Der 3D-Druck ist die schnelle, kostengünstige und einstufige Lösung für die Herstellung beliebiger Produkte von einem virtuellen 3D-Modell (CAD) zu einem greifbaren Produktionsteil oder Prototyp. Selbst sehr komplexe Designs lassen sich mit dem 3D-Druck im Vergleich zu den herkömmlichen Fertigungsverfahren einfach realisieren. In diesem Artikel wird erörtert, wie Sie das kostengünstigste 3D-Druckverfahren und -material unter den bei Xometry verfügbaren Optionen auswählen.

Faktoren, die den Preis des 3D-Druck beeinflussen

Bevor Sie die günstigsten 3D-Druckoptionen auswählen, ist es wichtig, die Faktoren zu verstehen, die den Preis beeinflussen, wie z. B. Design, Material, Verarbeitung, Menge und Durchlaufzeit. Hier ist die detaillierte Beschreibung.

Design

Das Design des 3D-Modells des Teils ist der wichtigste Faktor, der die Kosten beeinflusst. Die folgenden Faktoren müssen bei den Kosten nach dem Design berücksichtigt werden  

Geometrie

Die Festlegung der Größe des Objekts ist ein wichtiger Faktor, der die Kosten des Drucks beeinflusst. Die Kosten für den Druck sind proportional zur Größe des Objekts.  Je größer das Objekt ist, desto mehr eingesetztes Druckmaterial wird benötigt, was wiederum die Kosten erhöht. Voluminöse Objekte führen auch zu längeren Druckzyklen und einer Erhöhung der Druckkosten. Da der Preis des 3D-Drucks proportional zum Volumen ist, welches das Objekt in der Maschinenwanne einnimmt, kann die Änderung einiger Aspekte des Objekts, um es kompakter zu machen, ohne dass der Maßstab des gesamten Objekts geändert werden muss, den Gesamtpreis des Objekts senken.

Wandstärke

Die Festigkeit des Objekts hängt von der Stärke der Wände ab, aber um Geld zu sparen, prüfen Sie, ob einige Teile dünner gemacht werden können. Die Wände dürfen jedoch nicht zu dünn sein: z. B. für FDM beträgt die empfohlene Mindeststärke 1,2 mm; für SLS: 0,7 mm .Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Anforderungen an die Wandstärke, die auf dem 3D-Druckverfahren und den mechanischen Eigenschaften basieren.  Dünnere Wände verkürzen die Bauzeit und senken die Kosten, können aber auch empfindliche Merkmale, Lücken und fehlende Teile bedeuten. Die Hauptüberlegungen bei der Wahl der Wandstärke sollten die Geometrie und die Anwendung des Teils sein.

Aushöhlung

Das Aushöhlen eines Teils ist in der Tat eine sehr gute Möglichkeit, Material zu sparen. Weniger Material bedeutet eine deutliche Reduzierung der Kosten. Es ist auch eine effektive Methode, um das Gewicht des Teils zu reduzieren. Allerdings kann es die Gesamtfestigkeit des Teils leicht beeinträchtigen. Es ist allein die Entscheidung des Konstrukteurs, welche Bereiche hohl sein können und welche Bereiche je nach Anwendung massiv sein müssen.

Schichthöhe

Ein 3D-Drucker druckt das Teil normalerweise Schicht für Schicht. Die Schichthöhe ist das Maß für eine einzelne Schicht. Wenn die Schichthöhe größer ist, entstehen auf der Oberfläche des 3D-Drucks Grate oder „Treppenstufen“, was zu einer weniger glatten Oberfläche führt. Eine geringere Schichthöhe sorgt für eine bessere Oberflächenqualität (hohe Präzision), führt jedoch zu einem höheren Preis, da die Gesamtzeit für den Bau der Schichten geringer ist und die Zeit für den Bau des gesamten Teils verlängert wird.

