3D 打印是一種快速、經濟高效且一步到位的解決方案，可用於製造從虛擬 3D (CAD) 模型到有形生產部件或原型的任何產品。與傳統的加工工藝相比，即使是非常複雜的設計也可以使用 3D 打印輕鬆實現。本文討論如何在 Xometry擇幂科技提供的選項中選擇經濟高效的 3D 打印技術和材料。
影響3D打印價格的因素
在選擇最實惠的選項之前，務必了解影響3D打印價格的因素，如設計、材料、整理、數量和交付週期。以下是詳細說明。
設計
零件的三維模型設計是影響成本的最重要因素。就根據設計的成本而言，需要考慮以下因素。
體積
定義對象的大小是影響打印成本的一個重要因素。打印成本與對象的大小成比例。對象越大，需要的輸入打印材料越多，這又增加了成本。大體積的物體也導致更長的印刷週期和印刷成本的增加。由於3D打印價格與對象在機器托盤中佔據的體積成比例，因此改變對象的幾個方面以使其緊湊而不需要改變整個對象的比例可以降低對象的整體價格。
壁厚
物體的強度取決於牆壁的厚度，但為了省錢，檢查一些部分是否可以做得更薄。然而，牆不能太薄：例如，對於FDM，建議的最小厚度為1.2mm；對於SLS：0.7毫米。根據3D打印工藝和機械性能，不同的材料有不同的壁厚要求。更薄的牆可以減少構建時間並降低成本，但它也可能意味著精緻的特徵、缺口和缺失的部分。選擇壁厚時，應主要考慮幾何形狀和零件應用。
挖空
挖空零件確實是節省材料的好方法。更少的材料意味著成本的明顯降低。這也是減少零件重量的有效方法。不過，它可能會略微影響整體零件強度。根據應用，哪些區域可以是空心的，哪些區域需要是實心的，這完全由設計者決定。
層高
3D打印機通常逐層打印零件。層高度是對單個層的度量。如果層高度更大，則會看到3D打印表面上的固有脊或“階梯”，從而導致表面不太平滑。較小的層高度提供了改善的表面質量（高清晰度），但由於整體構建時間而導致價格增加，因為層較小並且構建完整部分所花費的時間增加。
支撐結構
3D打印支撐結構不是模型的一部分，但用於在打印期間支撐模型的一部分。打印結束後，還有一項額外的任務，即在模型準備就緒之前移除結構。在生產環境中，增加的工作量意味著模型的成本增加。設計上的支撐材料數量也會影響價格，因為它會增加所需的材料數量。例如，在FDM進程中，需要支助結構，而在SLS和MJF，則不需要支助結構。使用自支撐角度（通常為45度或更大）優化設計時，使用的支撐材料更少，有助於減少材料費用。
了解有關針對不同3D打印技術進行設計的詳細信息：
- SLS 設計技巧
- MJF 設計技巧
- FDM 設計技巧
材料
用於製造零件的材料類型在成本確定中起著重要作用。如果您正在尋找最負擔得起的材料，一個簡單的原型光聚合物，如聚酰胺（PA）或環氧樹脂將是最適合；如果您有更多的功能要求，如高強度、精細的表面處理或耐熱性，這個過程可能會變得昂貴得多。
例如，在樹脂光固化成型（SLA）工藝中使用的樹脂如耐熱聚碳酸酯提供了耐熱性和耐腐蝕性，並且也是昂貴的。惠普尼龍多流射熔融成型（MJF）和熱塑性材料熔融沉積成型 (FDM) 中使用的材料（如聚酰胺（PA））非常耐磨、重量輕、適用範圍廣，而且價格便宜得多。重要的是要事先知道哪些物性是理想的，以獲得較低的價格。
後處理工作
印刷完成後，根據零件的複雜程度，會進行不同的後處理工作。例如，打印的原始紋理可能沒有適合應用的方面。在這種情況下，需要額外的拋光工作來消除產品的缺陷。這些方法對於熱塑性塑料和一些樹脂是通用的。移除支撐結構和定制具有不同顏色的3D打印也是常見的後處理工作。
由於並非所有的印刷技術都能在材料上添加顏色，因此需要進行印刷、染色或繪畫（昂貴）。所需的所有額外精整工作的列表根據應用而繼續，例如，上漆或噴丸處理（用於金屬）。這些後處理需要額外的勞動力、機器時間，因此增加了價格。
數量
減少3D打印成本的選項之一是將3D打印視為生產技術和傳統工藝的替代。例如，與單個部件相比，批量生產20個單位的相同部件將對價格產生顯著影響。與初始單位成本相比，其提供了最多可減少80%的經調整成本。
工期
提前期在零件成本中起著重要作用。如果零件需要立即製造，額外的工作時間和更快的交貨將反映在最終價格中。
Xometry擇冪科技提供價格合理的3D打印技術
如果您正在尋找生產負擔得起的3D打印，您應該考慮以下三種技術之一：熔融沉積模型、選擇性雷射燒結或HP多重噴射熔融。所有這些技術都以可承受的價格提供了出色的質量。
讓我們以此模型為參考，比較這三種技術。
熔融沉積模型 (FDM)
FDM 是最受歡迎且負擔得起的技術之一。在此過程中，產品是透過將熔融材料按預定路徑逐層選擇性沉積來構建的。所使用的材料為熱塑性聚合物，呈絲狀（細線狀）形式。
材料：熱塑性絲（ABS、尼龍、聚碳酸酯、PEEK 等）
優點：
- 可以實現大型零件尺寸，且後處理需求極少
- 提供多種材質選擇和顏色
- 打印速度快
- 與其他工藝相比價格低廉
缺點：
- 移除支撐材料後可能留有痕跡
- 小細節可能被忽略
- 表面非完全平滑，存在層紋
考慮到參考模型必須使用 FDM 印刷，我們以所使用的兩種熱塑性塑料為例：ABS 和 ULTEM 9085 HP TP。其中 ABS 是較便宜且廣泛使用的材料，而 ULTEM 9085 HP TP 則具備高機械性能且使用較少。
| 材料 | 成本（如果訂購單個單位） | 單位成本（如果訂購20件） |
| ABS | 22.18€ | 22.15€ |
| ULTEM 9085 HP TP | 106.1€ | 93.02€ |
從上表可以看出，在這兩種情況下，大批量生產零部件導致最終總價格下降。這是普通快遞的價格，如果選擇更快的快遞要貴得多。
選擇性激光燒結 (SLS)
選擇性激光燒結 (SLS) 是最受歡迎的3D打印技術之一，它生產的零件精度高、經久耐用，非常適合終端使用、低至中等批量生產或快速原型製造。儘管SLS提供了高細節品質和完美的生產可重複性，但它是工業3D打印服務中最便宜的選擇之一，因為它可以批量生產零件，而無需支撐結構要求。
材料： 熱塑性粉末 (如： PA 12, TPU)
優點：
- 價格便宜
- 設計自由
- 耐用、通用、靈活且抗腐蝕（尼龍）
- 可擴展且快速
缺點：
- 表面光潔度較低
- 大型特徵中的扭曲和蠕變問題
- 顏色選擇較少
考慮到參考模型必須打印在SLS，以及我們採取的兩個例子，所使用的熱塑性塑料，尼龍PA 12和Flex TPU M95A PU和他们的成本比較。
| 材料 | 成本（如訂購單個單位） | 單位成本（如訂購20件） |
| 尼龍 PA 12 | 79.72€ | 57.77€ |
| Flex TPU M95A PU | 121.76€ | 109.86€ |
惠普尼龍多流射熔融成型（MJF）
惠普尼龍多流射熔融成型（MJF）是一種功能強大且價格合理的3D列印技術，可在高速下生產高度精確且耐用的零件，特別是與其他技術相比。Multi Jet Fusion零件非常適合最終用途、低至中等批量生產、快速原型製造，或作為注塑成型的過渡工藝。
材料： 熱塑性粉末（如：PA 11、PA 12 或 TPU）
優點：
- 設計自由，因為不需要支撐
- 對小批量來說成本低
- 耐用、通用、靈活且抗腐蝕（尼龍）
- 可擴展且快速
缺點：
- 表面光潔度有限
- 後處理選項有限
- 大型特徵可能出現扭曲和蠕變問題
- 顏色選擇較少
考慮到參考模型必須在 MJF 印刷，我們採用了兩種熱塑性塑料的例子：尼龍 PA 12 和 TPU PU 88/95A，並對它們的成本進行比較。
| 材料 | 成本（如訂購單個單位） | 單位成本（如訂購20件） |
| 尼龍 PA 12 | 18.29€ | 15.96€ |
| TPU PU 88/95A | 21.81€ | 16.62€ |
上表中的材料價格更低，應用範圍更廣。除了顏色差異之外，它們還展現出相同的性能，因此成本更具優勢。
結論
FDM、MJF 和 SLS 這三種方法幾乎都使用相同的熱塑性塑料，這些材料相對便宜且應用廣泛。熱塑性塑料（如 PA 或 ABS）非常適合原型與模型製作，但其所能提供的品質與細節相對較低。
在我們的比較中，最便宜的選項是 MJF 3D 列印搭配 PA12，但我們建議仍需檢視所有三種技術及可用材料，並透過 Xometry 擇冪科技的即時報價引擎獲取即時報價。