Outsourcing vs. in-house: când are sens să aduci imprimarea 3D SLS în interiorul companiei?

În acest white paper evaluăm propunerea de valoare a aducerii imprimantelor 3D cu sinterizare selectivă cu laser (SLS) în interiorul companiei, comparativ cu externalizarea pieselor SLS către un furnizor de servicii. Oferind o imagine de ansamblu asupra pieței actuale a imprimării 3D SLS și analizând șase studii de caz care acoperă trei tipuri de aplicații, vom demonstra rentabilitatea pozitivă (ROI) a integrării interne a ecosistemului SLS Fuse Series, accesibil și rentabil.

Introducere

Sinterizarea selectivă cu laser (SLS) se referă la un proces de fabricație aditivă în care un laser sinterizează un strat subțire de pulbere peste un altul, construind piesa vertical în interiorul unei camere de construcție. Aceste imprimante 3D utilizează pulberi plastice, însă sunt, de regulă, considerate parte din aceeași familie cu alte sisteme de imprimare 3D cu pat de pulbere, precum multi-jet fusion (MJF) sau sinterizarea cu laser a metalelor (DMLS sau SLM). Modul de construire a pieselor oferă mai multe avantaje.

În primul rând, patul de pulbere înconjoară piesele în timpul procesului de imprimare, eliminând necesitatea structurilor de suport și permițând realizarea unor geometrii complexe, precum articulații interconectate, ansambluri funcționale și balamale flexibile (living hinges).

Un alt avantaj îl reprezintă materialele în sine — imprimantele 3D SLS pot crea piese rezistente, durabile, rezistente la temperatură și cu durată lungă de viață, potrivite pentru testarea funcțională a prototipurilor sau pentru aplicații finale. Materialele utilizate în imprimarea 3D SLS, precum nailonul, sunt deja larg folosite în comunitățile de design, inginerie și producție, fie prin turnare prin injecție, fie prin fabricație aditivă.

Pe lângă avantajele legate de realizarea pieselor cu geometrii complexe și proprietăți avansate ale materialelor, aducerea SLS în interiorul companiei permite firmelor să controleze o parte mai mare a proceselor de producție. Imprimantele Fuse Series sunt concepute intuitiv, au un flux de lucru accesibil și un amprentă la sol compactă, permițând integrarea lor facilă în sistemele existente. Unitatea Fuse Sift pentru despachetarea și recuperarea pulberii, precum și sistemul Fuse Blast pentru sablare și finisare, simplifică etapa de post-procesare. Fluxul de lucru cu camere multiple de construcție al seriei Fuse permite producția continuă, cu un necesar minim de forță de muncă.

Imprimarea 3D SLS tradițională

Imprimantele industriale SLS tradiționale au fost mult timp singura opțiune pentru piese destinate să înlocuiască sau să simuleze materiale plastice obținute prin turnare prin injecție, însă utilizarea lor internă a fost inaccesibilă pentru majoritatea producătorilor. Istoric, singurele imprimante SLS disponibile erau dificil de utilizat, necesitau infrastructură specială (inclusiv sisteme HVAC și alimentare electrică industrială) și aveau costuri prohibitive, cu prețuri de pornire în jur de 250.000 USD, mult mai mari pentru soluții complete. Pe măsură ce imprimarea 3D a devenit mai răspândită, cererea pentru piese SLS a crescut exponențial, în special în producție și aplicații finale, unde durabilitatea și funcționalitatea sunt esențiale.

Imprimarea 3D SLS prin furnizori de servicii: singura soluție?

Furnizorii de servicii și producătorii contractuali au început să răspundă cererii de piese ușoare, rezistente și durabile, oferind SLS ca opțiune. Deși majoritatea companiilor nu își permiteau achiziția unei mașini, puteau plăti câteva sute de dolari per piesă, mai ales în comparație cu miile de dolari necesare pentru realizarea unei matrițe de injecție. De asemenea, multe companii nu dispuneau de spațiul necesar pentru mașini de mari dimensiuni, în timp ce furnizorii de servicii aveau atât spațiu, cât și personal calificat.

Totuși, acești furnizori gestionează sute, dacă nu mii, de comenzi săptămânal. În funcție de dimensiunea și volumul comenzii, termenul de livrare poate ajunge la câteva săptămâni, iar dacă este necesară consultanță, procesul se poate prelungi și mai mult. Solicitanții care nu sunt familiarizați cu regulile de proiectare pentru SLS pot necesita modificări ale designului, iar comunicarea repetată între proiectant și contractorul extern poate extinde suplimentar durata. Aceleași iterații pot fi realizate rapid intern, atunci când proiectantul și tehnicianul au acces direct la echipamente și cunoștințe de optimizare a imprimării.

