De voordelen van 3D printen

Inleiding

3D-printen maakt onderdelen door objecten laag voor laag op te bouwen. Deze methode biedt veel voordelen ten opzichte van traditionele fabricagetechnieken (bijvoorbeeld CNC-bewerking), de belangrijkste waarvan die van toepassing zijn op de industrie als geheel, worden in dit artikel behandeld.

Het is onwaarschijnlijk dat 3D-printen veel traditionele productiemethoden zal vervangen, maar er zijn veel toepassingen waarbij een 3D-printer in staat is om snel een ontwerp te leveren, met een hoge nauwkeurigheid van een functioneel materiaal.

Door de voordelen van 3D-printen te begrijpen, kunnen ontwerpers betere beslissingen nemen bij het selecteren van een productieproces en kunnen ze een optimaal product leveren.

Leer de basis van 3D-printen

Download onze 3D-printgids

Snelheid

Een van de belangrijkste voordelen van additieve fabricage is de snelheid waarmee onderdelen kunnen worden geproduceerd in vergelijking met traditionele productiemethoden. Complexe ontwerpen kan worden geüpload vanuit een CAD-model en binnen een paar uur worden afgedrukt. Het voordeel hiervan is de snelle verificatie en ontwikkeling van ontwerpideeën.

Waar het in het verleden dagen of zelfs weken duurde om een ​​prototype te ontvangen, plaatst additive manufacturing een model binnen een paar uur in handen van de ontwerper . Terwijl de meer industriële machines voor additieve fabricage meer tijd nodig hebben om een ​​onderdeel te printen en na te bewerken, biedt de mogelijkheid om functionele eindonderdelen te produceren bij lage tot middelgrote volumes een enorm tijdbesparend voordeel in vergelijking met traditionele productietechnieken (vaak de doorlooptijd op een spuitgietmatrijs alleen kan weken duren).

Eenstaps fabricage

Een van de grootste zorgen voor een ontwerper is hoe een onderdeel zo efficiënt mogelijk kan worden vervaardigd. De meeste onderdelen vereisen een groot aantal fabricagestappen om met traditionele technologieën te worden geproduceerd. De volgorde waarin deze stappen plaatsvinden is van invloed op de kwaliteit en maakbaarheid van het ontwerp.

Overweeg een op maat gemaakte stalen beugel die is gemaakt via traditionele productiemethoden:

Net als bij additive manufacturing begint het proces met een CAD-model. Zodra het ontwerp definitief is, begint de fabricage met het eerst op maat zagen van de stalen profielen. De profielen worden vervolgens op hun plaats geklemd en één voor één gelast om de beugel te vormen. Soms moet er een aangepaste mal worden gemaakt om ervoor te zorgen dat alle componenten correct zijn uitgelijnd. De lassen worden vervolgens gepolijst om een ​​goede oppervlakteafwerking te geven. Vervolgens worden gaten geboord zodat de beugel aan de muur kan worden gemonteerd. Ten slotte wordt de beugel gezandstraald, gegrond en geverfd om het uiterlijk te verbeteren.

Verbeter uw ontwerpvaardigheden voor 3D-printen

Ontvang een gratis poster met 3D-printontwerpregels

Additive manufacturing-machines voltooien een build in één stap, zonder interactie van de machineoperator tijdens de buildfase. Zodra het CAD-ontwerp klaar is, kan het in een paar uur naar de machine worden geüpload en in één stap worden afgedrukt.

De mogelijkheid om een ​​onderdeel in één stap te produceren, vermindert de afhankelijkheid van verschillende productieprocessen (bewerking, lassen, schilderen) aanzienlijk en geeft de ontwerper meer controle over het eindproduct.

Kosten

De fabricagekosten kunnen worden onderverdeeld in 3 categorieën; machineverrichtingskosten, materiaalkosten en arbeidskosten.

Bedieningskosten van de machine :


De meeste desktop 3D-printers gebruiken dezelfde hoeveelheid stroom als een laptop. Industriële additieve fabricagetechnologieën verbruiken veel energie om een ​​enkel onderdeel te produceren. Het vermogen om complexe geometrieën in één stap te produceren, resulteert echter in een hogere efficiëntie en doorlooptijd. De bedrijfskosten van machines leveren doorgaans de laagste bijdrage aan de totale fabricagekosten.

Materiaalkosten :


De materiaalkosten voor additive manufacturing variëren aanzienlijk per technologie. Desktop FDM-printers gebruiken filamentspoelen die ongeveer $ 25 per kg kosten, terwijl voor SLA-afdrukken hars nodig is dat ongeveer $ 150 per liter kost. Het scala aan materialen dat beschikbaar is voor additive manufacturing maakt het kwantificeren van een vergelijking met traditionele productie moeilijk. Nylonpoeder dat in SLS wordt gebruikt, kost ongeveer $ 70 per kg, terwijl vergelijkbare nylonpellets die bij spuitgieten worden gebruikt, kunnen worden gekocht voor slechts $ 2 - $ 5 per kg. Materiaalkosten leveren de grootste bijdrage aan de kosten van een onderdeel dat via additieve fabricage is gemaakt.

Arbeidskosten :


Een van de belangrijkste voordelen van 3D-printen zijn de lage arbeidskosten. Afgezien van de nabewerking, hoeft bij de meeste 3D-printers alleen een operator op een knop te drukken. De machine volgt vervolgens een volledig geautomatiseerd proces om het onderdeel te produceren. Vergeleken met traditionele productie, waar doorgaans hoogopgeleide machinisten en operators nodig zijn, zijn de arbeidskosten voor een 3D-printer bijna nul.

