Сколько стоит 3D-принтер?

Три самые известные сегодня технологии 3D-печати из пластика — это моделирование методом наплавления (FDM), стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS). 

Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки — взгляните на инфографику:

За последние годы цены на 3D-принтеры значительно упали, и сегодня все три технологии стали доступными при использовании в компактных и недорогих системах.

Как правило, технология FDM обеспечивает более дешевое производство моделей, если вы печатаете только относительно простые прототипы в ограниченном количестве. Технология SLA предлагает более высокое разрешение и качество, а также широкий выбор материалов для 3D-печати по немного более высокой цене. Но эта разница быстро нивелируется, когда вы печатаете сложные проекты или более крупные партии из-за менее трудоемкого процесса постобработки. Наконец, технология SLS — наиболее рентабельная для производства средних и больших объемов высококачественных функциональных моделей.

Сравнение общей стоимости разных 3D-принтеров только по ценникам не даст вам полного представления о том, как будут соотноситься стоимость 3D-принтера и напечатанной модели. Затраты на материалы для 3D-печати и рабочую силу значительно влияют на стоимость модели в зависимости от области применения и ваших производственных потребностей.

Давайте рассмотрим разные факторы и затраты для каждого процесса.

Метод FDM, также известный как производство способом наплавления нитей (FFF) — это метод печати, когда детали модели изготавливают путем плавления и экструзии термопластичной нити, которую сопло принтера наносит слой за слоем на изготавливаемую модель.

FDM — самая популярная форма 3D-печати потребительского уровня, чему способствовало распространение любительских 3D-принтеров. Однако среди специалистов также популярны профессиональные и промышленные принтеры FDM.

Самые дешевые 3D-принтеры — это принтеры FDM. Цены на DIY наборы для 3D-принтеров FDM начинаются от 200 долларов США. Однако большинство этих моделей больше похожи на игрушки или проекты DIY, которые требуют значительного времени на сборку, настройку и калибровку. Качество печати во многом зависит от успеха этих операций. Кроме того, для поддержания работоспособности машинам необходимы ремонт и регулярное техническое обслуживание, поэтому они больше подойдут людям с высшим инженерным образованием, обладающим большим запасом времени и терпения.

3D-принтеры FDM любительского уровня стоят от 500 до 1500 долларов США, поставляются как в разобранном, так и в собранном виде, требуют меньше настроек, однако обладают теми же недостатками, что и самые дешевые 3D-принтеры. Более дорогие модели способны обеспечить значительные объемы печати и работают с большим числом различных материалов, помимо низкотемпературных, таких как PLA.

Стоимость профессиональных 3D-принтеров FDM начинается с 2500 долларов США, а крупноформатные профессиональные принтеры FDM доступны по цене от 4000 долларов США. Стоимость же самых современных промышленных принтеров FDM может превышать 10 000 долларов США. Большинство этих принтеров поставляется в коробке в собранном и откалиброванном виде, также их можно откалибровать автоматически. Принтеры этой категории обеспечивают лучшее качество печати, работу с более широким ассортиментом материалов, значительные объемы печати, повышенную надежность и простоту в использовании и обслуживании. Помимо этого, производители профессиональных 3D-принтеров предлагают клиентам услуги поддержки для поиска и устранения неисправностей.

Затраты на материалы для 3D-печати FDM варьируются от 50 до 150 долларов США за кг для большинства стандартных и инженерных нитей и от 100 до 200 долларов США за кг для вспомогательных материалов. Есть и более дешевые альтернативы, однако они менее качественные.

Плюс ко всему печать FDM может быть очень трудоемкой. Для успешной печати сложных моделей требуются поддерживающие структуры, которые необходимо удалять вручную или растворить в воде. Чтобы получить высококачественную поверхность и удалить линии слоев, необходима длительная ручная постобработка моделей, например шлифовка.

В 3D-принтерах с технологией SLA используется процесс фотополимеризации, то есть превращения жидких полимеров в затвердевший пластик с помощью лазера. SLA — один из самых популярных процессов среди профессионалов благодаря высокому разрешению, точности и универсальности материалов.