Hilfsstrukturen

Hilfsstrukturen für den 3D-Druck sind nicht Teil des Modells, sondern werden verwendet, um Teile des Modells während des Drucks zu stützen. Nach dem Druck besteht die zusätzliche Aufgabe, die Strukturen zu entfernen, bevor das Modell einsatzfähig ist. In einer Produktionsumgebung bedeutet die zusätzliche Arbeit zusätzliche Kosten für das Modell. Die Menge des Stützmaterials auf Ihrem Design kann sich ebenfalls auf den Preis auswirken, da es die Menge des benötigten Materials erhöht.  Im FDM-Verfahren sind zum Beispiel Hilfsstrukturen erforderlich, während sie bei SLS und MJF nicht erforderlich sind. Die Optimierung des Designs mit selbsttragenden Winkeln (normalerweise um 45 Grad oder mehr) verbraucht weniger Stützmaterial und kann helfen, die Materialkosten zu reduzieren.

Material

Die Art des Materials, aus dem das Teil gefertigt wird, spielt eine wichtige Rolle bei der Kostenbestimmung. Wenn Sie nach dem günstigsten Material suchen, wäre ein einfaches Prototyping-Fotopolymer wie Polyamid (PA) oder Epoxidharze am besten geeignet; wenn Sie mehr funktionale Anforderungen wie hohe Festigkeit, feines Oberflächenfinish oder Hitzebeständigkeit haben, könnte der Prozess viel teurer werden.

Harze wie hitzebeständiges Polycarbonat, das im Stereolithografie-Prozess (SLA) verwendet wird, bieten beispielsweise Hitze- und Korrosionsbeständigkeit und sind ebenfalls teuer. Materialien wie Polyamid (PA), das bei HP Multi Jet Fusion und Fused Deposition Modeling verwendet wird, sind sehr widerstandsfähig, leicht und anpassungsfähig an eine Vielzahl von Anwendungen und sind viel günstiger. Es ist wichtig, vorher zu wissen, welche Eigenschaften gewünscht sind, um den Preis günstiger zu gestalten.

Nachbearbeitung

Nach dem Druck werden, je nachdem wie anspruchsvoll das Teil sein soll, verschiedene Nachbearbeitungsschritte durchgeführt. Zum Beispiel kann es sein, dass die rohe Textur des Drucks nicht das Aussehen hat, das für die Anwendung geeignet ist. In diesem Fall ist eine zusätzliche Polierarbeit erforderlich, um die Unebenheiten des Produkts zu beseitigen. Diese Prozesse sind bei Thermoplasten und einigen Harzen üblich. Das Entfernen von Hilfsstrukturen und das Anpassen der 3D-Drucke mit verschiedenen Farben ist ebenfalls eine übliche Nachbearbeitung.

Da nicht alle Druckverfahren in der Lage sind, dem Material während des Drucks Farben hinzuzufügen, ist eine (teure) Färbung oder Lackierung vorgesehen. Die Liste aller zusätzlich erforderlichen Nachbearbeitungen geht je nach Anwendung weiter, z. B. Lackier- oder Kugelstrahlarbeiten (bei Metallen verwendet). Diese Nachbearbeitungen erfordern zusätzliche Arbeit, Maschinenzeit und erhöhen somit den Preis.

Menge

Eine der Möglichkeiten, die Kosten für den 3D-Druck zu senken, ist die Betrachtung des 3D-Drucks als Produktionstechnik und Alternative zu herkömmlichen Verfahren. Eine Massenproduktion von beispielsweise 20 Stück desselben Teils wirkt sich im Vergleich zu einem Einzelteil erheblich auf den Preis aus. Sie bietet angepasste Kosten, die im Vergleich zu den anfänglichen Stückkosten um bis zu 80 % reduziert werden können.

Durchlaufzeit

Die Durchlaufzeit spielt eine große Rolle bei den Kosten für ein Teil. Wenn das Teil sofort gefertigt werden muss, schlagen sich zusätzliche Arbeitszeit und schnellere Lieferung im Endpreis nieder.