Additieve productie bij lage volumes is zeer concurrerend geprijsd in vergelijking met traditionele productie. Voor de productie van prototypes die vorm en pasvorm verifiëren, is het aanzienlijk goedkoper dan andere alternatieve productiemethoden (bijv. spuitgieten) en is het vaak concurrerend voor het vervaardigen van eenmalige functionele onderdelen. Traditionele productietechnieken worden kosteneffectiever naarmate het volume toeneemt en de hoge installatiekosten worden gerechtvaardigd door de grote productievolumes.

Benieuwd naar de kosten van 3D printen? Ontvang direct een offerte

3D print in plastic3D print in metaal

Risicobeperking

Het bestellen van een defect prototype kost de ontwerper tijd en geld. Zelfs kleine veranderingen in een matrijs of fabricagemethode kunnen een grote financiële impact hebben.

Als u een ontwerp kunt verifiëren door een productieklaar prototype af te drukken voordat u investeert in dure productieapparatuur (bijv. matrijzen of gereedschappen en mallen), wordt het risico tijdens het prototypingproces geëlimineerd. Dit helpt bij het opbouwen van vertrouwen in iemands ontwerp voordat de grote investeringen worden gedaan die nodig zijn voor het massaproductieniveau.

Complexiteit en ontwerpvrijheid

De beperkingen die traditionele fabricage oplegt aan wat kan worden gemaakt, zijn over het algemeen niet relevant voor additieve fabricage. Omdat componenten laag voor laag worden geconstrueerd, zijn ontwerpvereisten zoals diepgangshoeken, ondersnijdingen en gereedschapstoegang niet van toepassing bij het ontwerpen van onderdelen die moeten worden 3D-geprint

Hoewel er enkele beperkingen zijn aan de minimale afmetingen die nauwkeurig kunnen worden afgedrukt, zijn de meeste beperkingen van additieve productie gericht op het optimaal oriënteren van een afdruk om de ondersteuningsafhankelijkheid en de kans op afdrukfouten te verminderen. Dit geeft ontwerpers een grote hoeveelheid ontwerpvrijheid en maakt het gemakkelijk om zeer complexe geometrieën te creëren.

Aanpassing

3D-printen biedt niet alleen meer ontwerpvrijheid, maar maakt ook volledige aanpassing van ontwerpen mogelijk. Aangezien de huidige additieve fabricagetechnologieën uitblinken in het één voor één bouwen van afzonderlijke onderdelen, zijn ze perfect geschikt voor eenmalige productie.

Dit concept is omarmd door de medische en tandheelkundige industrie voor de vervaardiging van op maat gemaakte prothesen, implantaten en tandheelkundige hulpmiddelen. Van hoogwaardige sportuitrusting die perfect is afgestemd op een atleet tot op maat gemaakte zonnebrillen en modeaccessoires, additieve fabricage maakt een kosteneffectieve productie van op maat gemaakte onderdelen in één keer mogelijk.

Een diepgaand inzicht krijgen in de huidige staat van de 3D-printmarkt

Download het 3D-printtrendrapport 2020

Toegankelijkheid

Hoewel additieve productie al meer dan 30 jaar bestaat, vond de meeste groei plaats sinds 2010. Dit moet ertoe leiden dat een groot aantal 3D-printers de industrie betreedt, waardoor het voor ontwerpers aanzienlijk gemakkelijker wordt om toegang te krijgen tot technologie voor additieve productie.

Alleen al in 2015 werden wereldwijd meer dan 278.000 additive manufacturing-printers met een waarde van minder dan $ 5000 verkocht. Het aantal verkochte printers is sindsdien constant verdubbeld. Wat oorspronkelijk een nichetechnologie was die alleen toegankelijk was voor een klein segment van de maakindustrie, is nu direct beschikbaar en een kostenconcurrerende methode voor de productie van onderdelen die wordt gebruikt door een groot aantal industrieën.

Duurzaamheid

Subtractieve fabricagemethoden, zoals CNC-frezen of draaien, verwijderen een aanzienlijke hoeveelheid materiaal uit een eerste blok, wat resulteert in grote hoeveelheden afvalmateriaal.

Additieve fabricagemethoden gebruiken over het algemeen alleen het materiaal dat nodig is om een ​​onderdeel te bouwen. De meeste processen gebruiken grondstoffen die kunnen worden gerecycled en hergebruikt in meer dan één build. Als gevolg hiervan produceert het additieve fabricageproces zeer weinig afval.

De toename van het aantal additive manufacturing-machines in de wereld heeft ook invloed gehad op de afstand die prototypes worden verzonden:

Omdat tafelmodel 3D-printers een relatief kleine leercurve hebben om succesvol te werken, hoeven ontwerpen niet naar een expert te worden gestuurd om te worden vervaardigd. Bovendien is de voetafdruk van een industrieel additief productiesysteem veel kleiner dan de voetafdruk van een traditionele productielocatie.

Om deze reden worden over de hele wereld professionele 3D-printdiensten gecreëerd, zelfs op locaties waar de grondkosten hoog zijn (bijvoorbeeld in Londen of New York). De vermindering van de scheepvaarteisen heeft een positieve impact op het milieu. Dit, in combinatie met de mogelijkheid om reserveonderdelen ter plaatse te printen en te produceren, resulteert in een veel kleinere ecologische voetafdruk voor de meeste onderdelen die via additieve productie worden geproduceerd.

Meer weten over 3D printen?

Ontvang een voorbeeld van het 3D-printhandboek