În final, costurile și timpii de livrare se acumulează, diminuând beneficiile pentru care companiile ar alege inițial imprimarea 3D SLS. Calculul economic nu mai este favorabil, iar producătorii folosesc SLS pentru mai puține aplicații, ratând o parte din potențialul său.

Aplicații ale imprimării 3D SLS

Cererea ridicată pentru piese SLS de la furnizorii de servicii se datorează, în parte, extinderii gamei de aplicații pentru care SLS este tehnologia ideală. Aducerea acestei capacități în interiorul companiei permite producătorilor să se diferențieze de competitori, prin iterații mai rapide, reziliență crescută la întreruperile lanțului de aprovizionare și reacții mai agile la necesitatea pieselor de schimb sau reparațiilor.

Prototipare rapidă

Cea mai frecventă utilizare a tehnologiilor de imprimare 3D este în faza de prototipare. Totuși, prototiparea rapidă devine mult mai lentă atunci când utilizatorul final, proiectantul, inginerul și tehnicianul se află în locații diferite. Chiar dacă mai multe iterații sunt trimise simultan unui furnizor de servicii, poate dura o săptămână sau mai mult până la primirea pieselor și testarea acestora. Aducerea SLS în interiorul companiei elimină această perioadă de inactivitate. O imprimantă SLS din seria Fuse centralizează procesul — prototiparea cu adevărat rapidă este realizată cel mai eficient de echipe interne care colaborează direct la proiectare, testare și implementare.

Piese pentru utilizare finală

Deși metodele tradiționale de producție rămân, în multe cazuri, cele mai eficiente, există situații în care producerea pieselor finale cu imprimante SLS are sens. În aceste cazuri, producătorii obțin un avantaj competitiv prin producția internă, în locul externalizării.

În producția aftermarket, producătorii trebuie să reacționeze rapid la modificările impuse de OEM-uri, ceea ce necesită agilitate în proiectare, testare și producție. Pentru Terra X, producător de accesorii auto, externalizarea pieselor SLS a fost o soluție bună pentru testarea produselor la început. Pe măsură ce cererea a crescut, producția a fost adusă intern cu Fuse Series, pentru a îmbunătăți marjele, a reduce timpii de livrare și a scurta ciclurile de dezvoltare.

Relevanța producției interne SLS a crescut semnificativ începând cu 2021, când problemele din lanțurile de aprovizionare au blocat metodele tradiționale de fabricație. Producătorii care au putut implementa soluții alternative au câștigat un avantaj competitiv. De atunci, războaiele comerciale, tarifele, restricțiile de aprovizionare și alte evenimente continuă să perturbe lanțurile globale, făcând producția locală mai atractivă pentru întreprinderile mici și mijlocii.

Cei care au avut capacități SLS interne au putut reacționa dinamic la penurii și au redirecționat capacitatea de imprimare către piese care, în mod tradițional, ar fi necesitat scule dedicate. Datorită fluxului de lucru simplu și eficienței ridicate a materialelor, imprimantele Fuse Series permit menținerea costurilor reduse și livrarea produselor într-un context în care competitorii așteptau componentele.

Imprimarea 3D SLS este o soluție viabilă pentru volume de producție, atât din perspectiva costului per piesă, cât și a timpului de livrare. Pentru scenarii precum producția temporară de substituție, personalizarea aftermarket, managementul lanțului de aprovizionare sau piețele emergente, SLS oferă producție la cerere, iar integrarea internă aduce flexibilitate, agilitate și eficiență.

Pentru start-up-uri fără resursele necesare pentru a alterna între turnare prin injecție și imprimare 3D, utilizarea aceleiași metode de producție folosite la prototipare este o cale eficientă de a introduce un produs pe piață și de a genera venituri. Producția internă prin imprimare 3D permite colectarea feedback-ului și reinvestirea veniturilor în R&D sau producție, cu posibilitatea de a trece ulterior la turnare prin injecție atunci când cererea devine clară.

Dispozitive de fabricație, scule rapide și piese de schimb

Aducerea capacității SLS în interiorul companiei este deosebit de relevantă pentru imprimarea pieselor de schimb. Tot mai multe companii creează biblioteci digitale de piese de schimb ce pot fi imprimate 3D. Dacă o mașină are nevoie de o piesă, imprimarea la cerere reduce semnificativ timpii de așteptare față de livrarea de la OEM sau un furnizor extern. Fiecare oră de oprire poate genera pierderi financiare, iar o imprimare SLS rapidă internă poate reduce aceste pierderi.

