La impresión 3D resulta más económica por debajo del punto de equilibrio, mientras que el moldeo por inyección es más económico por encima de él. En el caso de piezas pequeñas con utillaje sencillo, el punto de equilibrio suele situarse en unos cientos de unidades. Para piezas más grandes, con utillaje complejo o moldes de múltiples cavidades, puede situarse en unos miles. El punto de equilibrio es un cálculo específico para cada pieza, no una cifra fija, y en el resto de este artículo se explica cómo realizar dicho cálculo.

En esta guía se explica por qué las dos estructuras de costes se comportan de forma tan diferente, qué componentes se incluyen realmente en cada precio y cómo calcular la cantidad de equilibrio para tu propia pieza utilizando tus propias cifras, en lugar de una regla general.

Dos estructuras de costes que se comportan de forma diferente

El moldeo por inyección supone un gasto inicial elevado. Se paga por un molde antes incluso de que exista una sola pieza, y ese molde es el mayor gasto individual de todo el programa. Una vez que existe, cada pieza cuesta muy poco: un poco de resina, unos segundos de tiempo de máquina y una fracción del coste de un operario. A medida que aumenta la cantidad, el coste del utillaje se reparte entre más piezas y el coste efectivo por pieza desciende drásticamente, para luego seguir bajando de forma más gradual y, finalmente, estabilizarse cerca del coste del material y del ciclo.

La impresión 3D casi no tiene costes fijos. Al no haber utillaje, la primera pieza cuesta más o menos lo mismo que la milésima. Esto supone una auténtica ventaja cuando se trata de cantidades reducidas y una auténtica desventaja cuando se trata de cantidades elevadas, ya que no existe ningún mecanismo por el que el volumen reduzca significativamente el precio unitario. Se consigue cierto ahorro al agrupar más piezas en una misma impresión, pero la curva se mantiene prácticamente plana en comparación con el moldeo.

Si se representan juntas, una curva parte de un nivel muy alto y desciende bruscamente, mientras que la otra se mantiene más o menos estable. Se cruzan una vez, y ese punto de cruce es la respuesta a la pregunta.

Qué factores influyen en el coste de una pieza impresa en 3D

• El tiempo de máquina, que depende de la altura de la pieza y del volumen de material depositado o fundido, más que de la complejidad geométrica. La complejidad apenas tiene coste en la fabricación aditiva, lo que constituye su característica económica definitoria.
• Material cuyo precio se fija en función del peso o del volumen, y que presenta grandes diferencias entre los fotopolímeros básicos y los polvos de grado técnico.
• Estructuras de soporte, que consumen material y deben retirarse a mano posteriormente.
• El posprocesamiento, que incluye la retirada de los soportes, el acabado de superficies, el curado en los procesos con resina y cualquier operación de pintura o teñido. En muchas piezas, este es el elemento que más mano de obra requiere.
• La amortización de la máquina y la tasa de fallos, ya que una impresión que falla a mitad del proceso consume material y tiempo sin que se obtenga ningún resultado.
• Mano de obra para la instalación, la preparación de la fabricación, la retirada de piezas y la inspección.

El posprocesamiento merece una atención especial, ya que se suele subestimar sistemáticamente. A un tiempo de impresión estimado de unas pocas horas le puede seguir un trabajo de acabado manual que cuesta más que la propia impresión, sobre todo cuando se requieren superficies con un acabado estético.

Qué factores influyen en el coste de una pieza moldeada

• El utillaje, es decir, el propio molde. Se trata de un coste fijo que varía en función del tamaño de la pieza, su complejidad, el número de cavidades, la elección del acero para el molde y de si se necesitan correderas o elevadores.
• La resina, cuyo precio se fija por peso y varía considerablemente según la calidad, siendo las resinas básicas mucho más baratas que los materiales de ingeniería o de alto rendimiento.
• El tiempo de ciclo, que determina cuántas piezas se producen por hora de funcionamiento de la máquina y que depende en gran medida del espesor de la pared y de la refrigeración.
• Tarifa de la máquina, que varía en función del tonelaje de sujeción que requiera la pieza.
• Operaciones secundarias como el desmoldado, el montaje, la decoración o la inspección.
• El mantenimiento de las herramientas a lo largo de la duración del programa, que, aunque es reducido por pieza, es un gasto real.

El ámbito del utillaje es donde más varían las cifras, y no se trata de una sola cifra. Nuestro desglose de ¿Qué factores influyen en el coste del moldeo por inyección? explica cómo influyen el número de cavidades, el acero para herramientas, la complejidad y la selección de la base del molde; esto es importante en este caso porque el número de herramientas es el dato principal para el cálculo del punto de equilibrio.

