5 Missverständnisse über die Kosten des 3D-Metalldrucks

Bei Stratasys Direct Manufacturing erhalten unsere Projektingenieure oft die Frage:Was beeinflusst die Kosten von 3D-gedruckten Metallbestellungen? Die Teilegröße und -geometrie wirken sich verständlicherweise auf den Preis aus, aber es gibt noch andere Details, die die Kosten für 3D-Druckdienste verändern können. Manchmal gibt es Missverständnisse über die additive Metallfertigung (AM), die Designer und Ingenieure davon abhalten können, diese Technologie weiterzuverfolgen.

Wir haben fünf Missverständnisse darüber aufgeklärt, was sich auf die Preisgestaltung von additiven Metallteilen auswirkt und worauf man sich konzentrieren sollte, um kostengünstige Teile zu gewährleisten.

1. Entwerfen für den AM-Prozess

Die Teilegeometrie ist häufig der größte Kostenfaktor in einem 3D-Druckprojekt. Das Design bestimmt Größe, Komplexität und die Menge an Material, die für das Teil benötigt wird. Die Engineering Practice Design for Additive Manufacturing (DFAM) wird von Ingenieuren genutzt, um Produkte für die Fertigung mit AM-Technologie zu vereinfachen und zu optimieren. Ohne die traditionellen und herstellungsbedingten Einschränkungen sind komplexe Konstruktionen mit AM kostengünstiger.

Darüber hinaus beeinflusst die Geometrie eines 3D-gedruckten Teils die Anzahl der benötigten Stützen, und die Menge an Stützmaterial, die zur Herstellung Ihres Designs verwendet wird, wirkt sich auf den Preis aus. Designs mit selbsttragenden Winkeln (normalerweise etwa 45 Grad oder mehr) verbrauchen weniger Stützmaterial und können dazu beitragen, sowohl die Materialkosten als auch die Bauzeit zu reduzieren. Je mehr Stützen, desto höher der Preis eines Teils.

Die Teileorientierung spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Anzahl der benötigten Stützen. Eine Neuausrichtung kann die Menge an Material, die für die Stützen benötigt wird, drastisch reduzieren und somit die Kosten senken. Die Bestimmung der optimalen Ausrichtung ist ein Gleichgewicht zwischen Kosten und der Integrität eines Teils; zum Beispiel könnte das horizontale Bauen auf der XY-Ebene, um Kosten zu sparen, zu einem Verlust der Merkmalsdefinition, eingeschlossenen Stützen und noch schlimmerem führen; ein unbrauchbares Teil, weil es sich außerhalb der Toleranz verzogen hat.

Denken Sie beim Entwerfen für AM an Folgendes:

• Design für Funktion mit 3D-Druck, anstatt sich Gedanken über Werkzeugbeschränkungen zu machen
• Komplexität ist nicht der Kostentreiber im additiven Verfahren
• Optimieren Sie Ihr Design mit selbsttragenden Winkeln (normalerweise um 45 Grad oder mehr)
• Verwenden Sie eine Tropfenform für interne Durchgänge, um Stützen zu vermeiden
• Design für Leistung und Teilekonsolidierung, um die Anzahl der für die Konstruktion erforderlichen Montagekomponenten zu verringern

Erfahren Sie mehr über DFAM, indem Sie unseren Designleitfaden für DMLM herunterladen »

2. Auswahl Ihres Metalllegierungsmaterials

Ein weiterer großer Kostenfaktor ist, welches AM-Metallmaterial Sie für Ihr Projekt wählen. Von Aluminium in Gussqualität bis hin zu mechanisch fortschrittlichen Metallen wie Nickellegierung 718 gibt es eine Reihe von Materialien, um eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Viele Metalle sind aufgrund ihrer Leistungseigenschaften wie chemische Beständigkeit, Biokompatibilität und Kompatibilität mit flüssigem Sauerstoff teurer.

Es mag verlockend sein, eine Superlegierung oder ein hochfestes Metall zu wählen, aber wenn Ihre Anwendung nur für Pass- oder Funktionstests benötigt wird oder das Teil nur für einen einzigen Vorgang verwendet wird, sollten Sie kostengünstigere Materialien in Betracht ziehen. Zusatzmetalle wie Edelstahl 316L und Aluminium AlSi10Mg eignen sich perfekt für kostengünstigere Prototypen und bieten dennoch gute thermische Eigenschaften und Festigkeit.