Pentru clientul Formlabs Eaton, seria Fuse a devenit o soluție cheie la fabrica din Olean, care produce echipamente electrice la volum mare. Utilizând Fuse 1+ 30W și pulbere Nylon 12, locația Eaton Olean a reușit să înlocuiască aproape toate consumabilele de producție de pe liniile automate de asamblare. Cleștii, EOAT-urile, distanțierele, dispozitivele de fixare, șabloanele și carcasele imprimate SLS au îmbunătățit rezultatele producției, au redus costurile și au eficientizat operațiunile de mentenanță, reparații și revizie (MRO).

Dispozitivele de fabricație și sculele au fost, în mod tradițional, produse la costuri ridicate prin procese subtractive, adesea din metal sau blocuri de plastic Delrin. Imprimarea 3D oferă o alternativă mai rapidă și mai eficientă, iar avantajul producției interne constă în posibilitatea de a face modificări și personalizări rapide.

Sculele sunt adesea voluminoase, precum presele de formare utilizate de producătorul elvețian de ochelari Marcus Marienfeld. Acesta folosește Fuse 1 pentru a crea prese de îndoire a ramelor din titan. Comandarea acestor prese de la un furnizor extern ar limita numărul de variante posibile, din cauza costurilor și termenelor de livrare. Producția internă permite realizarea mai multor scule într-o singură cameră de construcție și procesarea a sute de rame pe zi, reducând la jumătate timpul total față de externalizare.

Seria Fuse aduce SLS la îndemână

Cu un preț accesibil și o amprentă compactă, care permite instalarea de la studiouri mici până la mari producători industriali, Fuse 1+ 30W face posibilă imprimarea 3D SLS de calitate industrială în interiorul companiei, reducând costul per piesă și accelerând producția.

Ușurința adoptării

De la lansarea Fuse 1 în 2020, Formlabs a vândut mai multe imprimante SLS decât orice alt producător. Accesibilitatea prețului, dimensiunile compacte și experiența de utilizare simplificată, susținută de ecosistemul complet (imprimantă, Fuse Sift și Fuse Blast cu modul de polisare), facilitează adoptarea. Materialele de standard industrial, precum Nylon 12 Tough, TPU real, nailon alb ușor de colorat și compozite din nailon, fac din Fuse Series o soluție eficientă pentru producția internă.

Bugetul necesar pentru un sistem Fuse 1+ 30W, inclusiv materiale, service și training, este o fracțiune din costul sistemelor SLS industriale tradiționale. Nu este necesară angajarea unui tehnician dedicat, iar utilizatorii cu experiență anterioară în imprimare 3D pot începe rapid. Prețul deschide accesul și pentru producători mici, care pot scala producția și crește rata de iterare fără a plăti furnizori externi pentru fiecare piesă.

Cost redus și productivitate ridicată

Cu un preț de pornire sub 55.000 USD pentru întregul ecosistem (și sub 27.000 USD doar pentru imprimantă), Fuse 1+ 30W este de 5–10 ori mai accesibil decât sistemele SLS industriale tradiționale. Costurile fixe mai mici permit atingerea mai rapidă a unui ROI pozitiv, chiar și pentru aplicații cu volum redus.

Fluxul de lucru modular permite rularea și post-procesarea continuă a mai multor camere de construcție, crescând volumul de producție fără timpi morți. Rata de reîmprospătare a pulberii și algoritmul îmbunătățit de densitate de ambalare optimizează raportul dintre pulberea sinterizată și cea nesinterizată, crescând eficiența utilizării materialului. Cu o rată de reîmprospătare de 30% pentru materialele cele mai utilizate, mulți utilizatori Fuse 1+ 30W pot imprima fără pierderi de pulbere, reutilizând complet materialul nesinterizat. În plus, prețurile avantajoase pentru achiziții en-gros (până la 45 USD/kg) fac aplicațiile cu volum mare și mai eficiente din punct de vedere al costurilor.

Testarea ipotezei: Fuse 1+ 30W în regim intern vs. externalizarea pieselor SLS

Pentru a testa ipoteza conform căreia imprimarea SLS realizată intern este atât mai rapidă, cât și mai puțin costisitoare decât comandarea pieselor de la un service bureau, vom analiza șase studii de caz. Șase construcții diferite, care reprezintă trei tipuri de aplicații — prototipare, producția de piese pentru utilizare finală și dispozitive/ajutoare de fabricație — vor fi imprimate intern pe imprimante Fuse 1+ 30W și vor fi trimise către patru dintre principalele service bureau-uri din SUA. Vor fi măsurate și comparate atât costurile per piesă (incluzând manopera, materialele și transportul), cât și timpul de livrare (lead time).