Модели, напечатанные на принтерах SLA, имеют самую высокую точность, самую четкую детализацию и самую гладкую поверхность, возможную среди всех технологий 3D-печати из пластиков. Но главное преимущество метода SLA — его универсальность. Полимеры SLA обладают широким спектром оптических, механических и термических свойств, которые соответствуют свойствам стандартных, инженерных и промышленных термопластиков.

Раньше технология SLA использовалась только в больших и сложных промышленных 3D-принтерах, стоимость которых превышала 200 000 долларов США, однако сейчас этот процесс стал намного доступнее. Благодаря принтеру Formlabs Form 3+ предприятия теперь могут использовать печать методом SLA промышленного качества всего за 3750 долларов США. С Form 3L стоимость крупноформатной печати методом SLA начинается всего с 11 000 долларов США.

Стереолитографические 3D-принтеры будут поставляться в коробке в собранном и откалиброванном виде. Это профессиональные инструменты, которые отличаются высокой надежностью и практически не требуют технического обслуживания. Также всегда доступна техническая поддержка. Она обеспечивает поиск и устранение неисправностей в критической ситуации (но ее вероятность крайне мала).

Большинство стандартных и инженерных полимеров для технологии SLA стоят от 149 до 200 долларов США за литр.

Принтеры SLA просты в использовании, и многие этапы рабочего процесса, например промывку и финальную полимеризацию, можно автоматизировать, чтобы сократить трудозатраты. Напечатанные модели имеют высококачественную поверхность сразу после печати и требуют лишь простой постобработки для удаления поддерживающих структур.

В 3D-принтерах с селективным лазерным спеканием (SLS) используется высокомощный лазер для спекания мелких частиц порошка полимера. Нераспыленный порошок поддерживает модель во время печати и исключает необходимость в специальных поддерживающих структурах. Благодаря этому технология SLS идеально подходит для изготовления деталей со сложной геометрией, в том числе с внутренними элементами, канавками, тонкими стенками и отрицательным уклоном. 

Модели, изготовленные с использованием SLS-печати, имеют превосходные механические характеристики — их прочность можно сравнить с прочностью деталей, отлитых под давлением. В результате технология SLS — самый популярный процесс 3D-печати из пластмасс для промышленных задач.

Как и SLA, технология SLS раньше была доступна только в крупноформатных сложных системах 3D-печати стоимостью от 200 000 долларов США. Используя стереолитографический принтер Formlabs Fuse 1, предприятия теперь могут решать задачи промышленного масштаба с помощью технологии SLS по цене от 18 500 долларов США. Полный комплект, который включает систему постобработки и восстановления порошка, стоит 31 845 долларов США.

Так же как и принтеры SLA, стереолитографические принтеры поставляются в коробке в собранном и откалиброванном виде. Они надежны и могут работать круглосуточно и без выходных. В стоимость пакета включены углубленное обучение и быстрая техническая поддержка.

Нейлоновые материалы для печати SLS стоят около 100 долларов США за кг. SLS не требует поддерживающих структур, и неиспользованный порошок можно применять повторно, что снижает затраты на материалы.

SLS — это наименее трудоемкий процесс 3D-печати с помощью пластмасс в производственных условиях, поскольку напечатанные модели сразу обладают высоким качеством, а чтобы удалить излишки порошка, их достаточно просто очистить.

Существует несколько процессов 3D-печати не только из пластмасс, но и из металлов. 

• Печать из металлов по технологии FDM

Принтеры, выполняющие печать из металлов по технологии FDM, устроены аналогично традиционным принтерам FDM, но в них используются экструдированные металлические стержни, удерживаемые связующим полимером. Готовые части модели спекаются в печи для удаления связующего вещества. 

• Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

Принтеры на базе технологий SLM и DMLS устроены аналогично принтерам с технологией SLS, однако вместо полимерных порошков они слой за слоем сплавляют частицы металлического порошка с помощью лазера. 3D-принтеры на базе технологий SLM и DMLS позволяют создавать прочные, точные и сложные металлические изделия, благодаря чему этот процесс идеально подходит для аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности.

