大幅面 3D 打印机是 3D 打印市场中增长最快的领域之一。就在几年前,约 10 万美元的起售价可能让有些人认为大幅面 3D 打印机遥不可及,但事实是,如今的大幅面 3D 打印选项已变得更为经济实惠。
目前市面上已有三种不同的 3D 打印工艺,其价格从 5000 美元到不到 2 万美元不等。考虑到外包大型制作部件和原型的高昂成本,这意味着投资一台大型 3D 打印机可以在数个月内获得正向投资回报。
随着大幅面 3D 打印机的选择不断增加,企业将如何选择合适的打印机?
这份购买指南将为您介绍如何选择适合任何价位和应用的最佳大幅面 3D 打印机。
什么是大幅面 3D 打印机?
从本质上讲,如今的大幅面 3D 打印意味着成型体积大于常见的桌面级 3D 打印机(15-20 立方厘米)。
目前大多数大型 3D 打印机的最佳尺寸是其中之一约 30cm,其余两个尺寸约 15-30cm。这些价格实惠的立式大幅面 3D 打印机可以为消费品、医疗保健、制造等应用打造全尺寸原型、模型和生产部件。
市面上也有很多远超上述尺寸的 3D 打印机(即能够打印 50-100cm 的部件),但这通常仅限于工业 3D 打印机,这些打印机价格昂贵、操作复杂且设备要求极为严格。
大幅面 3D 打印机的类型
目前价格经济实惠的三种大幅面 3D 打印工艺为:熔融沉积成型 (FDM)、立体光刻 (SLA) 和选择性激光烧结 (SLS)。以下是每种技术的详细介绍。
熔融沉积成型 (FDM)
熔融沉积成型 (FDM) 又称熔丝制造 (FFF),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。
中档大幅面 FDM 打印机的起售价为 4000 美元,通常可以打印 30 × 25 × 30cm 大小的物体,而可以打印 60cm 高部件的大型系统的起售价约为 6000 美元。
FDM 的优点
FDM 使用一系列标准的热塑性塑料,如 ABS、PLA 及其各种混合材料。该技术非常适用于基本的概念验证模型,以及低成本的简单部件原型制造,例如通常来说需要加工的部件。
FDM 的缺点
与 SLA 或 SLS 相比,FDM 的分辨率和精度都要更低,不是打印复杂设计或具有精细特征的部件的最佳选择。更高质量的饰面需要劳动密集型和冗长的化学和机械抛光过程。一些大幅面 FDM 3D 打印机使用可溶性支撑来缓解其中一些问题,并提供更丰富的工程热塑性塑料,但其价格也很高。在打印大型部件时,FDM 打印速度也往往低于 SLA 或 SLS。
大幅面打印的重要性
想了解更多关于 Form 3L 和 Form 3BL 生态圈的信息?以及它们与其他创建大型打印件的方法相比有何不同?
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)。
立体光刻 (SLA)
立体光刻 (SLA) 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。
虽然在过去,SLA 只能应用于成本超过 20 万美元的小型桌面级打印机或大型工业打印机中,但利用 Formlabs 的 Form 3L 打印机,企业现在只需花费 1.1 万美元就可以获得工业质量的 SLA 技术,同时提供 30 × 33.5 × 20cm 的大型成型体积。
SLA 的优点
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分辨率和精度、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 树脂配方具有广泛的光学、机械和热性能,可匹配标准、工程和工业热塑性塑料。
对于要求严格公差和光滑表面,同时具有高精细度的大尺寸原型(如模具、工具、模型、医学模型和功能性部件)来说,SLA 是理想的选择。SLA 不仅提供具有最高热变形温度 (238°C) 的材料,因此是某些工程和制造应用的理想选择;还涵盖各种生物相容性材料,非常适合牙科和医疗应用。在 Form 3L 中使用 Draft Resin 进行 3D 打印,能以最快速度打印大型部件(比 FDM 快 10 倍)。
SLA 的缺点
虽然 SLA 具有多功能性,但其售价也较为昂贵。SLA 树脂部件在打印后也需要进行后处理,包括清洗部件和后固化。
以下是一些使用 Form 3L 制造的大型 3D 打印部件示例:
如何进行大尺寸 3D 打印件的设计、打印和后处理
Formlabs 3D 模型经理 Evan Fisher 将概要介绍大尺寸部件的 CAD 设计和 PreForm 打印技巧,并展示如何使用 Form Wash L 和 Form Cure L 进行后处理。
选择性激光烧结 (SLS)
选择性激光烧结 (SLS) 打印机使用高功率激光来熔合小颗粒的聚合物粉末。未熔融的粉末在打印过程中支撑部件,无需专用支撑结构,使 SLS 成为复杂机械部件尤其有效的选择。
SLS 能够生产具有出色机械性能的部件,是工业应用中最常见的增材制造技术。