„Timpul total” pentru construcțiile realizate intern pe Fuse 1+ 30W va fi calculat prin însumarea timpului de imprimare, a timpului de răcire și a timpului de manoperă necesar post-procesării pieselor în Fuse Sift și Fuse Blast. „Timpul total” pentru piesele SLS realizate de service bureau-uri va fi calculat ca media timpilor de livrare, de la încărcarea fișierului și plasarea comenzii până la primirea pieselor la locația noastră.

„Costul total” pentru construcțiile realizate intern pe Fuse 1+ 30W va fi calculat prin însumarea costului materialelor și al manoperei, presupunând un preț al pulberii de 99 USD/kg pentru prototipare, 75 USD/kg pentru ajutoare de fabricație și 55 USD/kg pentru producție, precum și un tarif orar de 17 USD pentru personalul intern care operează imprimarea. „Costul total” pentru piesele SLS realizate de service bureau-uri va fi calculat ca media costurilor ofertate pentru fiecare construcție, plus transport standard, de la cele patru service bureau-uri.

Aplicația 1: Prototipare

Exersarea duce la perfecțiune, iar în dezvoltarea produselor, „exersarea” înseamnă prototipare rapidă. Capacitatea de a proiecta, a face modificări mici, a imprima și a testa un model fizic conduce la inovație reală și îmbunătățiri măsurabile. Imprimarea 3D a deschis posibilitatea prototipării rapide în toate industriile, iar imprimarea 3D SLS cu atât mai mult, prin prototipuri funcționale („works-like”) realizate din materiale rezistente, cu proprietăți utile. Totuși, companiile încă decid între prototiparea rapidă internă și externalizarea către un service bureau. Vom analiza două prototipuri — unul pentru industria auto și unul pentru un produs de consum (elemente de feronerie pentru construcții) — pentru a vedea dacă viteza și costul prototipării sunt comparabile între SLS intern și externalizat.

Fiecare construcție a fost optimizată pentru a include cât mai multe modele posibil — un exemplu al procesului iterativ. O echipă de proiectare poate avea mai multe modificări de testat pentru o piesă și dorește să le verifice atât funcțional, cât și vizual. Încărcarea cât mai eficientă a camerei de construcție le oferă posibilitatea să testeze mai multe prototipuri, să utilizeze pulberea mai eficient și mai rentabil, fără a crește semnificativ timpul de așteptare.

Prototip 1: Galerie (manifold) auto

	Fuse 1+ 30W (intern)	Service bureau SLS
Timp de imprimare	10 h 28 min	—
Răcire suplimentară (Fuse Sift)	13 h 30 min	—
Cernere / extragere piese (intervenție directă)	10 min	—
Timp de blast (automatizat)	15 min	—
Timp total până la piesă	24 h 23 min	7 zile lucrătoare
Cost materiale*	98,48 USD	—
Timp manoperă (intervenție directă)	43 min	—
Cost manoperă	12,18 USD	—
Cost total	110,66 USD	163,32 USD
Cost per piesă	27,67 USD	40,83 USD

* Prototiparea rapidă nu se face neapărat în volum mare, astfel că am folosit costul standard al pulberii de 99 USD/kg pentru calculul costului per piesă. Pentru cei care imprimă zilnic, achiziția en-gros a pulberii este o metodă simplă de a reduce semnificativ costul per piesă.

** Utilizatorii Fuse pot despacheta camerele de construcție în Fuse Sift când temperatura internă ajunge la 50 °C, de obicei cu câteva ore înainte de îndeplinirea completă a „timpului de răcire suplimentar”. În acest exemplu, când utilizatorul revine la serviciu a doua zi dimineață, camera ar fi gata de despachetat, temperatura coborând sub 50 °C peste noapte.

În intervalul unei săptămâni de lucru obișnuite, un designer de produs ar putea parcurge 25 de iterații diferite ale acestei galerii atunci când imprimă intern, în loc să aștepte șapte zile pentru a primi prima rundă de iterații de la un service bureau. Deși, în prototipare, timpul este adesea mai important decât costul per piesă, chiar și la cel mai ridicat cost al pulberii (99 USD/kg) și fără discount de volum, imprimarea SLS internă rămâne mai ieftină decât externalizarea în acest caz.

Prototip 2: Carcasă pentru bormașină (power drill)

	Fuse 1+ 30W (intern)	Service bureau SLS
Timp de imprimare	12 h 4 min	—
Răcire suplimentară (Fuse Sift)	13 h 55 min	—
Cernere / extragere piese (intervenție directă)	10 min	—
Timp de blast (automatizat)	15 min	—
Timp total până la piesă	26 h 14 min	7 zile lucrătoare
Cost materiale*	118,51 USD	—
Timp manoperă (intervenție directă)	43 min	—
Cost manoperă	12,18 USD	—
Cost total	130,69 USD	234,34 USD
Cost per piesă	26,14 USD	58,59 USD

* Ca mai sus, costul materialului SLS intern este setat la nivelul maxim posibil, 99 USD/kg, pentru a reflecta prototiparea în volum redus.