Цены на 3D-принтеры для металла также начали снижаться — сегодня их стоимость варьируется от 100 000 до 1 миллиона долларов США. Тем не менее эти системы по-прежнему недоступны для большинства предприятий.

В качестве альтернативы для рабочих процессов литья, которые позволяют изготавливать металлические модели дешевле и быстрее по сравнению с традиционными методами и обеспечивают большую свободу проектирования, предлагается 3D-печать по технологии SLA.

Различные процессы 3D-печати из пластмасс и металла обладают уникальными качествами, которые делают их пригодными для разных применений. Ниже приведено сравнение разных технологий печати. 

При расчете себестоимости одной модели обычно учитывают стоимость владения оборудованием, расходы на материал и трудозатраты. Важно понимать факторы, влияющие на каждый из этих компонентов затрат, а также вопросы, которые нужно задать, чтобы оценить альтернативные методы производства и выявить скрытые расходы.

Стоимость владения оборудованием составляют фиксированные расходы: цена 3D-принтера, договоры на оказание услуг, установка и техническое обслуживание. Эти суммы необходимо оплачивать независимо от того, простаивает ли ваш принтер или производит десятки моделей в неделю.

Сложите все прогнозируемые фиксированные расходы на протяжении всего срока эксплуатации оборудования, а затем разделите их на количество моделей, которые планируете изготовить. Как правило, чем выше производительность и эффективность использования вашего 3D-принтера, тем ниже стоимость владения оборудованием на одну модель.

За последние годы настольные 3D-принтеры показали отличные результаты в снижении стоимости владения оборудованием. При цене в 10–100 раз ниже, чем у традиционных промышленных 3D-принтеров, и способности производить тысячи моделей в течение всего срока службы, стоимость владения оборудованием может оказаться незначительной.

Вопросы:

• Есть ли расходы на установку, обучение или дополнительные первоначальные расходы, помимо стоимости самой машины?

• Нужно ли заключать (обязательный) договор на обслуживание? Что в него входит?

• Какие аксессуары и инструменты необходимы для изготовления конечных моделей?

• Какое техническое обслуживание необходимо машине для ее нормального функционирования? Какова ожидаемая годовая стоимость обслуживания? Изменится ли она при увеличении объемов производства?

Первичные материалы для 3D-печати и расходные детали, необходимые для того, чтобы создать модели по доступной цене. Эти затраты в значительной степени зависят от количества производимых вами моделей.

При расчете затрат на материалы определите, сколько материала требуется на создание одной модели, и умножьте этот показатель на стоимость материала. Подсчитайте количество отходов и любых других расходных материалов. По мере роста производства стоимость владения оборудованием снижается, а затраты на материалы для 3D-печати, как правило, становятся более сбалансированными.

Обязательно уточните, какие материалы вам понадобятся для создания конкретных моделей, так как стоимость расходных деталей для 3D-печати может сильно разниться. Обратите внимание, что некоторые 3D-принтеры работают только со своими фирменными материалами и тем самым ограничивают ваши возможности использования сторонних материалов.

Вопросы:

• Какова стоимость каждого типа материалов для 3D-печати?

• Сколько материала требуется для создания одной конкретной модели, включая отходы?

• Какой срок годности у материалов?

• Нужны ли другие расходные детали для создания моделей?

• Может ли машина работать со сторонними материалами?

Хотя 3D-печать может заменить сложные традиционные методы производства и обеспечить существенную экономию времени, в зависимости от технологии 3D-печати, она все еще может быть довольно трудоемким процессом.

Профессиональные настольные 3D-принтеры, как правило, оптимизированы для удобства использования. Наборы DIY для 3D-принтеров и любительские принтеры часто требуют дополнительных усилий для настройки параметров, в то время как регулярное обслуживание или смена материалов на традиционных промышленных машинах может включать трудоемкие задачи, для решения которых требуется помощь квалифицированного оператора.

Рабочие процессы постобработки различаются в зависимости от процесса 3D-печати, но в большинстве случаев включают очистку моделей и удаление поддерживающих структур или излишков материала. Однако есть решения для автоматизации некоторых конкретных задач. Например, Formlabs Form Wash и Form Cure упрощают процесс промывки и финальной полимеризации для 3D-принтеров Formlabs SLA, а Fuse Sift предлагает готовую систему постобработки и восстановления порошка для принтера Fuse 1 SLS.

