5 gängige Mythen über Metal-3D-Druck-Kosten – widerlegt

Bei Stratasys Direct Manufacturing fragen unsere Projektingenieure oft: Was beeinflusst die Kosten von 3D-gedruckten Metallaufträgen? Teilgröße und Geometrie verständlicherweise den Preis, aber es gibt weitere Details, die die Kosten von 3D-Druckservices verändern können. Manchmal gibt es Missverständnisse über die metallische additive Fertigung (AM), die Designer und Ingenieure von der Technologie abhalten können.

Wir haben fünf Missverständnisse darüber aufgeschlüsselt, was die Preisgestaltung additiver Metallteile beeinflusst, und worauf Sie sich konzentrieren sollten, um kosteneffiziente Teile zu erhalten.

1. Design für den AM-Prozess (Design for Additive Manufacturing – DFAM)

Die Teilegeometrie ist häufig der größte Kostenfaktor in einem 3D-Druckprojekt. Das Design bestimmt Größe, Komplexität und die benötigte Materialmenge. Die ingenieurtechnische Praxis „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 Fertigungsrestriktionen sind komplexe Designs mit AM kosteneffizienter.

Zusätzlich beeinflusst die Geometrie eines 3D-gedruckten Teils die Anzahl der benötigten Stützstrukturen, und die Menge des Stützmaterials wirkt sich auf den Preis aus. Designs mit selbsttragenden Winkeln (usually um 45 Grad oder mehr) benötigen weniger Stützmaterial und können sowohl Materialkosten als auch Bauzeit reduzieren. Je mehr Stützen, desto höher der Teilepreis.

Die Teileorientierung spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle bei der Anzahl der benötigten Stützen. Eine Neupositionierung kann die für Stützen benötigte Materialmenge drastisch reduzieren und damit Kosten senken. Die optimale Orientierung zu bestimmen, ist ein Balanceakt zwischen Kosten und Teilintegrität; beispielsweise kann horizontales Bauen auf der XY-Ebene zwar Kosten sparen, aber zu Verlust von Merkmalsdefinition, eingeschlossenen Stützen und im schlimmsten Fall zu einem unbrauchbaren Teil führen, das aus der Toleranz verzogen ist.

Beim Design für AM beachten Sie:

• Design für Funktion mit 3D-Druck statt Sorge um Werkzeugrestriktionen
• Komplexität ist nicht der Kostentreiber im additiven Prozess
• Optimieren Sie Ihr Design mit selbsttragenden Winkeln (meist ≥ 45°)
• Nutzen Sie Tropfenform (Teardrop) für interne Kanäle, um Stützen zu vermeiden
• Design für Leistung und Teilekonsolidierung, um die Anzahl der Montagekomponenten zu reduzieren

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

2. Wahl Ihrer Metalllegierung

Ein weiterer großer Kostenfaktor ist das gewählte AM-Metallmaterial. Von gussgeeignetem Aluminium bis zu mechanisch fortschrittlichen Metallen wie Nickel-Legierung 718 gibt es eine Reihe von Materialien für verschiedene Anwendungsanforderungen. Viele Metalle kosten mehr aufgrund ihrer Leistungseigenschaften wie chemische Beständigkeit, Biokompatibilität und Flüssigsauerstoff-Verträglichkeit.

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

3. Volumen und Kosten in Balance bringen

Wenn Ihr Projekt geringere Stückzahlen erfordert (typischerweise 1 – 1.000), ist 3D-Druck eine gute Fertigungsoption. Er wird noch besser, wenn jedes Teil des Projekts individuell angepasst ist. Ein hoher Mix an Teilen durch Serialisierung oder andere Unterscheidungen ist ohne traditionelle Fertigungsrestriktionen kosteneffizienter herzustellen. Die Entwicklung von Werkzeugen oder Formen für ein Kleinvolumenprojekt mit Individualisierung wäre extrem teuer.

Beispiel: Dr. Dana Piasecki und sein kleines Unternehmen DanaMed™ entwickelten ein einzigartiges chirurgisches Gerät namens Pathfinder™ ACL Guide. Das Werkzeug ist spezifisch geformt, um die Anatomie eines Knies mit sechs separaten Versionen für die Patientenknöchelgröße und Rechts/Links-Unterschiede zu matchen. DanaMed fertigte die Teile mit DMLM in Nickel-Legierung 718 und fand 3D-Druck etwa 97 % günstiger pro Teil im Vergleich zum Präzisionsguss der gewünschten Stückzahl.

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4. Sekundäroperationen und Nachbearbeitung

Kritisch für die Produktion additiver Metallteile sind die Nachbearbeitungsprozesse, die zur Erfüllung der Kundenspezifikationen eingesetzt werden. Mit der Entwicklung neuer Anwendungen und Materialien für additive Metalle haben sich auch die Nachbearbeitungsfähigkeiten erweitert, um gewünschte Oberflächen und kritische Komponentenmerkmale zu bedienen. Manche Kunden befürchten, dass 3D-gedruckte Metallteile schwach seien und viele Sekundäroperationen zur Verstärkung bräuchten. Generell erzielen DMLM-Teile jedoch hervorragende Ergebnisse mit mechanischen Eigenschaften über Gussqualität und nahe an Schmiedeeigenschaften.

Stratasys Direct bietet Wärmebehandlungen, Zerspanung, Glühen sowie Basis-Strahlveredelung oder maschinelle Nachbearbeitung vom As-Built-Zustand (250–350 µin RA) bis hin zu Spiegelglanz oder anderen spezifizierten Oberflächen. Diese Operationen könnten nötig sein, wenn Ihre Teile höhere Anforderungen haben, aber einige Prototypen oder nicht-strukturelle/nicht-lasttragende Komponenten benötigen möglicherweise keine Nachbearbeitung. Am besten prüfen Sie, ob Nachbearbeitung notwendig ist oder ob Sie ein As-Built-Teil nutzen können, um Gesamtkosten zu sparen.

Mehr über verfügbare Nachbearbeitung für DMLM-Teile erfahren »

5. Inspektion und Qualitätssicherung

Additiv gefertigte Teile können in einem Unternehmen, das AM in die Produktentwicklung integriert, stark unter die Lupe genommen werden. Um interne Bedenken zu beruhigen, entscheiden sich Designer und Ingenieure manchmal für mehr Inspektionen und Qualifizierungen als nötig. 100-Prozent-Prüfung mag nötig sein, aber oft können statistische Stichproben und kritische Faktoren für Ihre Inspektion Kosten im QC-Bereich reduzieren.

Inspektion und Qualifizierung können kostspielige Operationen sein, besonders da sie die Lieferzeit des Projekts verlängern. Wir empfehlen jedem Kunden zu evaluieren, welche Inspektionsoperationen für die Anwendung nötig sind. Während manche Qualitätsprüfungen je nach Branche und Anwendungsanforderungen erforderlich sein können, sind nicht alle Inspektionen für kleinere, funktionale Prototypen nötig.

Wenn Sie bereit sind, Ihr DMLM-Projekt zu starten, behalten Sie diese fünf Punkte im Hinterkopf und konsultieren Sie einen Projektingenieur, um die beste Balance zwischen Teileleistung und Kosten zu gewährleisten.