与 SLA 一样,SLS 过去仅限于工业机器中,这些设备的起售价约为 20 万美元。借助 Formlabs 的 Fuse 1 SLS 打印机,企业现在可以使用起售价为 18500 美元的工业级 SLS 技术,同时成型体积为 30 × 16.5 × 16.5cm。
SLS 的优势
由于 SLS 打印不需要专用的支撑结构,因此非常适合复杂的几何形状,包括内部特征、底切、薄壁和凹入特征。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。
SLS 最常见的材料是尼龙,这是一种热门工程热塑性塑料,具有出色的机械性能。尼龙重量轻、强度高、柔韧性好,而且耐冲击、耐化学腐蚀、耐高温、抗紫外线、防水、防尘。
由于单件成本低、产率高且材料成熟,SLS 成为工程师进行功能性原型制造时的热门选择,也是有限生产或过渡生产中注射成型的一种经济高效的替代方案。
SLS 的缺点
SLS 是三种技术中入门价格最高的一种。虽然尼龙是一种全能型材料,但 SLS 的材料选择比 FDM 和 SLA 更有限。打印完成后的部件表面略显粗糙,需要进行介质喷砂处理才能获得光滑的光洁度。
大幅面 FDM、SLA 和 SLS 打印对比
大幅面 3D 打印技术不可交替使用,这些技术都有不同的优点和缺点,因此适用于不同的应用。
熔融沉积成型 (FDM) | 立体光刻 (SLA) | 选择性激光烧结 (SLS) | |
---|---|---|---|
分辨率 | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
精度 | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
表面光洁度 | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
产量 | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
设计复杂度 | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
易用性 | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
成型体积 | 不小于 30 × 25 × 30cm | 30 × 33.5 × 20cm | 32 × 16.5 × 16.5cm |
价格范围 | 起售价 4000 美元 | 起售价 11000 美元 | 起售价 18500 美元 |
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)。 | 工程热塑性材料,通常为尼龙及其复合材料。 |
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、短期制造或过渡制造。 |
缺点 | 分辨率和精度最低;不适合复杂设计或具有精细特征的部件。打印速度在大幅面 3D 打印形式中最慢。 | 部件需要在打印后进行后处理。 | 材料选择有限,部件需要进行介质喷砂处理以获得光滑的表面光洁度。 |
大幅面 3D 打印:外包与内部生产
一台大幅面 3D 打印机代表着不菲的初始投资,但它通常可以比小型机器更快地实现资金回笼。
若您的企业只是偶尔需要 3D 打印,建议将生产外包给服务机构。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。与传统制造方式相比,3D 打印技术最大的好处之一就是速度快,当外包生产的部件需要一周甚至数周才能交付时,使用 3D 打印技术会大幅提升速度。
外包生产大型 3D 打印部件通常也非常昂贵。根据部件数量和打印量,投资一台大幅面 3D 打印机可以在短短几个月内实现收支平衡。
例如,攀岩和滑雪装备制造商 Black Diamond 在他们的机组中添加了大幅面 Form 3L SLA 打印机,以便在内部创建全尺寸原型。
“使用 Form 3L 后,全尺寸原型的成本从每件 425 美元降至每件 70 美元,如此一来,我们仅三个月就收回了购置打印机的成本,”Black Diamond 研发技术人员 Matt Tetzl 表示。
外包 | 内部 | |
---|---|---|
时间 | 7 天 | 3 天 |
成本 | ~ 425 美元 | ~ 70 美元 |
利用大尺寸 3D 打印的力量
最新一代的大幅面 3D 打印机不仅经济实惠,还提高了大型原型和部件的制造速度,为几乎所有公司打开了使用 3D 打印改善产品开发和生产的大门。
随着第一款大幅面 SLA 和 SLS 3D 打印机(Form 3L 和 Fuse 1)的推出,Formlabs 致力于提供革命性的专业 3D 打印技术。如果您准备在业务中利用 3D 打印,请根据您的需求找到合适的 Formlabs 3D 打印机。