** Ca mai sus, timpul până la „răcirea adecvată”, adică pragul de 50 °C, este de obicei cu câteva ore mai scurt decât această estimare, ceea ce înseamnă că post-procesarea poate începe mai devreme, iar timpul total până la piesă este chiar mai mic decât cel indicat.

Ca și în primul exemplu, timpul total necesar pentru aceste prototipuri ar permite utilizatorilor SLS interni să ruleze cinci cicluri complete pe săptămână, imprimând zece iterații ale ansamblului de carcasă (două piese). Comparativ cu două iterații la fiecare șapte zile lucrătoare în cazul externalizării, o imprimantă SLS internă deschide posibilitatea unei iterații reale. Fiecare model nou poate avea un aspect diferit, alternative pentru designul prinderii (grip) sau poziționări diferite ale filetului pentru șuruburi, putând fi prezentat fizic echipei de aprobare chiar a doua zi.

În prototipare, viteza de iterație este esențială. În acest scenariu, așteptarea a șapte zile lucrătoare pentru două prototipuri externalizate poate reprezenta o provocare semnificativă pentru dezvoltarea produsului. În schimb, cu imprimare 3D SLS internă, designerii pot imprima patru piese — adică două carcase complete — în fiecare zi.

Aplicația 2: Producția de piese pentru utilizare finală

După finalizarea designului și estimarea cererii, încep seriile de producție. Pentru seriile de producție, întrebarea tipică nu este dacă să imprimi SLS intern sau prin service bureau, ci cum se compară imprimarea 3D cu metodele tradiționale, precum turnarea prin injecție.

Așa cum am analizat în white paper-ul nostru care compară imprimarea 3D SLS cu turnarea prin injecție, există mai multe scenarii în care imprimarea 3D are sens pentru producția de piese finale, inclusiv piese aftermarket, personalizare, soluții temporare pentru lanțul de aprovizionare (stopgap) și altele. Costul per piesă și debitul (throughput) sunt doi dintre cei mai importanți factori în calculul ROI pentru diferite metode de fabricație. Fuse 1+ 30W oferă viteze mari de imprimare, camere de construcție interschimbabile, o unitate de post-procesare eficientă și o densitate de ambalare îmbunătățită, care optimizează semnificativ economia producției de piese finale.

În continuare, vom analiza cât cost suplimentar adaugă un service bureau și cum afectează timpul de livrare termenele de producție, comparând seriile de producție interne pe Fuse 1+ 30W cu externalizarea imprimării SLS către furnizori de servicii. Aceste scenarii sunt proiectate pentru a maximiza productivitatea prin utilizarea algoritmului de densitate de ambalare din PreForm, pentru optimizarea consumului de pulbere și a ratei de reîmprospătare, precum și pentru a livra cât mai multe piese finale.

Producție piese finale – Seria 1: Pedală de bicicletă

	Fuse 1+ 30W (intern)	Service bureau SLS
Timp de imprimare	18 h 4 min	—
Răcire suplimentară (Fuse Sift)	13 h 46 min	—
Cernere / extragere piese (intervenție directă)	15 min	—
Timp de blast (automatizat)	15 min	—
Timp total până la piesă	32 h 20 min	8 zile lucrătoare
Cost materiale*	118,81 USD	—
Timp manoperă (intervenție directă)	43 min**	—
Cost manoperă	12,18 USD	—
Cost total	130,99 USD	278,38 USD
Cost per piesă	4,23 USD	8,98 USD

* Costul materialului pentru imprimarea internă a fost calculat folosind praguri de discount pentru pulbere achiziționată en-gros, cu cel mai mic discount posibil: 20% la cumpărarea a 50 kg de pulbere odată.

** Timpul de manoperă include doar cinci minute pentru pregătirea imprimării (deoarece construcțiile de producție sunt adesea predefinite/repetate), dar mai mult timp pentru extragerea pieselor în Fuse Sift, deoarece există foarte multe piese.

Studiul de caz pentru pedala de bicicletă arată că 31 de pedale pot fi produse într-un interval de 33 de ore, sau chiar mai puțin dacă se iau în calcul timpii minimi necesari de răcire și un flux de lucru cu camere multiple.

