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            哪些因素會影響3D打印的成本?

            2021-11-23

            3D打印成本主要取決于所需材料的類型和數量,以及所選打印機的類型。塑料比金屬便宜,小的零件使用較少的材料,更簡單或更不堅固的零件可以用便宜的打印機打印。


            在考慮不同的3D打印工藝和材料時,許多因素會影響決策——如所需的尺寸精度、表面光潔度和后處理要求——所有這些都會影響最終成本。


            在設計和制造單個零件時,這些因素的許多組合是可能的,包括材料成本的持續波動,這使得價格預測變得困難。一種快速準確地估算特定零件成本的方法是將CAD上傳到速加平臺,以獲得免費即時報價。


            影響3D打印成本的主要因素


            假設零件的設計相同,3D打印的成本可以分為兩大類:材料成本和設備成本。


            材料成本:基材、材料浪費、支撐結構


            設備成本(外包或內部):安裝和設置時間、運營成本、定期維修、后處理、維護和機器停機時間


            3D打印過程會影響材料和設備成本。在下文中,您將看到最常見的3D打印材料和工藝的成本比較,以及零件設計的哪些方面會對成本產生影響。


            3D打印材料的成本


            選擇最適合您應用的3D打印材料將決定您使用哪種3D打印工藝。這是因為不同的工藝與不同的材料兼容。


            通常,3D打印金屬的價格比塑料高得多。3D打印復合材料通常比金屬貴。在本節中,我們將總結常見3D打印材料的成本。


            塑料


            3D 打印塑料分為兩類——熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料,顧名思義,對熱起反應并可以熔化,使它們成為最常見的擠出材料。熱固性聚合物樹脂通過紫外線固化,最適合原型制作應用。




            金屬


            不銹鋼和鋁是最常見的3D打印金屬,但鈦和銅合金用于特殊應用。激光熔化、激光燒結和粘合劑噴射都是適用于3D打印金屬材料的工藝。




            復合材料


            碳纖維、凱芙拉合成纖維和玻璃纖維等復合材料是3D打印創新的前沿。它們具有與鋁相似的強度特性,提高了強度重量比。復合材料的成本可能是塑料材料成本的8-12倍,金屬材料成本的2-5倍。


            在某些應用中,如果每個零件需要更少的材料,以更簡單的設計達到相同的結構強度,則使用復合材料的成本可能會被整體節約抵消。此外,對于將復合材料與金屬或塑料相結合的零件,可以考慮采用混合方法。復合3D打印材料在航空航天、醫療、替代能源和高性能汽車等重于成本的特殊行業中很常見。


            3D 打印過程的成本


            1. 材料擠壓


            包括:熔融沉積建模(FDM,如圖)




            簡單零件幾何形狀和小批量的最低成本。


            材料成本:最低的基材成本;支撐結構的成本通常隨著零件的復雜性而增加


            設備成本:零件安裝時間短,成本低;由于后期處理時間/勞動力增加,零件復雜度增加,總體成本增加


            2. 還原光聚合


            包括:立體光刻(SLA,如圖)、數字光處理(DLP)、連續 DLP (CDLP)




            可以生產更復雜的零件幾何形狀和更大的批量。材料成本高,但后處理成本較低。


            材料成本:對于塑料而言,與材料擠出和粉末床熔融相比,總體材料成本最高


            設備成本:最短的零件設置時間;由于零件表面質量高,后處理成本較低


            3. 粉末床融合


            包括:選擇性激光燒結(SLS,如圖)、選擇性激光熔化(SLM)、直接金屬激光燒結(DMLS)、多射流熔融(MJF)




            復雜零件幾何形狀、大批量生產和高質量零件的總體成本最低。


            材料成本:基材成本通常高于材料擠出但低于還原光聚合;無支撐結構可降低整體材料成本;基材可重復使用,最大限度地減少浪費并降低材料成本


            設備成本:處理粉末材料的批次間零件設置時間和維護時間更長;由于缺乏支持結構,后處理成本最低


            4. 材料噴射


            與材料擠出相比,總體成本較高,但與使用激光熔化/燒結的工藝相比,總體成本較低。




            材料成本:類似于還原光聚合;與材料擠出和粉末床融合相比,總體材料成本最高


            設備成本:最短的零件設置時間;大多數零件都需要支撐結構,復雜的幾何形狀會增加成本;由于高質量的零件表面處理,后處理成本低


            5. 粘合劑噴射


            由于減少了材料體積和打印時間,與材料噴射相比成本更低。當高質量的表面處理、零件幾何細節或材料特性不是設計優先級時,這可能是一種經濟高效的解決方案。




            材料成本:更高的基材成本——類似于激光熔化/燒結;無支撐結構降低了整體材料成本


            設備成本:如果設計優先考慮高質量的表面處理、零件幾何細節或材料特性,則后期處理成本較高;與材料噴射相比,處理粉末物料的批次間零件設置時間和維護時間更長


            6. 定向能量沉積


            包括:激光工程凈成型 (LENS)、直接金屬沉積 (DMD)、電子束增材制造 (EBAM)




            與激光熔化/燒結和粉末噴射融合的總體成本相似。


            材料成本:更高的基材成本——類似于粉末床熔融和激光熔化/燒結;由于復雜零件幾何形狀的材料浪費,成本較高


            設備成本:復雜零件幾何形狀的后處理成本較高;處理粉末材料的批次間零件設置時間和維護時間更長


            設計如何影響3D打印成本


            在零件準備好打印之前,設計決策將直接影響總體成本,包括總材料、支撐結構和所需的后處理。影響成本的主要設計考慮因素總結如下:


            零件體積:零件的總體積很重要,模型尺寸的小幅減少可以大大降低3D打印零件的成本。


            支撐結構:由于支撐結構,材料成本因3D打印工藝而異。如果可以使用不同的方法打印,則可以降低打印成本。


            隨著零件復雜性的增加,材料擠出和材料噴射通常需要更多的支撐結構。粉末床融合不需要支撐結構并降低了總體材料成本。


            零件幾何:零件幾何可以減少支撐結構所需的材料。為了降低成本,考慮將零件模型拆分為多個零件,減少伸出的長度或角度,或在打印基內重新定位模型。


            填充物:填充通常需要保持零件形狀,但會增加材料成本。如果強度或材料密度是設計優先級,則考慮優化填充設計以降低材料成本。


            后期處理:層厚不會顯著影響3D打印部件的整體材料成本;但是,如果需要高質量的表面處理,后處理的成本可能會受到影響。

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