Более сложные процессы, такие как SLA и SLS, не требуют много времени для достижения высокого качества моделей, в то время как для моделей, напечатанных с помощью технологии FDM, необходима длительная ручная постобработка для улучшения качества и удаления линий слоев.

Вопросы:

• Каков весь рабочий процесс производства моделей? Какие конкретные шаги требуются для настройки печати, изменения материалов и постобработки моделей?

• Сколько времени необходимо для постобработки одной конкретной модели?

• Существуют ли какие-либо инструменты или устройства для автоматизации некоторых из этих задач?

Отдавать производственные заказы сторонним сервисным бюро или лабораториям следует в тех случаях, когда вы пользуетесь 3D-печатью лишь изредка или для изготовления крупных моделей из нестандартных материалов. Как правило, в бюро есть несколько собственных процессов 3D-печати, таких как SLA, SLS, FDM, а также 3D-принтеры для металла. Они также могут предоставить консультации по различным материалам и предложить дополнительные услуги, такие как проектирование или улучшенная отделка.

Главные недостатки привлечения сторонних организаций — высокая стоимость и длительность производства. Одно из главных преимуществ 3D-печати — ее скорость по сравнению с традиционными методами производства. Но она заметно снижается, если доставка модели, произведенной привлеченной организацией, занимает несколько дней или даже недель. А по мере роста спроса и производственных мощностей затраты на привлечение сторонних компаний быстро растут.

Настольные 3D-принтеры — отличное решение для быстрого производства моделей. В зависимости от количества нужных деталей и объема печати вложения в профессиональный 3D-принтер могут окупиться уже за несколько месяцев.

С настольными машинами и принтерами для мастерских вы можете платить за мощность, равную потребностям вашего бизнеса, и масштабировать производство, добавляя дополнительные устройства по мере роста спроса, без значительных вложений в крупноформатный 3D-принтер. Использование нескольких 3D-принтеров также позволяет одновременно печатать модели из разных материалов. А вот при возникновении потребности в производстве крупных деталей или использовании нестандартных материалов на помощь могут прийти сервисные бюро.

Затраты на инвестиции, материалы и рабочую силу подсчитать относительно легко. Но как насчет косвенных затрат и факторов, которые трудно подсчитать, но которые влияют на ваш бизнес? Давайте рассмотрим некоторые основные соображения при сравнении настольного 3D-принтера с привлечением сторонней компании или другими методами производства.

Экономия времени: что, если бы вы могли выводить продукты на рынок на несколько месяцев быстрее? Или сократить время доставки своей продукции на несколько дней или недель? 3D-печать упрощает традиционные рабочие процессы прототипирования и производства, помогая вам сэкономить время и опередить конкурентов.

Лучшие результаты: 3D-печать позволяет создавать больше итераций, быстрее преодолевать последствия неудач и изготавливать лучшие конечные продукты. Поиск и устранение неисправностей конструкции на раннем этапе также помогают избежать дорогостоящего перепроектирования и использования дополнительных инструментов.

Взаимодействие: наличие высококачественных прототипов и моделей позволяет эффективнее взаимодействовать с заказчиками, клиентами, поставщиками и другими заинтересованными сторонами. Возможность избежать недоразумений и дорогостоящих ошибок.

Защита интеллектуальной собственности: вы работаете с конфиденциальной информацией? Самостоятельное изготовление моделей означает, что вам не придется передавать интеллектуальную собственность (ИС) третьим лицам, что снижает риски утечки или кражи ИС.

Обычно расчет стоимости одной детали, срока изготовления и сравнение альтернатив, чтобы выяснить, подойдет ли решение для вашего бизнеса, — утомительная задача по созданию сложной электронной таблицы в попытке собрать всю — часто скрытую — информацию от производителя. 

Используйте наш простой интерактивный инструмент, чтобы рассчитать себестоимость одной модели и время подготовки заказа при печати на стереолитографическом 3D-принтере компании Formlabs и сравнить экономию времени и средств с другими производственными методами.