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3D打印的优势是什么?

3D打印的优势是什么?

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【摘要】:
3D打印主要通过一次一层地构建对象来创建零件。与传统的制造技术(例如CNC加工)相比,3D打印技术具有许多优势,本文主要阐述3D打印相对于传统制造工艺的优势,让使用者可以更好的了解3D打印机是如何改变人们生活的。目前3D打印还不能完全取多传统制造方法,但是在许多实际生产应用中,3D打印机能够从功能材料中以高精度实现快速设计。

3D打印主要通过一次一层地构建对象来创建零件。与传统的制造技术(例如CNC加工)相比,3D打印技术具有许多优势,本文主要阐述3D打印相对于传统制造工艺的优势,让使用者可以更好的了解3D打印机是如何改变人们生活的。

目前3D打印还不能完全取多传统制造方法,但是在许多实际生产应用中,3D打印机能够从功能材料中以高精度实现快速设计。充分了解3D打印的优势,可以使设计师在选择制造工艺时做出更好的决策,并使他们能够交付最佳产品。

速度

3D打印的主要优势之一是与传统制造方法相比,零件的生产速度更高效。具有复杂设计外观的模型可以从软件上导出并在几个小时内利用3D打印机制作出来。这样的优点是对设计思想可以快速验证和迭代。

在过去,通过传统加工方式制造原型可能要花费几天甚至几周的时间,而3D打印则会在几个小时内将模型交给设计人员。尽管更多的工业3D打印机器需要花费更长的时间印刷和后加工零件,但与传统制造技术相比,以中小批量生产功能性最终零件的能力提供了巨大的节省时间的优势(通常是交货时间提前,而单独注塑模具可能需要数周的时间)。

使用SLS尼龙3D打印的定制功能支架

一体制造成型

设计人员最关心的问题之一是如何尽可能高效地制造零件。大多数零件需要通过传统技术进行大量的零件制造再后期拼接完成。这些操作会影响设计的质量和可靠性。

通过传统制造方法制成的定制钢支架需要从CAD模型开始。设计完成后,首先从将钢型材切割成一定尺寸开始制造。然后将型材夹紧到位并一次焊接一个以形成支架。有时将需要制作自定义夹具,以确保所有组件正确对齐。然后将焊缝打磨以提供良好的表面光洁度。接下来要钻孔,以便将支架安装在墙上。最后,对支架进行喷砂,上底漆和上漆以改善其外观。

而利用3D打印机只需一步即可完成构建,而在构建阶段则无需机器操作员的干预。一旦完成CAD设计,就可以在几个小时内一步将其上载到机器并进行打印。

一体生产零件的能力极大地减少了对不同制造工艺(机加工,焊接,喷漆)的依赖,并使设计人员可以更好地控制最终产品质量。

3D打印过程(红色)与传统制造过程(黑色)相比工艺制造流程

花费

制造成本可以分为三类: 机器操作成本,材料成本和人工成本。

机器操作成本:大多数桌面级3D打印机消耗的电量与计算机相同。工业3D打印技术消耗大量可能会消耗更多的电来生产单个零件。但是,只需一步即可生成复杂几何图形的能力可带来更高的效率和周转率。机器操作成本通常是制造总成本的最低贡献。

材料成本:3D打印的材料成本因技术而异。桌面级FDM打印机使用丝材线圈,每公斤成本约为25美元,而SLA打印需要树脂,零售价约为每升150美元。可用于3D打印的材料范围使得难以量化与传统制造的比较。SLS中使用的尼龙粉每公斤价格约为70美元,而注塑成型中使用的尼龙颗粒价格仅为每公斤2至5美元。 材料成本是3D打印零件成本的最大来源。这也是制约很多企业购买3D打印机的重要原因。

人工成本:3D打印的主要优势之一是较低的人工成本。除了后处理,大多数3D打印机只需要一两名操作员即可。然后机器遵循完全自动化的过程来生产零件。与通常需要熟练的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。

与传统制造工艺相比,小批量的3D打印成本极具竞争力。对于验证形状和装配的原型的生产,它比其他替代制造方法(例如注塑)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。随着生产量的增加,传统的制造技术就会变得更具成本效益,所以3D打印属于对传统制造业的一个重要补充。

降低潜在风险

如果不小心制造出有缺陷的原型会浪费设计者的时间和金钱。使用传统的模具加工制造方法哪怕是很小的变化都可能带来巨大的财务支出(开模费用高昂)。

人们可以在购买昂贵的制造设备(例如模具或工装和夹具)之前,能够通过打印可用于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,先行通过3D打印小成本试错来验证项目可行性。

复杂性和设计自由度

传统制造方式对可制造的产品限制较高。诸如对拔模角度,底切和工具进入等设计要求不适合。

而对于3D打印来说可能对精确打印的最小尺寸特征有一些限制,但绝大大多数情况主要限制都围绕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,并允许轻松创建非常复杂的几何形状。

利用3D打印技术可以轻松实现复杂而复杂的设计

定制化

3D打印不仅可以提供更大的设计自由度,还可以完全定制设计。由于当前的3D打印技术一次只能制造少量零件,因此非常适合小批量定制化生产。该定制化概念已被医学和牙科行业所接受,用于生产定制义肢,植入物和牙科助具等。从量身定制的完美适合运动员的高级运动装备到定制太阳镜和时尚配饰,3D打印可经济高效地一次性生产定制零件。

可持续发展

用回收的木纤维材料按需制造的3D打印配件

传统制造方法(例如CNC铣削或车削)会从初始材料中去除大量多余材料,从而导致产生大量废料。而3D打印通常仅使用制造零件所需的必备材料数量。大多数过程使用的原材料可以回收并在多个项目中重复使用。所以3D打印过程几乎不会产生浪费。