不同类型 3D 打印工艺的成本和考量因素塑料 3D 打印机成本熔融沉积成型 (Fused Deposition Modeling, FDM)、立体光固化 (Stereolithography, SLA) 和选择性激光烧结 (Selective Laser Sintering, SLS) 是目前最成熟的三种塑料 3D 打印工艺。
每种 3D 打印技术均各有优缺点-请观看以下视频进行快速比较,或查看我们的深入对比指南:FDM、SLA 与 SLS 比较。
3D 打印机的费用近年来已大幅下降,如今,这三种技术均可用于经济实惠的紧凑型系统中。
一般来说,如果仅以有限数量打印相对简单的原型,FDM 3D 打印机的部件成本最为低廉。SLA 树脂 3D 打印机能够提供更高的分辨率、更好的质量和种类繁多的 3D 打印材料,但价格通常稍高,在打印复杂设计或大批量生产时,由于 SLA 部件在后处理过程对人工的需求更低,价格上的劣势会迅速缩小。最后,SLS 3D 打印是中批量或大批量生产高质量功能性部件时最具成本效益的工艺。
比较不同 3D 打印机的总成本时,不能局限于标签价格,因为这不足以反映 3D 打印机和打印部件的全部成本。3D 打印材料和人工成本都会显著影响单件成本,具体情况取决于您的应用与生产需求。
以下内容将讨论每种工艺的不同考量因素和成本。
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熔融沉积成型 (FDM)FDM 3D 打印又称熔丝制造 (Fused Filament Fabrication, FFF),该方法通过熔化和挤出热塑性长丝使部件成型,打印机喷嘴会将热塑性长丝逐层沉积在成型区域。
FDM 是消费者群体中使用最广泛的 3D 打印形式,业余级 3D 打印机的出现加速了该技术的发展进程。然而,专业级和工业级 FDM 打印机同样受到专业人士的青睐。
成本最低的 3D 打印机几乎都是 FDM 打印机。最便宜的入门级 DIY FDM 3D 打印机套件起售价约为 200 美元。然而,大多数此类打印机更像是玩具或 DIY 项目,需要花费大量时间进行组装、调整和校准。打印质量在很大程度上取决于这些步骤成功与否,并且这些机器需要进行维修和定期维护,才能保持运行,因此,仅推荐拥有(正在攻读)工程学位并且有大量时间和耐心的用户使用此类打印机。
业余级 FDM 3D 打印机的价格在 500 美元至 1500 美元之间,可能作为套件或组装件提供,所需的调整稍微少一些,但它们仍具有许多与低成本入门级 3D 打印机相同的缺点。此类打印机中一些较为出色的型号将提供更大的成型体积,以及除 PLA 等低温材料之外的更多材料选择。
专业级 FDM 3D 打印机的起售价约为 2000 美元,大幅面专业级 FDM 打印机的起售价约为 4000 美元,而最先进的工业级 FDM 打印机售价往往超过 1.5 万美元。大多数上述打印机在出厂前便已组装并校准完成,开箱即用,有些机器也可以自动校准。此类打印机能够提供更好的打印质量、更广泛的材料选择、更大的成型体积和更高的可靠性,并且更易于使用和维护。与低成本打印机制造商不同,专业级 3D 打印机制造商还会提供客户支持,帮助客户解决问题。
在材料方面,对于大多数标准和工程长丝,FDM 3D 打印的材料成本为 20-150 美元/千克,对于支撑材料,材料成本为 100-200 美元/千克。
最后,FDM 打印则需要较多的人工操作。许多设计,尤其是复杂模型,都需要有支撑结构才能成功打印,这些打印件需要手动移除支撑结构,如果是可溶性支撑,则需要溶解后才能移除。为了获得高质量的表面光洁度并去除层线,需要对部件进行长时间的手动后处理(如打磨)。
立体光固化 (SLA)SLA 3D 打印机使用激光将液态树脂固化成硬化塑料,这一过程称为光聚合。由于具备高分辨率、高精度和材料用途广泛等特点,SLA 已经成为了专业人士的热门选择之一。
与其他所有塑料 3D 打印技术打印的部件相比,SLA 打印部件具有最高的精度、最清晰的细节和最高的表面光洁度,但 SLA 的主要优势在于其多功能性。SLA 树脂配方具有广泛的光学、机械和热性能,可匹配标准、工程和工业热塑性塑料。
SLA 3D 打印为广泛的应用提供了多种材料。
光固化 3D 打印机的价格因设备级别和应用需求而异。过去,应用 SLA 技术的大型复杂工业级 3D 打印机成本高昂,不低于 20 万美元,但如今该工艺已日益普及。
