyección es eficiente, puede haber mayor desperdicio en la fase inicial de ajustes del molde.
Materiales típicos
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ABS: Alta resistencia al impacto y durabilidad.
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Polipropileno: Ligero y resistente a la deformación.
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Poliuretano: Buena resistencia a la abrasión y el desgaste.
Costos y tiempos de fabricación
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Tiempo de fabricación: Una vez que el molde está listo, una pieza puede fabricarse en menos de 5 minutos.
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Costo por unidad: Para producciones en masa (por ejemplo, más de 100.000 unidades), el costo por unidad puede bajar a unos 50-100 euros.
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Acabado superficial: Excelente, sin necesidad de mucho postprocesado.
Aplicación en ciclo de vida largo
Para una pieza de automoción como un paragolpes, que va a estar en producción durante cinco años, el moldeo por inyección sería más rentable. El alto costo inicial del molde se compensa con el bajo costo por unidad en producción en masa.
Comparativa: Fabricación Aditiva vs. Moldeo por Inyección
Gráfico comparativo: Costo por unidad vs Volumen de producción
El gráfico muestra claramente cómo los costos por unidad de un paragolpes disminuyen rápidamente para el moldeo por inyección a medida que aumenta el volumen de producción, mientras que la fabricación aditiva, aunque comienza con costos más bajos para volúmenes pequeños, no puede igualar la eficiencia de la producción en masa.
En concreto en el gráfico interior vemos como para aproximadamente un volumen de producción de unas 500 unidades (punto de intersección entre estas 2 gráficas), optar por una tecnología de moldeo por inyección de plástico empieza a ser más rentable.
Conclusión
La Fabricación aditiva es una opción válida para prototipos, personalización o series limitadas. Es flexible y permite cambios rápidos en el diseño, pero los tiempos de producción son más largos y los costos por unidad son altos para grandes volúmenes.
El Moldeo por inyección es ideal para producciones a gran escala, especialmente cuando el diseño está fijado y no cambiará durante el ciclo de vida del producto. La alta inversión inicial en moldes se amortiza rápidamente gracias a los bajos costos por unidad y la alta velocidad de producción.
En el caso de un paragolpes para un automóvil con un ciclo de producción de cinco años, el moldeo por inyección sería la mejor opción, debido al volumen de producción esperado y la calidad superficial requerida.
Fuentes:
«Additive Manufacturing and Injection Molding for Automotive Components» (2021).
«Plastic Injection Molding vs. 3D Printing» – Industry Standards for Automotive Applications.
«Cost Comparison of Manufacturing Methods for Automotive Parts» (2022).
