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3D打印成本主要取决于所需材料的类型和数量,以及所选打印机的类型。塑料比金属便宜,小的零件使用较少的材料,更简单或更不坚固的零件可以用便宜的打印机打印。


在考虑不同的3D打印工艺和材料时,许多因素会影响决策——如所需的尺寸精度、表面光洁度和后处理要求——所有这些都会影响最终成本。


在设计和制造单个零件时,这些因素的许多组合是可能的,包括材料成本的持续波动,这使得价格预测变得困难。一种快速准确地估算特定零件成本的方法是将CAD上传到速加平台,以获得免费即时报价。


影响3D打印成本的主要因素


假设零件的设计相同,3D打印的成本可以分为两大类:材料成本和设备成本。


材料成本:基材、材料浪费、支撑结构


设备成本(外包或内部):安装和设置时间、运营成本、定期维修、后处理、维护和机器停机时间


3D打印过程会影响材料和设备成本。在下文中,您将看到最常见的3D打印材料和工艺的成本比较,以及零件设计的哪些方面会对成本产生影响。


3D打印材料的成本


选择最适合您应用的3D打印材料将决定您使用哪种3D打印工艺。这是因为不同的工艺与不同的材料兼容。


通常,3D打印金属的价格比塑料高得多。3D打印复合材料通常比金属贵。在本节中,我们将总结常见3D打印材料的成本。


塑料


3D 打印塑料分为两类——热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料,顾名思义,对热起反应并可以熔化,使它们成为最常见的挤出材料。热固性聚合物树脂通过紫外线固化,最适合原型制作应用。




金属


不锈钢和铝是最常见的3D打印金属,但钛和铜合金用于特殊应用。激光熔化、激光烧结和粘合剂喷射都是适用于3D打印金属材料的工艺。




复合材料


碳纤维、凯芙拉合成纤维和玻璃纤维等复合材料是3D打印创新的前沿。它们具有与铝相似的强度特性,提高了强度重量比。复合材料的成本可能是塑料材料成本的8-12倍,金属材料成本的2-5倍。


在某些应用中,如果每个零件需要更少的材料,以更简单的设计达到相同的结构强度,则使用复合材料的成本可能会被整体节约抵消。此外,对于将复合材料与金属或塑料相结合的零件,可以考虑采用混合方法。复合3D打印材料在航空航天、医疗、替代能源和高性能汽车等重于成本的特殊行业中很常见。


3D 打印过程的成本


1. 材料挤压


包括:熔融沉积建模(FDM,如图)




简单零件几何形状和小批量的最低成本。


材料成本:最低的基材成本;支撑结构的成本通常随着零件的复杂性而增加


设备成本:零件安装时间短,成本低;由于后期处理时间/劳动力增加,零件复杂度增加,总体成本增加


2. 还原光聚合


包括:立体光刻(SLA,如图)、数字光处理(DLP)、连续 DLP (CDLP)




可以生产更复杂的零件几何形状和更大的批量。材料成本高,但后处理成本较低。


材料成本:对于塑料而言,与材料挤出和粉末床熔融相比,总体材料成本最高


设备成本:最短的零件设置时间;由于零件表面质量高,后处理成本较低


3. 粉末床融合


包括:选择性激光烧结(SLS,如图)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)、多射流熔融(MJF)




复杂零件几何形状、大批量生产和高质量零件的总体成本最低。


材料成本:基材成本通常高于材料挤出但低于还原光聚合;无支撑结构可降低整体材料成本;基材可重复使用,最大限度地减少浪费并降低材料成本


设备成本:处理粉末材料的批次间零件设置时间和维护时间更长;由于缺乏支持结构,后处理成本最低


4. 材料喷射


与材料挤出相比,总体成本较高,但与使用激光熔化/烧结的工艺相比,总体成本较低。




材料成本:类似于还原光聚合;与材料挤出和粉末床融合相比,总体材料成本最高


设备成本:最短的零件设置时间;大多数零件都需要支撑结构,复杂的几何形状会增加成本;由于高质量的零件表面处理,后处理成本低


5. 粘合剂喷射


由于减少了材料体积和打印时间,与材料喷射相比成本更低。当高质量的表面处理、零件几何细节或材料特性不是设计优先级时,这可能是一种经济高效的解决方案。




材料成本:更高的基材成本——类似于激光熔化/烧结;无支撑结构降低了整体材料成本


设备成本:如果设计优先考虑高质量的表面处理、零件几何细节或材料特性,则后期处理成本较高;与材料喷射相比,处理粉末物料的批次间零件设置时间和维护时间更长


6. 定向能量沉积


包括:激光工程净成型 (LENS)、直接金属沉积 (DMD)、电子束增材制造 (EBAM)




与激光熔化/烧结和粉末喷射融合的总体成本相似。


材料成本:更高的基材成本——类似于粉末床熔融和激光熔化/烧结;由于复杂零件几何形状的材料浪费,成本较高


设备成本:复杂零件几何形状的后处理成本较高;处理粉末材料的批次间零件设置时间和维护时间更长


设计如何影响3D打印成本


在零件准备好打印之前,设计决策将直接影响总体成本,包括总材料、支撑结构和所需的后处理。影响成本的主要设计考虑因素总结如下:


零件体积:零件的总体积很重要,模型尺寸的小幅减少可以大大降低3D打印零件的成本。


支撑结构:由于支撑结构,材料成本因3D打印工艺而异。如果可以使用不同的方法打印,则可以降低打印成本。


随着零件复杂性的增加,材料挤出和材料喷射通常需要更多的支撑结构。粉末床融合不需要支撑结构并降低了总体材料成本。


零件几何:零件几何可以减少支撑结构所需的材料。为了降低成本,考虑将零件模型拆分为多个零件,减少伸出的长度或角度,或在打印基内重新定位模型。


填充物:填充通常需要保持零件形状,但会增加材料成本。如果强度或材料密度是设计优先级,则考虑优化填充设计以降低材料成本。


后期处理:层厚不会显着影响3D打印部件的整体材料成本;但是,如果需要高质量的表面处理,后处理的成本可能会受到影响。