Pornirea unei noi construcții în fiecare dimineață și post-procesarea în ziua următoare permite cinci cicluri (155 piese) într-o săptămână standard de cinci zile și, minim, 690 de piese pe lună. La 4,23 USD per piesă (față de peste dublu la externalizare), imprimarea SLS internă susține scenarii precum producția temporară de substituție (stopgap), testarea de design în fază incipientă și producția în volum mic. Pentru producători mici care doresc serii limitate sau opțiuni de personalizare, Nylon 12 Powder imprimat SLS poate livra atât rezistență și durabilitate, cât și costuri competitive.

Producție piese finale – Seria 2: Roată dințată pentru turntable-ul Form Cure

	Fuse 1+ 30W (intern)	Service bureau SLS
Timp de imprimare	18 h 53 min	—
Răcire suplimentară (Fuse Sift)	13 h 50 min	—
Cernere / extragere piese (intervenție directă)	15 min	—
Timp de blast (automatizat)	15 min	—
Timp total până la piesă	33 h 13 min	7 zile lucrătoare
Cost materiale**	111,14 USD	—
Timp manoperă (intervenție directă)	43 min*	—
Cost manoperă	12,18 USD	—
Cost total	123,32 USD	407,66 USD
Cost per piesă	0,33 USD	1,09 USD

** Costul materialului pentru imprimarea internă a fost calculat folosind praguri de discount en-gros, cu cel mai mic discount: 20% la cumpărarea a 50 kg de pulbere odată.

* Timpul de manoperă include doar cinci minute pentru pregătirea imprimării (construcții repetabile), dar mai mult timp pentru extragere în Fuse Sift, deoarece sunt multe piese mici.

Așa cum am arătat în white paper, pragul de rentabilitate pentru turnarea prin injecție a acestei roți dințate a fost la cantități de aproximativ 8.000 de unități, comparativ cu imprimarea 3D SLS pe Fuse 1. Într-o singură construcție pe Fuse 1+ 30W, se pot imprima 320 de piese pentru aproximativ 206 USD. Folosind mai multe camere de construcție, un tehnician poate porni o imprimare în fiecare zi și poate post-procesa construcțiile în ziua următoare, după răcire.

Cu acest flux de lucru, se pot finaliza patru construcții complete pe săptămână, pentru un total de 1.870 de piese săptămânal. Un Fuse 1+ 30W instalat intern ar putea produce peste 8.000 de piese pe lună, oferind o alternativă realistă pentru producție, într-un interval în care adesea este nevoie de atât timp doar pentru realizarea unei matrițe noi pentru turnare prin injecție. Din cauza costului per piesă mai ridicat, externalizarea are o economie semnificativ mai slabă.

Aplicația 3: Ajutoare de fabricație, scule rapide, piese de schimb

Ajutoarele de fabricație și sculele pot lua forme variate — clești (grippers) personalizați care ajută mașinile automate să preia și să poziționeze produsele mai eficient, scule care modelează produsul final în geometria corectă sau șabloane și dispozitive de fixare (jigs și fixtures) care sprijină asamblarea ori procesele de asigurare a calității (QA). Orice serie de producție necesită o gamă de astfel de unelte și poate beneficia de rezistența și durabilitatea pieselor imprimate SLS.

Piesele de schimb au un tipar de cerere similar — nu sunt necesare în cantități mari, dar când o piesă se defectează și linia de asamblare rămâne blocată, viteza și acuratețea sunt critice. Pentru aceste aplicații, SLS intern poate fi o alternativă mai rapidă și mai rentabilă decât piesele din aluminiu prelucrat.

Primul exemplu este o unealtă imprimată SLS folosită de Marcus Marienfeld pentru formarea ramelor de ochelari din titan. Geometria este personalizată, iar producătorul creează aceste scule în funcție de geometria feței fiecărui client. O colecție de rame poate acoperi mai multe geometrii, necesitând scule personalizate pentru fiecare. Un astfel de nivel de personalizare ar fi imposibil cu scule tradiționale scumpe, însă cu imprimarea 3D SLS devine mult mai fezabil. În acest studiu de caz se imprimă 19 forme diferite de scule într-o singură cameră SLS, optimizând densitatea de ambalare și rata de reîmprospătare a pulberii.

Al doilea exemplu este o piesă de schimb — un mâner de manivelă (crank handle) — genul de componentă care se poate rupe într-un proces de fabricație și trebuie înlocuită într-un material rigid și rezistent. Deoarece este imprimată la cerere, cantitatea este doar una, chiar dacă imprimarea în cantități mici este mai puțin optimă din perspectiva ambalării pulberii și a eficienței ratei de reîmprospătare.