Cómo hallar el punto de cruce

El cálculo es una simple operación aritmética. Lo que lo hace útil es utilizar tus propias cifras, en lugar de los promedios del sector.

1. Solicita un presupuesto real para la pieza impresa en 3D en la cantidad que tengas prevista y toma nota del coste por pieza, incluyendo el posprocesamiento y el acabado.
2. Solicita un presupuesto real de utillaje para la versión moldeada, que incluya el molde, la base del molde y cualquier corredera que requiera la geometría.
3. Calcula el coste por pieza del moldeado para una cantidad de producción determinada, sin incluir los utillajes.
4. Resta el coste por pieza del moldeado del coste por pieza del impreso. Esto es lo que te ahorras en cada pieza moldeada.
5. Divide el coste del utillaje entre ese ahorro. El resultado es el número de piezas a partir del cual el moldeo ha amortizado el utillaje.
6. Compara esa cifra con tu volumen anual realista a lo largo de la vida útil prevista del producto, no solo con el primer pedido.

Un ejemplo práctico ayuda a comprender mejor la estructura. Si una pieza impresa cuesta 40 dólares cada una, la versión moldeada cuesta 3 dólares cada una y el presupuesto del utillaje es de 9.000 dólares, entonces cada pieza moldeada supone un ahorro de 37 dólares, y 9.000 dividido entre 37 da aproximadamente 244 piezas. Por debajo de esa cantidad, la impresión es más barata. Por encima, el moldeado es más barato, y a partir de las 2.000 piezas la diferencia es muy grande. Sustituye tus propias cifras y esas mismas tres líneas te darán la respuesta.

¿Qué es lo que impulsa al crossover?

• Tamaño de la pieza. Las piezas más grandes son más caras de imprimir, ya que el tiempo de impresión varía en función del volumen de material y, además, requieren utillaje de mayor tamaño. La cara de impresión suele elevarse más rápido, lo que hace que el punto de cruce se sitúe más abajo.
• Complejidad geométrica. La complejidad apenas incide en el coste de impresión, pero aumenta considerablemente el coste de las herramientas, lo que eleva el umbral de rentabilidad.
• Número de cavidades. Un molde de varias cavidades es más caro, pero produce varias piezas por ciclo, lo que reduce el coste por pieza y, por lo general, hace que el umbral de rentabilidad se alcance antes a partir de volúmenes más elevados.
• Material. Una resina de ingeniería cara reduce la diferencia por pieza y aumenta el punto de cruce. Un material de impresión caro hace lo contrario.
• Postprocesamiento de las piezas impresas. Los requisitos exigentes de acabado aumentan el coste de impresión y reducen drásticamente el umbral de rentabilidad.
• El tipo de utillaje, que es el elemento más importante y al que se dedica una sección específica más adelante.

Cómo la herramienta «bridge» cambia la respuesta

La mayoría de las comparaciones tratan el utillaje como un único valor numérico, y ahí es donde se equivocan. El utillaje es un rango, y el extremo inferior de ese rango modifica drásticamente el punto de corte.

El aluminio y los moldes de prototipo cuestan considerablemente menos que los moldes de producción de acero templado y se fabrican más rápido, ya que el aluminio se mecaniza con mucha más rapidez. Produce un menor número total de piezas y no tolera tan bien las resinas con relleno abrasivo, pero para muchos programas esa limitación está muy por encima de la cantidad que realmente se necesita. Un molde que produce miles de piezas es más que suficiente para un producto en su primer año.

El efecto en el cálculo es directo. Al reducir el número de matrices, la cantidad de productos de transición disminuye proporcionalmente, lo que a menudo hace que el moldeo entre en competencia en volúmenes en los que los cálculos basados en una matriz de acero templado habrían indicado que se siguiera imprimiendo. Nuestro utillaje para moldes de inyección El servicio abarca tanto las opciones de utillaje para prototipos como para producción, y realizar el cálculo cruzado dos veces, una con cada valor de utillaje, es la forma correcta de conocer el rango real.

Las diferencias que deben prevalecer sobre el cálculo de costes

El coste es el factor decisivo a la hora de elegir entre dos procesos que producen una pieza aceptable. Cuando no es así, el cálculo carece de relevancia.

