3D 打印通过一次构建一个图层来创建零件。与传统制造技术(例如 CNC 加工)相比,此方法具有许多优点,其中最重要的适用于整个行业的技术在本文中介绍。

3D 打印不太可能取代许多传统的制造方法,但有许多应用,其中 3D 打印机能够快速交付设计,从功能材料获得高精度。

了解 3D 打印的优点,使设计人员在选择制造工艺时做出更好的决策,并使他们能够提供最佳产品。

速度

添加剂制造的主要优点之一是与传统制造方法相比可以生产零件的速度。复杂的设计可以从CAD模型上传，并在几个小时内打印出来。这样做的好处是可以快速验证和开发设计思路。

在过去，可能需要数天甚至数周才能获得原型，增材制造会在几小时内将设计模型交给设计师。虽然更多的工业增材制造机器需要更长的时间来印刷和后处理零件，但与传统制造技术相比，能够以低到中等体积生产功能性端部件的能力提供了巨大的节省时间的优势（通常是在单独的注塑模具可以是几周）。

定制功能支架3D打印SLS尼龙

高效制造

设计师最关心的问题之一是如何尽可能高效地制造零件。大多数零件需要通过传统技术生产大量制造步骤。这些步骤发生的顺序会影响设计的质量和可制造性。

考虑通过传统制造方法制造的定制钢支架：

与增材制造类似，该过程从CAD模型开始。一旦设计完成，制造开始时首先将钢型材切割成尺寸。然后将型材夹紧就位并一次焊接一个以形成支架。有时需要组装自定义夹具以确保所有组件都正确对齐。然后对焊缝进行抛光，以获得良好的表面光洁度。钻出下一个孔，使支架可以安装在墙上。最后，对支架进行喷砂，涂底漆和涂漆以改善其外观。  

增材制造机器一步完成构建，在构建阶段没有机器操作员的交互。CAD设计完成后，可以将其上传到机器并在几个小时内一步打印。

一步生产零件的能力大大降低了对不同制造工艺（加工，焊接，涂装）的依赖性，并使设计人员能够更好地控制最终产品。

3D打印过程（红色）与传统制造过程（黑色）相比。

成本

制造成本可分为3类; 机器运行成本，材料成本和人工成本。

机器操作成本：大多数台式3D打印机使用与笔记本电脑相同的电量。工业增材制造技术消耗大量能量来生产单个部件。但是，在一个步骤中生成复杂几何形状的能力可以提高效率和周转时间。机器操作成本通常是总制造成本的最低贡献者。

材料成本：增材制造的材料成本因技术而异。台式FDM打印机使用的灯丝线圈价格约为每公斤25美元，而SLA印刷则需要每升约150美元的树脂。可用于增材制造的材料范围使得量化与传统制造的比较变得困难。SLS中使用的尼龙粉每公斤售价约为70美元，而注塑成型中使用的尼龙颗粒可以每公斤2至5美元的价格购买。材料成本是通过增材制造制造零件成本的最大因素。

人工成本： 3D打印的主要优势之一是劳动力成本低。除了后处理，大多数3D打印机只需要操作员按下按钮。然后，机器遵循完全自动化的过程来生产零件。与通常需要高技能机械师和操作员的传统制造相比，3D打印机的劳动力成本几乎为零。

与传统制造相比，低产量的增材制造具有极具竞争力的成本。对于生产验证形状和配合的原型，它比其他替代制造方法（例如注塑成型）便宜得多，并且通常对于制造一次性功能部件具有竞争力。随着产量的增加，传统制造技术变得更具成本效益，并且大量生产证明了高昂的设置成本。

风险缓解

订购错误的原型会花费设计师的时间和金钱。即使模具或制造方法中的微小变化也可能产生巨大的财务影响。

能够在投资昂贵的制造设备（例如模具或工具和夹具）之前通过印刷生产就绪的原型来验证设计，消除了原型制作过程中的风险。这有助于在进行大规模生产所需的大量投资之前建立对一个人设计的信心。

复杂性和设计自由度

传统制造对可以制造的东西施加的限制通常与增材制造无关。由于组件一次构造一层，因此在设计要打印的零件时，设计要求（例如拔模角度，底切和工具访问）不适用

尽管可以精确打印的最小尺寸特征存在一些限制，但增材制造的大多数限制都围绕如何最佳地定向打印以减少支撑依赖性和打印失败的可能性。这为设计人员提供了大量的设计自由度，并且可以轻松创建非常复杂的几何形状。

某些3d打印技术可以轻松制作复杂而复杂的设计。

可定制

3D打印不仅可以实现更多的设计自由，还可以完全自定义设计。由于目前的增材制造技术在一次制造单个零件方面表现优异，因此非常适合一次性生产。

这一概念已被医疗和牙科行业所接受，用于制造定制假肢，植入物和牙科辅助设备。从专为运动员完美定制的高级运动装备到定制太阳镜和时尚配饰，增材制造可以实现经济高效的单一生产定制零件。

由Print +设计的可定制3D打印耳机

四通八达的交通网络

虽然增材制造已经存在了30多年，但大部分增长都发生在2010年以来。这必然导致大量3D打印机进入该行业，使设计人员更容易获得增材制造技术。

仅在2015年，全球销售的价值低于5000美元的超过278,000台增材制造打印机。自那以后，销售的打印机数量一直翻倍。最初只是一小部分制造业可以获得的利基技术现在已经很容易获得，而且成本竞争的零件生产方法被广泛的行业所利用。

每年全球销售5000美元以下的打印机数量--Wohlers 2015年报告

可持续发展

减法制造方法，例如CNC铣削或车削，从初始块中去除大量材料，导致大量废料。

添加剂制造方法通常仅使用构建零件所需的材料。大多数流程使用可以在多个构建中回收和重复使用的原材料。结果，增材制造过程产生很少的浪费。

Fairphone 3D打印配件，采用再生木纤维材料按需制造

世界上增材制造机器数量的增加也影响了原型机的运输距离：

由于桌面3D打印机具有相对较小的学习曲线以便成功操作，因此不需要将设计发送给专家来制造。此外，工业增材制造系统的占地面积远小于传统制造场地的占地面积。

因此，即使在土地成本较高的地方（例如在伦敦或纽约），也在世界各地创建专业的3D打印服务。运输要求的减少对环境产生积极影响。这一点，加上现场打印和生产备件的能力，使得通过增材制造生产的大多数零件的碳足迹小得多。

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