Scule rapide: scule de formare pentru rame de ochelari din titan

	Fuse 1+ 30W (intern)	Service bureau SLS
Timp de imprimare	16 h 52 min	—
Răcire suplimentară (Fuse Sift)	13 h 45 min	—
Cernere / extragere piese (intervenție directă)	10 min	—
Timp de blast (automatizat)	15 min	—
Timp total până la piesă	30 h 37 min	9 zile lucrătoare
Cost materiale*	196,81 USD	—
Timp manoperă (intervenție directă)	53 min**	—
Cost manoperă	15,02 USD	—
Cost total	211,82 USD	540,17 USD
Cost per piesă	11,15 USD	28,43 USD

* Costul materialului este setat la 99 USD/kg, fără discount, deoarece ajutoarele de fabricație precum sculele nu sunt, de obicei, necesare în volume care să justifice achiziția en-gros.

** Timpul de manoperă include o pregătire mai lungă a imprimării, 20 de minute, pentru aranjarea, etichetarea și orientarea acestor prese de formare, care diferă doar ușor între ele.

Sculele pentru produse de consum, precum ochelarii, sunt de obicei realizate o singură dată și apoi reutilizate pentru volume mari ale aceluiași produs. Totuși, în cazul Marcus Marienfeld, acesta oferă mai multe stiluri de rame, fiecare necesitând scule personalizate. Pentru opțiuni de personalizare în volum mic, imprimarea 3D SLS internă livrează piese de înaltă calitate rapid, astfel încât munca efectivă de presare a ramelor din titan poate începe cât mai curând. Deși prețurile de externalizare nu sunt „cu mult” mai mari, cele nouă zile lucrătoare de lead time reprezintă dezavantajul major.

Piesă de schimb: mâner de manivelă (crank handle)

	Fuse 1+ 30W (intern)	Service bureau SLS
Timp de imprimare	3 h 3 min	—
Răcire suplimentară (Fuse Sift)	1 h 45 min	—
Cernere / extragere piese (intervenție directă)	5 min	—
Timp de blast (automatizat)	15 min	—
Timp total până la piesă	4 h 48 min	6 zile lucrătoare
Cost materiale*	17,33 USD	—
Timp manoperă (intervenție directă)	33 min*	—
Cost manoperă	9,35 USD	—
Cost total	26,68 USD	18,93 USD
Cost per piesă	26,68 USD	18,93 USD

* Costul de manoperă reprezintă aici o parte semnificativă din costul total și se împarte doar la o singură piesă. Într-un scenariu real, acest lucru ar fi atenuat de alte piese din cameră, în care utilizatorul ar adăuga o piesă de schimb „la cerere”, apărută pe parcursul zilei.

ROI-ul unei mașini SLS interne care imprimă unități unice de înlocuire nu se evidențiază ușor dacă privim doar costul per piesă. Deși este mai scump decât externalizarea către un service bureau, ar fi necesare sute sau chiar mii de astfel de piese unice pentru a amortiza costul imprimantei.

Însă întrebarea relevantă este: cât valorează pentru compania dvs. ca o linie de producție să fie oprită o zi, comparativ cu până la două săptămâni? Răspunsul diferă de la caz la caz, dar exemplul arată că eficiența unei imprimante SLS interne pentru piese de schimb ar trebui măsurată prin cât de repede poate repune echipamentul în funcțiune. Pentru fiecare oră în care o mașină așteaptă o piesă, compania pierde bani. Cu o mașină internă, puteți avea piesa a doua zi și puteți reporni întregul proces de fabricație în 24 de ore, ceea ce poate justifica costul imprimantei chiar dacă se întâmplă o singură dată.

ROI cu Fuse 1+ 30W: luni, nu ani

În fiecare studiu de caz — prototipare, producție și ajutoare de fabricație — cu excepția ultimului (mânerul de manivelă), costul imprimării interne comparativ cu externalizarea către un service bureau a fost semnificativ mai mic. Această comparație presupune că imprimanta SLS internă a fost deja achiziționată și că prețul imprimantei nu este amortizat în costul de producție.

Rapoartele de ROI de la clienți arată că majoritatea companiilor care au o singură aplicație și suficientă cerere pentru imprimare SLS astfel încât să utilizeze un Fuse 1+ 30W chiar și la 10% din capacitate ar beneficia de aducerea imprimării SLS în interiorul companiei, în loc de externalizare. Iar după ce o companie are o imprimantă SLS internă, extinderea către aplicații noi are o barieră de intrare mai redusă decât în cazul externalizării, stimulând inovația.