Kostengünstige 3D-Druckverfahren verfügbar bei Xometry

Wenn Sie erschwingliche 3D-Drucke herstellen möchten, sollten Sie eine der drei Verfahren in Betracht ziehen: Fused Deposition Modeling, Selektives Lasersintern oder HP Multi Jet Fusion. Alle diese Technologien bieten großartige Qualität zu einem erschwinglichen Preis. 

Nehmen wir dieses Modell als Referenz und vergleichen wir diese 3 Verfahren.

Fused Deposition Modeling (FDM)

FDM ist eine der beliebtesten und kostengünstigsten Technologien. Bei diesem Verfahren wird ein Produkt durch selektives Auftragen von geschmolzenem Material in einem vorher festgelegten Pfad Schicht für Schicht aufgebaut. Die verwendeten Materialien sind thermoplastische Polymere und liegen in Form von Filamenten (dünnen Drähten) vor.

Materialien: Thermoplastische Filamente (ABS, Nylon, Polycarbonat, PEEK usw.)

Nehmen wir an, dass das Referenzmodell im FDM-Verfahren gedruckt werden soll und nehmen wir als Beispiel zwei verwendete Thermoplaste, ABS und ULTEM 9085 HP TP, wobei ABS das billigere und weit verbreitete Material ist, während ULTEM 9085 HP TP ein Material mit hohen mechanischen Eigenschaften ist und selten verwendet wird. 

Nach der obigen Tabelle führt die Produktion der Teile in großen Mengen in beiden Fällen zu einer Senkung des Gesamt-Endpreises. Dies sind die Preise für die Standardlieferung, wobei die Expresslieferung wesentlich teurer ist.

Selektives Laser-Sintern (SLS)

Selektives Laser-Sintern (SLS) ist eine der beliebtesten 3D-Druckverfahren, das hochpräzise und langlebige Teile herstellt, die sich perfekt für die Endanwendung, die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen oder für das Rapid Prototyping eignen. Obwohl SLS eine hohe Detailqualität und perfekte Produktionswiederholbarkeit bietet, ist es eine der günstigsten Optionen für industrielle 3D-Druckdienste, da es Teile in großen Mengen ohne Anforderungen an die Stützstruktur herstellen kann.

Materialien:  Thermoplastische Pulver (z. B. PA 12, TP)

Multi Jet Fusion (MJF)

HP Multi Jet Fusion ist ein leistungsstarkes und kostengünstiges 3D-Druckverfahren, das hochpräzise und langlebige Teile mit hoher Geschwindigkeit produziert, insbesondere im Vergleich zu anderen Verfahren. Multi Jet Fusion-Teile eignen sich hervorragend für den Endgebrauch, für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen, für das Rapid Prototyping oder als Überbrückungsprozess zum Spritzguss.

Materialien:  Thermoplastische Pulver (e.g. PA 11, PA 12, oder TPU)

Wenn man annimmt, dass das Referenzmodell in MJF gedruckt werden soll, nehmen wir als Beispiel zwei verwendete Thermoplaste, Nylon PA 12 und TPU PU 88/95A, und vergleichen deren Kosten. 

Die Materialien in der obigen Tabelle sind billiger und weit verbreitet. Sie weisen bis auf die Farbe auch die gleichen Eigenschaften auf und sind daher preiswerter.

Fazit

Die drei Verfahren, FDM, MJF und SLS, verwenden fast die gleichen Thermoplaste, die vergleichsweise günstig und weit verbreitet sind. Thermoplaste, wie PA oder ABS, können für Prototyping- und Modellierungsanwendungen gut geeignet sein, doch die Qualität und die Details, die sie bieten, sind gering.

In unserem Vergleich war die günstigste Option für das von uns verwendete Modell der MJF-3D-Druck in Kombination mit PA12, aber wir empfehlen, immer alle drei Verfahren und die verfügbaren Materialien zu prüfen. Holen Sie sich Ihre Sofortangebote in der Xometry Instant Quoting Engine.

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