3D打印的优势

简介

3D 打印 通过一次一层地构建对象来创建零件。与传统制造技术（例如 CNC 加工）相比，这种方法具有许多优势，最重要 本文涵盖了其中适用于整个行业的内容。

3D 打印不太可能取代许多传统的制造方法，但在许多应用中，3D 打印机能够通过功能材料快速、高精度地交付设计。

了解 3D 打印的优势可以让设计人员在选择制造工艺时做出更好的决策，从而交付最佳产品。

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速度

与传统制造方法相比，增材制造的主要优势之一是生产零件的速度。 复杂的设计 可以从 CAD 模型上传并在几个小时内打印出来。这样做的好处是设计思路的快速验证和发展。

在过去，收到原型可能需要几天甚至几周的时间，增材制造将模型交到设计师手中几小时内 .虽然更多的工业增材制造机器需要更长的时间来打印和后处理零件，但与传统制造技术（通常是仅注塑模具就可以数周）。

单步制造

设计师最关心的问题之一是如何尽可能高效地制造零件。大多数零件需要大量的制造步骤才能通过传统技术生产。这些步骤发生的顺序会影响设计的质量和可制造性。

考虑一个通过传统制造方法制造的定制钢支架：

与增材制造类似，该过程从 CAD 模型开始。设计完成后，制造首先将钢型材切割成一定尺寸。然后将型材夹紧到位并一次焊接一个以形成支架。有时需要制作定制夹具以确保所有组件正确对齐。然后对焊缝进行抛光以提供良好的表面光洁度。接下来钻出孔，以便可以将支架安装在墙上。最后对支架进行喷砂、打底和喷漆，以改善其外观。

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增材制造机器一步完成构建，在构建阶段无需机器操作员的交互。 CAD 设计完成后，即可上传到机器，并在几个小时内一步完成打印。

一步生产零件的能力大大降低了对不同制造工艺（机械加工、焊接、喷漆）的依赖，并使设计人员能够更好地控制最终产品。

费用

制造成本可分为三类；机器运行成本、材料成本和人工成本。

机器运营成本 :


大多数台式 3D 打印机使用与笔记本电脑相同的电量。工业增材制造技术消耗大量能源来生产单个零件。然而，在一个步骤中生产复杂几何形状的能力导致更高的效率和周转时间。机器运营成本通常是总制造成本的最低贡献者。

材料成本 :


增材制造的材料成本因技术而异。桌面 FDM 打印机使用的灯丝线圈成本约为每公斤 25 美元，而 SLA 打印需要零售价约为每升 150 美元的树脂。可用于增材制造的材料范围使与传统制造的比较难以量化。 SLS 中使用的尼龙粉末价格约为每公斤 70 美元，而用于注塑成型的类似尼龙颗粒的价格仅为每公斤 2 至 5 美元。材料成本是增材制造零件成本的最大贡献者。

人工成本 :


3D打印的主要优势之一是劳动力成本低。除了后处理，大多数 3D 打印机只需要操作员按下按钮。然后机器按照完全自动化的流程生产零件。与通常需要高技能机械师和操作员的传统制造相比，3D 打印机的人工成本几乎为零。

与传统制造相比，小批量增材制造的成本极具竞争力。对于验证形状和适合性的原型的生产，它比其他替代制造方法（例如注塑成型）便宜得多，并且通常在制造一次性功能部件方面具有竞争力。随着产量的增加，传统制造技术变得更具成本效益，而大批量生产证明高昂的设置成本是合理的。

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风险缓解

订购有缺陷的原型会花费设计师的时间和金钱。即使模具或制造方法的微小变化也可能产生巨大的财务影响。

在投资昂贵的制造设备（例如模具或工具和夹具）之前，能够通过打印可生产的原型来验证设计，从而消除了原型制作过程中的风险。这有助于在进行大规模生产所需的大量投资之前建立对设计的信心。

复杂性和设计自由度

传统制造对可以制造的产品施加的限制通常与增材制造无关。由于组件一次构建一层，因此在设计要进行 3D 打印的零件时，不适用拔模角度、底切和工具访问等设计要求

虽然对可以准确打印的最小尺寸特征有一些限制，但增材制造的大多数限制都集中在如何优化打印方向以减少支撑依赖性和打印失败的可能性。这为设计师提供了很大的设计自由度，并且可以轻松创建非常复杂的几何形状。

自定义

3D 打印不仅允许更多的设计自由，还允许完全定制设计。由于当前的增材制造技术在一次制造单个零件方面表现出色，因此非常适合一次性生产。

这一概念已被医疗和牙科行业用于定制假肢、植入物和牙科辅助设备的制造。从为运动员量身定制的高级运动装备到定制太阳镜和时尚配饰，增材制造允许以具有成本效益的方式一次性生产定制零件。

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虽然增材制造已经存在 30 多年，但大部分增长发生在 2010 年之后。这必然导致大量 3D 打印机进入该行业，让设计师更容易获得增材制造技术。

仅在 2015 年，全球销售了超过 278,000 台价值低于 5000 美元的增材制造打印机。自那以后，售出的打印机数量持续翻番。最初只有一小部分制造业可以使用的利基技术，现在已成为广泛的行业使用的现成且具有成本竞争力的零件生产方法。

可持续性

减材制造方法（例如 CNC 铣削或车削）会从初始块中去除大量材料，从而导致大量废料。

增材制造方法通常只使用制造零件所需的材料。大多数流程使用的原材料可以在不止一个构建中回收和重复使用。因此，增材制造过程产生的浪费非常少。

全球增材制造机器数量的增加也影响了原型的运输距离：

由于桌面 3D 打印机成功运行的学习曲线相对较小，因此无需将设计发送给专家进行制造。此外，工业增材制造系统的占地面积远小于传统制造场地的占地面积。

出于这个原因，世界各地都创建了专业的 3D 打印服务，即使是在土地成本高的地方（例如伦敦或纽约）。运输需求的减少对环境产生了积极的影响。再加上现场打印和生产备件的能力，大多数通过增材制造生产的零件的碳足迹要小得多。

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