Pentru majoritatea companiilor care dezvoltă produse noi, un sprint de prototipare poate fi accelerat cu câteva luni, iar rezultatele confirmă că o imprimantă SLS internă poate genera ROI chiar în cadrul prototipării unui singur produs. Atât cazul galeriei auto, cât și cel al carcasei pentru bormașină arată că prototiparea internă este adesea de 10 ori mai rapidă și mai ieftină decât externalizarea. Imprimarea a 60–80 de construcții diferite poate conduce la un ROI pozitiv, iar pentru o companie care dezvoltă produse în mod continuu, acest lucru se poate întâmpla în mai puțin de trei–patru luni.

În seriile de producție, atât roata dințată, cât și pedala de bicicletă arată că costul per piesă este substanțial mai mic atunci când piesele sunt imprimate intern. Acest lucru este influențat de dimensiunea mică a pieselor și de eficiența ambalării în cameră. Cazurile de producție cu piese mici facilitează atingerea unei densități de ambalare optime, ceea ce conduce la un proces fără deșeu („zero-waste”), în care pulberea nesinterizată poate fi reutilizată în ciclul următor, păstrând raportul optim între material reciclat și pulbere proaspătă. Pentru situații în care sunt necesare rapid sute sau mii de piese finale (producție în volum mic, întreruperi ale lanțului de aprovizionare sau termene limită apropiate), Fuse 1+ 30W poate oferi o soluție internă mai rentabilă sau o alternativă atunci când externalizarea ori metodele tradiționale ar dura prea mult.

Pentru prima aplicație din categoria ajutoarelor de fabricație — unealta de formare a ramelor de ochelari — ROI-ul este mai apropiat de scenariile de prototipare și producție: dacă există suficientă cerere, echipamentul poate fi amortizat în doar câteva luni. Crearea unor astfel de scule este o modalitate simplă și accesibilă de a extinde opțiunile de personalizare. În acest scenariu, utilizatorul poate imprima 19 iterații diferite ale sculei, pentru 19 forme diferite ale feței, iar producătorul poate oferi rame potrivite atât pentru diferite forme ale ramelor, cât și pentru diferite forme ale feței.

Excepția notabilă de la ROI-ul rapid este cazul piesei de schimb. Deoarece este necesară doar o singură piesă, economiile directe nu sunt semnificative. Totuși, contextul este critic: un echipament s-a defectat și este necesară o înlocuire imediată. Componenta defectă blochează producția, iar fiecare minut de nefuncționare poate afecta profitabilitatea. Opțiunile de a obține piesa de schimb sunt:

comandarea de la producătorul mașinii;
realizarea de scule și turnare/matrițare/prelucrare pentru a produce o nouă piesă;
comandarea unei piese imprimate 3D de la un service bureau;
imprimarea piesei intern, prin 3D printing.

Când timpul este esențial, opțiunea care instalează piesa de schimb cel mai rapid și repornește producția este imprimarea internă a piesei.

Concluzie

SLS este o metodă ideală pentru prototiparea rapidă și accesibilă a pieselor funcționale, rezistente și de calitate industrială și reprezintă o soluție viabilă pentru producția rentabilă de piese finale în volume mici până la medii.

În aceste scenarii, atunci când SLS este deja stabilit drept cea mai bună metodă, alegerea dintre externalizare și producție internă este clară — imprimarea SLS internă este mai rapidă și mai ieftină.

Alternativele tradiționale, non-3D, au în continuare sens pentru producția în volume suficient de mari și cu cerere stabilă, predictibilă. SLS intern reprezintă o alternativă viabilă pentru orice producție cu volume mici sau imprevizibile — fie că vorbim de aftermarket, soluții temporare (stopgap), produse noi sau piese de schimb.

Ecosistemul Fuse Series a făcut imprimarea 3D SLS internă accesibilă pentru prima dată, permițând sute de producători să realizeze piese în doar câteva zile, cu întregul flux de lucru sub controlul lor. Procesul de comunicare între departamente — de la solicitant la proiectare, inginerie, tehnician, testare și echipele orientate către client — poate avea loc într-o singură săptămână.

Utilizarea unei imprimante SLS interne readuce controlul în mâinile producătorului. Prețul accesibil al seriei Fuse, fluxul de lucru intuitiv și varietatea materialelor de calitate industrială o fac o alegere ideală pentru cei care doresc să își reducă dependența de terți.

Determinarea exactă a termenului pentru ROI poate fi complexă, deoarece implică diverse aplicații, materiale și programe de producție. După colaborarea cu sute de clienți Fuse Series, echipa noastră de experți SLS vă poate ajuta să planificați un program pentru piesele dvs. și să estimați cât de rapid puteți obține ROI prin aducerea SLS în interiorul companiei.

Pentru mai multe informații: