3D 打印机的成本是多少?

内部 3D 打印是一种应用广泛的多功能解决方案,其应用领域包括高分辨率模型制作、面向传统生产工艺的快速原型制造快速模具制作制造辅助工具生产甚至成品部件制造

然而,在考虑投资 3D 打印机时,通常可以将其可行性归结为一个简单的问题:3D 打印机能够为企业带来经济效益吗?3D 打印机自身的成本是多少?它可以为企业实际节省的时间和成本又如何?

3D 打印机的价格从 200 美元到 500000 美元不等,具体取决于打印工艺、打印材料和 3D 打印解决方案的复杂程度。 

在本指南中,我们将介绍不同 3D 打印技术的成本、将外包生产与内部生产进行比较、罗列计算单件成本时应考虑的各种因素,并列举在比较各种 3D 打印解决方案和其他生产方法时除成本以外的考量因素。

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不同类型 3D 打印工艺的成本和考量因素

塑料 3D 打印机成本

熔融沉积成型 (FDM)、立体光固化 (SLA) 和选择性激光烧结 (SLS) 是目前最成熟的三种塑料 3D 打印工艺。 

每种 3D 打印技术都各有利弊。下面的信息图为这些技术的简要对比:

Download the high-resolution version of this infographic here. Would you like to learn more about FDM, SLA, and SLS 3D printing technologies? Check out our in-depth guide.

点击此处下载该信息图的高分辨率版本。想要了解有关 FDM、SLA 和 SLS 3D 打印技术的详细信息吗? 请阅读我们的深入指南。

3D 打印机的费用近年来已大幅下降,如今,这三种技术均采用经济实惠的紧凑型系统。

一般来说,如果仅以有限数量打印相对简单的原型,FDM 3D 打印机的部件成本最为低廉。SLA 树脂 3D 打印机能够提供更高的分辨率、更好的质量和种类繁多的 3D 打印材料,但价格通常稍高,在打印复杂设计或大批量生产时,由于 SLA 部件在后处理过程对人工的需求更低,价格上的劣势会迅速缩小。最后,SLS 3D 打印是中批量或大批量生产高质量功能性部件时最具成本效益的工艺。

比较不同 3D 打印机的总成本时,不能局限于标签价格,因为这不足以反映 3D 打印机和打印部件的全部成本。3D 打印材料和人工成本都会显著影响单件成本,具体情况取决于您的应用与生产需求。

以下内容将讨论每种工艺的不同考量因素和成本。

熔融沉积成型 (FDM)

 

FDM 又称熔丝制造 (FFF),该打印方法通过熔化和挤出热塑性长丝使部件成型,打印机喷嘴会将热塑性长丝逐层沉积在成型区域。

FDM 是消费者群体中使用最广泛的 3D 打印形式,业余级 3D 打印机的出现加速了该技术的发展进程。然而,专业级和工业级 FDM 打印机同样受到专业人士的青睐。

成本最低的 3D 打印机几乎都是 FDM 打印机。最便宜的入门级 DIY FDM 3D 打印机套件起售价约为 200 美元。然而,大多数此类打印机更像是玩具或 DIY 项目,需要花费大量时间进行组装、调整和校准。打印质量在很大程度上取决于这些步骤成功与否,并且这些机器需要进行维修和定期维护,才能保持运行,因此,仅推荐拥有(正在攻读)工程学位并且有大量时间和耐心的用户使用此类打印机。

业余级 FDM 3D 打印机的价格在 500 美元至 1500 美元之间,可能作为套件或组装件提供,所需的调整稍微少一些,但它们仍具有许多与低成本入门级 3D 打印机相同的缺点。此类打印机中一些较为出色的型号将提供更大的成型体积,以及除 PLA 等低温材料之外的更多材料选择。

专业级 FDM 3D 打印机的起售价约为 2500 美元,大幅面专业级 FDM 打印机的起售价约为 4000 美元,而最先进的工业级 FDM 打印机售价往往超过 10000 美元。大多数上述打印机在出厂前便已组装并校准完成,开箱即用,有些机器也可以自动校准。此类打印机能够提供更好的打印质量、更广泛的材料选择、更大的成型体积和更高的可靠性,并且更易于使用和维护。与低成本打印机制造商不同,专业级 3D 打印机制造商还会提供客户支持,帮助客户解决问题。

在材料方面,对于大多数标准和工程长丝,FDM 3D 打印的材料成本为 50-150 美元/千克,对于支撑材料,材料成本为 100-200 美元/千克。有些替代材料价格可能相对便宜,但打印质量会有所下降。

最后,FDM 打印则需要较多的人工操作。许多设计,尤其是复杂模型,都需要有支撑结构才能成功打印,这些打印件需要手动移除支撑结构,如果是可溶性支撑,则需要溶解后才能移除。为了获得高质量的表面光洁度并去除层线,需要对部件进行长时间的手动后处理(如打磨)。

立体光固化 (SLA)

SLA 3D 打印机使用激光将液态树脂固化成硬化塑料,这一过程称为光聚合。由于具备高分辨率、高精度和材料用途广泛等特点,SLA 已经成为了专业人士的热门选择之一。

与其他所有塑料 3D 打印技术打印的部件相比,SLA 打印部件具有最高的精度、最清晰的细节和最高的表面光洁度,但 SLA 的主要优势在于其多功能性。SLA 树脂配方具有众多不同的光学、机械和热性能,可匹配标准、工程和工业热塑性塑料。

SLA 3D printing offers a wide range of materials for a variety of applications.

SLA 3D 打印为广泛的应用提供了多种材料。

过去,应用 SLA 技术的大型复杂工业级 3D 打印机成本高昂,不低于 200000 美元,但如今该工艺已日益普及。随着 Formlabs 推出 Form 3+ 打印机,企业只需花费 3750 美元即可实现工业品质的 SLA 打印。而大幅面 SLA 打印机 Form 3L 的起售价仅为 11000 美元。

SLA 3D 打印机开箱即用,在出厂前便已组装并校准完成。这些打印机属于专业工具,在生产中也很可靠,几乎不需要任何维护。Formlabs 提供的客户支持可以在少数出现问题的情况下随时加以解决。

就材料成本而言,在 SLA 树脂中,大多数标准和工程树脂的成本约为 149-200 美元/升。

SLA 打印机简单易用,并且清洗和后固化等大多数工作流程都可以实现自动化,从而减少人工需求。SLA 打印部件在打印完成后就已具有高质量的表面光洁度,只需进行简单的后处理去除支撑痕迹即可。

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大幅面打印的重要性

在此份免费报告中,我们将着眼于对比在内部使用大幅面 3D 打印机 Form 3L 与其他生产方法(主要是外包和使用 FDM 打印机)。我们还比较了各种方法的成本,评估在内部引入 Form 3L 的最佳时机。

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选择性激光烧结 (SLS)

SLS 3D 打印机使用高功率激光来熔合小颗粒的聚合物粉末。未熔合的粉末在打印过程中支撑部件,因此不再需要专用支撑结构,这使得 SLS 成为构造内部特征、倒凹、薄壁和凹入特征等复杂几何形状的理想选择。 

使用 SLS 打印技术制造的部件具有优良的机械特性,强度类似于注射成型部件。因此,SLS 是工业应用中最常见的塑料 3D 打印工艺。

SLS nylon parts are ideal for a range of functional applications, from engineering consumer products to healthcare.

SLS 尼龙部件是从工程消费品到医疗保健等一系列功能性应用的理想选择。

与 SLA 一样,SLS 过去仅限于复杂的大幅面 3D 打印系统,这些设备的起售价约为 200000 万美元。在 Formlabs 推出 Fuse 1 SLS 打印机后,企业现在使用工业级 SLS 的最低成本只需 18500 美元,包括后处理和粉末回收系统在内的完整套装价格则为 29743 美元。

与 SLA 3D 打印机类似,SLS 打印机同样开箱即用,在出厂前便已组装并校准完成。SLS 打印机稳定可靠,专为全天候生产而开发,并辅以先进的培训服务和快速的客户支持。

SLS 打印所用的尼龙材料价格约为 100 美元/千克。SLS 打印部件不需要支撑结构,而未熔合的粉末可以重复利用以降低材料成本。

SLS 是生产环境中所需人工操作最少的塑料 3D 打印工艺,由于打印部件本身已具有很高的质量,因此只需通过简单的清理去除多余的粉末。

金属 3D 打印

除了塑料 3D 打印外,还有多种金属 3D 打印工艺。 

  • 金属 FDM

金属 FDM 打印机的工作原理与传统 FDM 打印机类似,但通过挤出由聚合物粘合剂粘结制成的金属棒打印部件。得到的“原始”部件随后将在炉中烧结,以去除粘合剂。 

  • 选择性激光熔化 (SLM) 和直接金属激光烧结 (DMLS) 

与 SLS 打印机类似,SLM 和 DMLS 打印机的工作原理是使用激光将金属(而非聚合物)粉末颗粒逐层熔合在一起。SLM 和 DMLS 3D 打印机能够精确打印出坚固复杂的金属产品,是航空航天、汽车和医疗应用的理想选择。

虽然金属 3D 打印机的价格也开始下降,在 10 万美元到 100 万美元之间,但这些系统对于大多数企业仍然十分昂贵。

作为替代方案,SLA 3D 打印非常适合铸造工艺流程和生产金属部件;且与传统方式相比,该技术的成本更低、设计自由度更大,且生产周期更短。

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利用 3D 打印制造金属部件

获取制造 3D 打印模型的设计指南,了解直接熔模铸造的分步过程,并浏览间接熔模铸造和砂型铸造指南。

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3D 打印机价格对比(按工艺)

各种塑料和金属 3D 打印工艺的质量各异,适用于不同的应用。概要如下。 

熔融沉积成型 (FDM)立体光固化 (SLA)选择性激光烧结 (SLS)金属 FDM选择性激光熔化 (SLM) 和直接金属激光烧结 (DMLS)
分辨率★★☆☆☆★★★★★★★★★☆★★☆☆☆★★★★☆
精度★★★★☆★★★★★★★★★★★★★☆☆★★★★★
表面光洁度★★☆☆☆★★★★★★★★★☆★★☆☆☆★★★★☆
产量★★★★☆★★★★☆★★★★★★★★☆☆★★★★☆
设计复杂度★★★☆☆★★★★☆★★★★★★★★☆☆★★★★★
易用性★★★★★★★★★★★★★★☆★★★★☆★☆☆☆☆
成型体积最高 300 × 300 × 600mm(桌面和台式 3D 打印机)最高 300 × 335 × 200mm(桌面和台式 3D 打印机)最高 165 × 165 × 300mm(台式工业级 3D 打印机)最高 300 × 200 × 200mm最高 400 × 400 × 400mm
价格范围DIY 3D 打印机套装的起售价约为 200 美元,业余级打印机的价格从 500 美元到 1500 美元不等。专业级 FDM 3D 打印机的起售价约为 2500 美元,大幅面专业级 FDM 打印机的起售价约为 4000 美元。桌面专业级打印机的起售价为 3750 美元,而大幅面台式打印机的成型体积更大,售价为 11000 美元。台式工业级 SLS 系统的起售价为 18500 美元,传统工业级打印机的起售价为 100000 美元。金属 FDM 打印机的起售价为 100000 美元,但包括熔炉在内的完整解决方案价格远不止于此。DMLS/SLM 解决方案的起售价为 200000 美元。这些打印机的设施要求较为严格,可能会进一步增加成本。
材料成本大多数标准和工程长丝成本为 50-150 美元/千克,支撑材料成本为 100-200 美元/千克。大多数标准和工程树脂成本为 149-200 美元/升。尼龙成本为 100 美元/千克。SLS 打印部件不需要支撑结构,而未熔合的粉末可以重复利用以降低材料成本。取决于所用材料和技术。成本明显高于塑料 3D 打印。取决于所用材料和技术。成本明显高于塑料 3D 打印。
人工需求手动去除支撑(在某些情况下可通过可溶性支撑简化)。为了获得高质量的表面光洁度,需要进行长时间的后处理。清洗和后固化(大部分流程均实现自动化)进行简单的后处理以去除支撑痕迹。进行简单的清洁以去除多余的粉末。清洗和烧结(大部分流程均实现自动化)可自行选择进行机加工和其他表面处理。应力消除、支撑去除、热处理以及机加工和其他表面处理。
材料标准的热塑性塑料,如 ABS、PLA 及其各种混合材料。各种树脂(热固性塑料)。标准树脂、工程树脂(类 ABS、类 PP、类硅胶、柔性、耐热、刚性)、可浇铸树脂、牙科树脂和医用树脂(生物相容性树脂)。工程热塑性塑料,通常是尼龙及其复合材料(Nylon 12 Powder 具有生物相容性 + 灭菌相容性)。不锈钢、工具钢、铬镍铁合金、铜、钛。不锈钢、工具钢、钛、钴铬合金、铜、铝、镍合金。
适合应用基本的概念验证模型、低成本的简单部件原型制造。要求严格公差和光滑表面的高精细度原型,如模具、工具、模型、医学模型和功能性部件。复杂几何结构、功能性原型、短期制造或过渡式制造。坚固耐用的部件、模具和制造辅助工具。具有复杂几何结构、坚固耐用的部件;是航空航天、汽车和医疗应用的理想选择。

单件成本:计算 3D 打印的成本

计算每个部件的成本需要核算设备所有权成本、材料成本和人工成本。有必要了解上述各部分成本的影响因素,以及评估替代生产方法和发掘隐藏成本时需要考虑的问题。

设备所有权

3D 打印机成本、服务合同成本、安装成本和维护成本等固定成本共同构成了设备所有权成本。无论您的 3D 打印机处于闲置状态,还是每周生产数十个部件,都会产生上述费用。

通过将机器使用寿命期内的所有预估固定成本相加,然后除以预计生产的部件数量,即可得出每个部件所占的设备所有权成本。通常,3D 打印机的生产率和利用率越高,每个部件的设备所有权成本就越低。

近年来,桌面级 3D 打印机在降低设备所有权成本方面取得了巨大进展。由于其价格比传统工业级 3D 打印机低 10 到 100 倍,并且能够在使用寿命周期内生产数千个部件,因此设备所有权成本可以忽略不计。

需要考虑的问题:

  • 除机器成本外,是否还有安装成本、培训成本或其他初始费用?

  • 是否有(强制的)服务条款?其中包含哪些条款?

  • 除机器外,制造最终部件还需要哪些配件和工具?

  • 在正常工作范围内,机器有哪些维护需求?预计年度维护成本是多少?如果生产水平提升,成本会如何变化?

材料和耗材

制造部件所需的 3D 打印原材料成本和其他耗材成本为可变成本。这些成本在很大程度上取决于部件的生产数量。

通过计算制造单个部件所需的 3D 打印材料数量,将其乘以单件材料成本即可得出总材料成本。计算废物以及任何其他所需耗材的成本。设备所有权成本会随产量增长而降低,但 3D 打印的材料成本却往往很快趋于平稳。

由于 3D 打印耗材的成本各不相同,请明确制造给定部件所需的材料。另请注意,某些 3D 打印机只能使用专有材料,因此第三方材料的选择受限。

需要考虑的问题:

  • 每种 3D 打印材料的成本分别是多少?

  • 制造给定部件需要多少材料(包括废物)?

  • 材料的保质期有多长?

  • 制造部件是否需要其他耗材?

  • 打印机能否使用第三方材料?

人工

虽然 3D 打印可以取代传统制造方法,避免复杂的工作流程并节省大量时间,但某些 3D 打印技术仍然需要大量人工操作。

桌面专业级 3D 打印机一般已针对易用性进行了优化。DIY 3D 打印机和业余级打印机通常需要花费更多精力和时间才能完成设置,而传统工业级打印机的定期维护或更换材料也颇为耗时,且需要技术娴熟的操作员。

后处理工作流程因 3D 打印工艺而异,但在大多数情况下都需要清洁部件并去除支撑或多余材料。有些解决方案会对部分任务进行自动化;例如,Formlabs Form Wash 和 Form Cure 能够简化 Formlabs SLA 3D 打印机的清洗和后固化工作流程,而 Fuse Sift 为 Fuse 1 SLS 打印机提供了一站式的后处理和粉末回收系统。

SLA 和 SLS 等较先进的工艺无需耗时的步骤即可获得高质量部件,但 FDM 部件需要通过长时间的手动后处理来改善质量并去除层线。

需要考虑的问题:

  • 生产部件的整个工作流程是怎样的?打印设置、材料更换和部件后处理需要哪些具体步骤?

  • 给定部件的后处理需要多长时间?

  • 是否有工具或设备可对其中一些任务进行自动化?

外包生产 vs. 内部 3D 打印

如果只是偶尔需要进行 3D 打印,并且打印的是大型部件或采用非常规材料,建议将相关工作外包给服务机构或实验室。服务机构通常支持多种内部 3D 打印工艺,如 SLA、SLS、FDM 和金属 3D 打印。他们还可以提供各种材料的建议,并提供增值服务,如设计或高级精加工。

外包的主要缺点是成本高和周转时间长。与传统制造方法相比,3D 打印的最大优势之一在于其速度,传统制造方法需要数天甚至数周才能得到外包部件,和 3D 打印相比立马相形见绌。随着需求和生产的增长,外包成本也迅速增加。

桌面级 3D 打印机是快速获取部件的理想方案。对专业级 3D 打印机的投资可在几个月内实现收支平衡,具体取决于部件数量和打印量。桌面级和台式打印机可以根据业务需求恰当选择所需的打印量,在需求增长时,可通过额外增加机器来扩大生产规模,无需花费大量成本投资大幅面 3D 打印机。使用多台 3D 打印机还可以灵活地同时打印不同材料的部件。作为这种灵活工作流程的补充,在打印较大的部件或非常规材料时,仍然可以将工作外包给服务机构。

请试用交互式 3D 打印 ROI 计算器,以便亲身感受 Formlabs 3D 打印机相比于外包 3D 打印能够节省的大量时间和成本。

不单考虑直接成本

投资成本、材料成本和人工成本的计算相对容易。但您是否考虑过那些难以量化但仍会影响业务的间接成本和因素?让我们看看将桌面级 3D 打印与外包或其他生产方法进行比较时的一些关键考量因素。

节省时间:如果能够提前几个月上市产品会如何?如果能将产品的周转时间缩短数天或数周呢?3D 打印简化了传统的原型制造和生产流程,能够帮助您节省时间并赢得竞争。

改善结果:使用 3D 打印,用户可以进行更多次迭代,快速试错,并获得更好的最终产品。尽早发现和修复设计缺陷也有助于避免在生产期间进行设计修正和工具更改,减少财产损失。

沟通:高质量的原型和部件可以帮助您更好地与顾客、客户、供应商和其他利益相关者沟通,从而避免误解和代价高昂的错误。

知识产权保护:您的工作是否涉及敏感信息?在内部制造部件意味着您无需将知识产权信息 (IP) 披露给第三方,从而降低了信息泄漏或 IP 被窃取的风险。

3D 打印成本计算器

计算单件成本和周转时间,并对比备选方案以确定解决方案是否对您的业务有所助益,这一任务通常十分复杂,需要创建一份详尽的电子表格,并尝试从制造商处收集所有相关信息(往往是隐藏的信息)。 

要避免这些麻烦,可以尝试我们简单易用的交互式 3D 打印成本计算器,该计算器可以计算  Formlabs 3D 打印机的 3D 打印成本和周转时间,并将时间和成本节约量与其他生产方法进行比较。