Requisito	Moldeo por inyección	Impresión 3D
Propiedades de los materiales	Termoplásticos de ingeniería con propiedades isotrópicas publicadas	Procesar materiales específicos, que suelen ser anisotrópicos y más frágiles en la dirección de fabricación.
Coherencia dimensional	Muy alto una vez que el proceso se haya estabilizado	Funciona bien en los sistemas modernos, pero varía según la posición y la orientación de montaje
Acabado de la superficie	Viene determinado por la superficie del molde; se puede conseguir un acabado estético	Las líneas de capa son inherentes y el acabado es una operación manual
Capacidad de tolerancia	Preciso y reproducible en tiradas de gran volumen	Más holgado, y varía según la tecnología y el material
Cambios de diseño	Resulta caro una vez cortado el acero	Gratis, ya que no hay ninguna herramienta para modificarlo
Plazo de entrega de la primera pieza	Semanas, ya que hay que compilar la herramienta	Días o menos
Documentación normativa	Con una sólida trayectoria en programas médicos y de automoción	Establecido para algunos procesos, más limitado para otros

Dos de estos factores suelen tener un coste adicional. Si la pieza debe tener propiedades mecánicas isotrópicas o una superficie con un acabado estético, el moldeo resulta la mejor opción independientemente de la cantidad. Si el diseño aún está en fase de modificación, la impresión resulta la mejor opción independientemente de la cantidad, ya que fabricar un molde basado en un diseño que luego cambia supone un gasto doble.

Contexto del abastecimiento en EE. UU.

Para los compradores de Estados Unidos, el punto de equilibrio varía en función de dónde se fabriquen las herramientas. Las herramientas nacionales son más caras, lo que aumenta el punto de equilibrio, pero acorta el tiempo de ida y vuelta en los cambios de ingeniería y elimina el tiempo de tránsito del calendario. Las herramientas fabricadas en el extranjero son más baratas, lo que reduce el punto de equilibrio, a cambio de un plazo de entrega más largo y un ciclo de cambios más lento.

La estructura práctica por la que suelen optar la mayoría de los equipos de hardware es una estructura por etapas: imprimir mientras el diseño aún está en evolución, fabricar una herramienta puente de menor coste una vez que la geometría es lo suficientemente estable como para dar el paso, y pasar al utillaje de producción cuando el volumen anual lo justifique. Esa secuencia supone el menor gasto total, ya que cada etapa se ajusta al nivel de certeza del diseño en ese momento.

Una advertencia sobre la comparación con el extranjero: hay que realizarla sobre la base del coste en destino. El transporte de las herramientas, el de las piezas, los aranceles y el tiempo de tránsito deben incluirse en la cifra antes de poder comparar dos presupuestos de forma honesta.

Un marco de decisión basado en el volumen

Volumen anual	Normalmente, la elección acertada	Razonamiento
Menos de 100	Impresión 3D	Las herramientas de fabricación no se pueden amortizar con tan pocas piezas, y el diseño suele estar aún en fase de desarrollo.
De 100 a 1.000	Depende del cálculo, y es ahí donde las herramientas puente son más competitivas	El punto de cruce de muchas piezas pequeñas se sitúa en este rango, así que haz los cálculos en lugar de dar nada por sentado
De 1.000 a 10.000	Moldeo por inyección, normalmente con utillaje prototipo o de transición	La amortización de los utillajes se realiza sin problemas y el coste de las piezas representa la mayor parte del total
Más de 10 000	Moldeo por inyección con utillaje de producción	El tiempo de ciclo, el número de cavidades y el coste de la resina son los factores que determinan la rentabilidad; la impresión no resulta competitiva
Cualquier volumen; el diseño sigue cambiando	Impresión 3D hasta que el diseño se fije	Una herramienta basada en un diseño en constante evolución se paga dos veces

El lugar que ocupa el mecanizado en este panorama es una cuestión relacionada, pero con una respuesta diferente, ya que el mecanizado tampoco conlleva costes de utillaje, aunque su escalabilidad difiere de la de la impresión. Nuestra comparación de Comparación entre el mecanizado y el moldeado abarca esa combinación.

Tuowei Precision ofrece servicios de moldeo por inyección de plástico junto con la creación rápida de prototipos, de modo que el mismo proveedor pueda fabricar piezas prototipo mientras se valida el diseño y, posteriormente, producir la versión moldeada una vez que el volumen justifique la inversión en el utillaje. Enviar un modelo de pieza a Precisión Tuowei devuelve tanto el coste del utillaje como el de la pieza moldeada, que es lo que necesita el cálculo cruzado anterior.

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