嘿，我是曾巴里。我在制造业工作了 12 年 YOVUTEK，十年来我一直听到关于增材制造的同样的说法：“对于实际生产来说太昂贵了。”很长一段时间，我完全同意。当我第一次开始使用增材机器时，它们速度慢，可用材料严重有限，而且每个零件的成本超过了传统加工。
然而，在这个过程中的某个地方，这种平衡发生了巨大的变化。这种转变不仅体现在机器速度上，还体现在我们的计算方式上 3D打印成本。事实上，增材制造从绝对值来看并不便宜或昂贵。相反，它在特定情况下具有很高的成本效益，但在其他情况下却很昂贵。秘诀在于确定哪种情况适用于您的项目。在本文中，我想向您介绍实际驱动因素 3D打印成本、节省的成本从何而来、何时优于传统方法以及何时不优于传统方法。没有编号列表。只是我车间的真实故事。喝杯咖啡，让我们开始吧。
3D 打印成本效益如何？
让我从改变我观点的具体项目开始。大约六年前，一位客户给我们带来了定制安装支架的设计。它是一个复杂的组件，具有有机形状、内部晶格结构以及可直接与现有组件配合的安装接口。因此，我们引用了使用两种不同制造方法的工作。
我们最初的估计涵盖了传统的数控加工。具体来说，该零件需要三种不同的设置、一个定制夹具和 4 小时的加工时间，使得一批 20 个零件的每个零件的总成本达到 185 美元。
相比之下，我们的二级报价采用了尼龙选择性激光烧结。由于这种方法消除了工具、定制夹具和复杂的编程设置，因此同一批 20 件的价格降至每个零件 62 美元。
客户自然表示怀疑。 “增材制造怎样才能更便宜？”他们问道。 “我认为这只是为了快速原型。”我解释说，数控加工之所以昂贵，是因为设置时间和夹具开销，而不是原材料成本。印刷版本需要零设置或自定义工件夹具。对于 20 件的小订单来说，这种区别改变了一切。
这是要掌握的主要概念 3D打印成本：它不仅仅由每小时的机器费率决定。最终，这取决于您避免支付的费用 - 没有硬质工具，没有专用夹具，也没有多轴编程。这些最初的节省是巨大的，特别是对于小批量生产。
到底是什么推动了 3D 打印成本
在分析潜在的节省之前，我们先看看主要的成本驱动因素。总体而言，总计 3D打印成本 取决于四个主要技术因素。
材料体积。 大多数增材工艺按消耗的树脂、长丝或粉末的总立方厘米收费，包括牺牲支撑材料。当然，较大的零件需要更多的材料并且成本更高。同样，需要大量内部支持的设计也会增加成本。这与减材加工不同，在减材加工中，原材料通常只占最终发票的一小部分。
机器时间。 打印单个部件通常比高速铣削慢。例如，铣削需要 20 分钟的几何体可能需要在构建板上花费 4 小时。机器运行时间的延长意味着有形成本，尤其是对于价值数十万美元的工业系统。
后处理。 手动去除支撑、喷砂、蒸汽平滑、热固化和加工关键界面都会增加大量的手工劳动。对于多种工艺，后处理可占总费用的 30-50%。因此，这仍然是总体中最容易被忽视的要素之一。 3D打印成本.
技术和材料选择。 桌面 FDM 提供入门级价位。工业 SLA 处于中间范围。同时，SLS粉末床系统和直接金属激光熔化涉及更高的运营投资。事实上，通过三种不同的增材技术生成相同的 CAD 几何体，成本可能会相差 10 倍或更多。材料选择同样重要——标准 PLA 价格低廉，而 PEEK 或航空级钛粉则价格昂贵。
当 3D 打印变得昂贵时
因此，评估增材制造是否具有成本效益完全取决于哪个成本驱动因素在您的特定组件中占主导地位。需要最少支撑的紧凑几何形状非常经济。相反，需要大量支撑去除和大量手工精加工的巨大几何形状将带来更高的价格标签。
了解这些变量有助于工程师在投入资金之前选择正确的流程。当您的构建体积较大或表面处理要求严格时，传统的加工或成型通常会重新获得其成本优势。
节省的实际费用从何而来
现在让我们来看看财务优势。与传统的减材或成形工艺相比，增材制造在哪里省钱？
没有硬工具要求。 这是最大的财务优势。加工复杂的几何形状可能需要定制夹爪和夹具。注塑成型需要硬钢模具，成本从 10,000 美元到 100,000 美元不等。压铸需要更高的前期资金。相比之下，3D 打印需要零硬工具。您可以直接从 CAD 模型转移到最终构建板，无需中间工具投资。结果， 3D打印成本 对于短期生产运行保持极具竞争力，因为您可以避免摊销大量资本资产。
最小的设置开销。 CNC 加工中心需要手动设置、刀具装载、工作协调器探测和程序验证。初始部分吸收了这些设置间接费用。增材制造所需的物理设置要少得多——准备切片文件、验证材料水平以及启动构建序列。因此，无论您打印一件还是二十件，生产都保持高度可预测。
设计复杂性且无经济处罚。 在传统加工中，内腔、复杂的底切和有机曲线需要专门的刀具和延长的编程时间。在增材制造中，几何复杂性伴随着零附加加工费用。复杂的晶格结构和总体积相同的实心块的建造时间相似。因此，您可以优化您的工程设计，而无需为复杂的功能支付额外费用。
更高的材料利用率。 减材加工会去除材料，通常会将 30-70% 的实心坯料变成废车削。增材工艺仅消耗形成组件和最小支撑结构所需的材料。对于钛或铬镍铁合金等昂贵的合金，材料效率可带来显着的节省。在过去的几个项目中，仅节省原材料就证明选择增材制造方法而不是减材制造方法是合理的。
复杂装配体中的零件整合。 工程团队经常忽视这一关键优势。传统设计通常结合十种不同的冲压件、车削销和需要焊接、硬件和手动组装的机加工配件。增材制造允许您将这十个部件整合成一个统一的几何形状。因此，您可以消除装配劳动力、额外的硬件和叠加检查错误，通常可以节省 40-60% 的项目总成本。
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曾巴里
YOVUTEK 高级制造工程师
（12年制造经验。我引用过数千个3D打印和传统工艺的零件。我可以帮助您找到性价比高的答案。）