3. Volumen mit Kosten ausgleichen

Wenn Ihr Projekt geringere Stückzahlen erfordert (typischerweise 1–1.000), ist der 3D-Druck eine gute Fertigungsoption. Es passt noch besser, wenn jeder Teil des Projekts individuell angepasst wird. Eine hohe Mischung von Teilen aufgrund von Serialisierung oder anderen Unterscheidungen ist kostengünstiger in der Herstellung ohne herkömmliche Fertigungsbeschränkungen. Die Entwicklung von Werkzeugen oder Mustern für ein Projekt mit geringem Volumen und Anpassung wäre sehr teuer.

Zum Beispiel haben Dr. Dana Piasecki und seine kleine Firma DanaMed™ ein einzigartiges chirurgisches Gerät namens Pathfinder™ ACL Guide entwickelt. Das Werkzeug ist speziell geformt, um der Anatomie eines Knies zu entsprechen, mit sechs separaten Versionen, um der Größe des Knies eines Patienten und den Unterschieden zwischen rechtem und linkem Knie Rechnung zu tragen. DanaMed stellte die Teile mit DMLM in Nickellegierung 718 her und stellte fest, dass der 3D-Druck im Vergleich zum Feinguss der gewünschten Werkzeugmenge etwa 97 % günstiger pro Teil ist.

Lesen Sie mehr über Pathfinder von DanaMed »

4. Sekundäre Operationen und Nachbearbeitung

Entscheidend für die Produktion von additiven Metallteilen sind die Nachbearbeitungen, die zur Erfüllung der Kundenspezifikationen eingesetzt werden. Mit der Entwicklung neuer Anwendungen und Materialien für additive Metalle wurden auch die Nachbearbeitungsmöglichkeiten erweitert, um die gewünschten Oberflächen und kritischen Komponentenmerkmale zu bedienen. Einige Kunden sind besorgt, dass 3D-gedruckte Metallteile schwach sind und viele sekundäre Operationen zur Verstärkung erfordern. Aber im Allgemeinen erzielen DMLM-Teile hervorragende Ergebnisse mit mechanischen Eigenschaften, die über denen von Komponenten in Gussqualität liegen, und mit geschmiedeten Eigenschaften.

Stratasys Direct bietet Wärmebehandlungen, maschinelle Bearbeitung, Glühen sowie grundlegendes Strahlen oder maschinelles Finishing vom Bestand (250–350 μin RA) bis hin zu einer Hochglanzpolitur oder einem anderen spezifizierten Finish. Diese Vorgänge können erforderlich sein, wenn Ihre Teile höhere Anforderungen haben, aber einige Prototypen oder nicht strukturelle/tragende Komponenten erfordern möglicherweise keine sekundären Prozesse. Greifen Sie am besten zu, wenn eine Nachbearbeitung erforderlich ist oder Sie ein Bestandsteil verwenden können, um Gesamtkosten zu sparen.

Erfahren Sie mehr über die verfügbare Nachbearbeitung für DMLM-Teile »

5. Inspektions- und Qualitätssicherungsvorgänge

Additiv gefertigte Teile können in einem Unternehmen, das damit beginnt, AM in seine Produktentwicklung zu integrieren, genau unter die Lupe genommen werden. Um interne Bedenken auszuräumen, entscheiden sich Konstrukteure und Ingenieure möglicherweise für mehr Inspektionen und Qualifizierungen als nötig. Eine 100-Prozent-Inspektion kann erforderlich sein, aber oft kann die Nutzung statistischer Stichproben und kritischer Faktoren für Ihre Inspektion die mit QC-Funktionen verbundenen Kosten verringern.

Inspektion und Qualifizierung können kostspielige Vorgänge sein, zumal sie die Vorlaufzeit des Projekts verlängern. Wir empfehlen jedem Kunden zu prüfen, welche Art von Inspektionsvorgängen Sie für Ihre Anwendung benötigen. Während einige Qualitätsprüfungen je nach Branchen- und Anwendungsanforderungen erforderlich sein können, sind bei kleineren, funktionalen Prototypen möglicherweise nicht alle Prüfungen erforderlich.

Wenn Sie bereit sind, Ihr DMLM-Projekt zu starten, denken Sie an diese fünf Dinge und wenden Sie sich an einen Projektingenieur, um das beste Gleichgewicht zwischen Teileleistung und Kosten sicherzustellen.