对于光固化 3D 打印机多少钱这个问题,在低端产品中,低成本 LCD 3D 打印机的价格在 200 美元到 1000 美元之间。这些机器可能适合业余爱好者或初学者,但需要针对每种树脂类型进行校准和微调,而且通常不可靠或不耐用,往往导致维护成本、沉没时间、故障部件和材料浪费的增加。
专业级树脂 3D 打印机采用 SLA 技术,包括激光驱动型 SLA、DLP 或 LCD/MSLA。价格一般在 2000 美元到 10000 美元之间,而大幅面树脂 3D 打印机一般在 5000 美元到 25000 美元之间。影响这一区间价格的因素有很多,包括从更可靠、强大的光源(LED、激光或投影仪)到光处理解决方案、整体制造质量、软件、配件和服务计划。
随着 Formlabs Form 3+ 打印机的推出,企业只需花费 2499 美元即可实现工业品质的 SLA 打印,而最新一代 MSLA 3D 打印机 Form 4 具有极快的打印速度,起售价为 3499 美元。如需打印更大尺寸的部件,大幅面树脂 3D 打印机 Form 4L 起售价仅为 9999 美元。
专业级树脂 3D 打印机开箱即用,在出厂前便已组装并校准完成。这些打印机在生产中也很可靠,几乎不需要任何维护。Formlabs 提供的客户支持可以在少数出现问题的情况下随时加以解决。
就材料成本而言,在 SLA 树脂中,大多数标准和工程树脂的成本约为 79-250 美元/升,如果打印量较大,还会提供折扣。虽然存在低成本选择,但其中往往含有潜在的有害化学物质,同时材料性能的选择也很有限。
SLA 打印机简单易用,并且清洗和后固化等大多数工作流程都可以实现自动化,从而减少人工需求。SLA 打印部件在打印完成后就已具有高质量的表面光洁度,只需进行简单的后处理去除支撑痕迹即可。
白皮书剖析低成本树脂 3D 打印机的隐性成本比较低成本树脂打印机与 Formlabs Form 3+ SLA 打印机的成本和使用体验,揭示隐性费用的明显差异。
下载白皮书选择性激光烧结 (SLS)SLS 3D 打印机使用高功率激光来熔合小颗粒的聚合物粉末。未熔合的粉末在打印过程中支撑部件,因此不再需要专用支撑结构,这使得 SLS 成为构造内部特征、倒凹、薄壁和凹入特征等复杂几何形状的理想选择。
使用 SLS 打印技术制造的部件具有优良的机械特性,强度类似于注射成型部件。因此,SLS 是工业应用中最常见的塑料 3D 打印工艺。
SLS 尼龙部件是从工程消费品到医疗保健等一系列功能性应用的理想选择。
与 SLA 一样,SLS 过去仅限于复杂的大幅面 3D 打印系统,这些设备的起售价约为 20 万美元。借助 Formlabs Fuse 1+ 30W SLS 打印机,企业现在可以获得工业品质的 SLS 技术,起售价为 3 万美元(打印机和脱粉套件),全套设备(包括紧凑高效的粉末管理站以及全自动清洁和抛光解决方案)起售价不到 6 万美元。
与 SLA 3D 打印机类似,SLS 打印机同样开箱即用,在出厂前便已组装并校准完成。SLS 打印机稳定可靠,专为全天候生产而开发,并辅以先进的培训服务和快速的客户支持。
用于 SLS 打印的尼龙材料价格约为 100 美元/千克,但批量生产时,批量价格折扣可高达 50% 以上。SLS 打印部件不需要支撑结构,而未熔合的粉末可以重复利用以降低材料成本。
SLS 是生产环境中所需人工操作最少的塑料 3D 打印工艺,由于打印部件本身已具有很高的质量,因此只需通过简单的清理去除多余的粉末。
金属 3D 打印机成本除了塑料 3D 打印外,还有多种金属 3D 打印工艺。
金属 FDM
金属 FDM 打印机的工作原理与传统 FDM 打印机类似,但通过挤出由聚合物粘合剂粘结制成的金属棒打印部件。得到的“原始”部件随后将在炉中烧结,以去除粘合剂。
选择性激光熔化 (Selective Laser Melting, SLM) 和直接金属激光烧结 (Direct Metal Laser Sintering, DMLS)
与 SLS 打印机类似,SLM 和 DMLS 打印机的工作原理是使用激光将金属(而非聚合物)粉末颗粒逐层熔合在一起。SLM 和 DMLS 3D 打印机能够精确打印出坚固复杂的金属产品,是航空航天、汽车和医疗应用的理想选择。
虽然金属 3D 打印机的价格也开始下降,在 10 万美元到 100 万美元之间,但这些系统对于大多数企业仍然十分昂贵。
作为替代方案,SLA 3D 打印非常适合铸造工艺流程和生产金属部件;且与传统方式相比,该技术的成本更低、设计自由度更大,且生产周期更短。