3D プリントのコスト:価格を低く抑えて価値を最大化する方法
3D プリントは最も費用対効果の高いオプションですか?どうすればコストを抑えることができますか?カスタム パーツのプリントコストを削減する方法など、3D プリントの価格を決定するすべての要素を検討します。
3D プリント - コストの計算と価値のバランス
3D プリントは、多くの場合、プロトタイピングや拡大する最終用途向けの部品を製造するための最も速く、最もコスト効率の高い方法です。 3D プリントのカスタム パーツのコストは、必要な材料、パーツごとの製造時間、使用するプリンターの種類など、いくつかの要因によって決まります。
一般に、プラスチックは金属よりも安価で、小さな部品ほど使用する材料が少なくなり、より単純な部品や堅牢性の低い部品は、よりコスト効率の高い技術を使用して印刷できます。
利用可能な多数の 3D プリントプロセスと材料の中から選択する場合は、寸法精度、表面仕上げ、後処理要件などの要素を考慮する必要があります。これらすべての要因が部品の最終コストに影響します。
結局のところ、サプライチェーン要素の中でも特に材料コストの変動により、3D プリント部品の価格を予測することが困難になります。この記事では、部品の価格に影響を与える主な要素について説明しますが、Protolabs Network プラットフォームは、構築しようとしている部品のコストを迅速かつ正確に見積もる方法を提供します。
3D プリントの価格に影響するものは何ですか?
3D プリント部品の最終コストに影響を与える要因は数多くあります。 以下は最も重要な要素の一部です。
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材料:各 3D プリント技術には、独自のポリマー材料が付属しています。 FDM (溶融堆積モデリング) 用のフィラメントのスプールは比較的安価な傾向がありますが、SLA 樹脂、SLS および MJF パウダーは一般に高価です。部品の印刷に必要な材料の量は、価格に直接影響します。これは、サポート構造が必要になることが多い FDM で印刷する場合に特に重要です。
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部品の体積:部品が大きくなると、より多くの材料と機械上のスペースが必要となり、製造に時間がかかります。こうした材料の増加と製造時間の増加により、コストも上昇します。
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後処理:パーツの印刷が完了した後、コンポーネントを完成させるために追加の手動作業が必要になる場合があります。これらの仕上げ方法には、サポートまたは粉末の除去、洗浄、サンディング、およびその他の種類の後処理が含まれており、これらすべてが部品の最終価格に追加されます。
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機器コスト:これらのコストには、設置とセットアップの時間、ランニングコスト、機械の定期的な保守、および追加の臨時メンテナンスが含まれます。どのような種類の製造技術を使用しているかに関係なく、これらのコストが発生する可能性があります。
3D プリントが多くの用途にとって経済的な選択肢であり続けている主な要因の 1 つは、このテクノロジーのセットアップ コストが低いことです。これにより、3D プリントは部品点数が少ない場合に最適になりますが、生産量が増えると CNC 加工や射出成形と比較して価格競争力が高まります。
3D プリント材料の価格はいくらですか?
3D プリントでは部品の構築に非常に多様な材料が使用され、独自の 3D プリント技術はすべてさまざまな材料と互換性があります。一般に、金属部品の 3D プリントはポリマーを使用するよりもコストが高くなりますが、複合材料は通常金属よりも高価です。特定のケースでは、他の要因によって逆のシナリオが発生する可能性があります。
このセクションでは、多くの一般的な 3D プリント材料のコストを比較します。材料特性と価格の詳細な概要については、材料インデックスをご覧ください。
プラスチック
3D プリント用プラスチックは、熱可塑性プラスチックと熱硬化性樹脂の 2 つのカテゴリに分類できます。熱可塑性プラスチックは熱に反応して溶けるため、材料押出プロセスで最も一般的な材料です。一方、熱硬化性ポリマー樹脂は UV 光で硬化するため、プロトタイピング用の部品の印刷に最適です。
金属
ステンレス鋼とアルミニウムは 3D プリントに最も一般的な金属ですが、チタンと銅合金はより特殊な用途に最適です。金属を使用した 3D プリントでは耐久性のある部品が得られますが、コストはポリマー材料を使用するよりもはるかに高くなる傾向があることに注意することが重要です。
複合材料
カーボンファイバー、ケブラー、グラスファイバーストランドなどの複合材料は、3D プリンティングのイノベーションの最前線にあります。これらは優れた強度対重量比を持つ傾向があり、多くの場合アルミニウムよりも強度があります。 3D プリント用の複合材料は、航空宇宙、医療技術、再生可能エネルギー、高性能自動車などの業界で一般的であり、コスト削減よりも重量削減が重要です。
ただし、複合材料のコストは、他のプラスチックの 8 ～ 12 倍、金属の 2 ～ 5 倍となる場合があります。用途によっては、同じ構造的完全性を実現するために必要な材料が少なくなるシンプルな設計を使用すれば、複合材料のコスト高を相殺することが可能です。特定の部品に複合材料と金属やプラスチックを組み合わせたハイブリッド アプローチを検討することもできます。
各 3D プリント プロセスの費用はいくらですか?
すべての 3D プリンティングのプロセスとテクノロジーには、独自の材料と設備のコストがかかります。 Protolabs Network が提供する主なテクノロジーを比較してみましょう。
FDM (溶融堆積モデリング)
プロトタイピング FDM は、単純な部品形状や小規模な生産に最もコスト効率の高い 3D プリンティング オプションです。提供されているすべてのプロセスの中で、FDM は基本材料コストが最も低くなりますが、部品がより複雑になると、追加のサポート構造、後処理時間の増加、人間の介入が必要になる場合があります。これらの要因はすべて FDM のコストを上昇させます。
このプロセスのユニークな点は、FDM マシンが他の積層技術とは異なり、固体オブジェクトを印刷しないことです。代わりに、内部グリッド構造を使用して材料要件を最小限に抑えます。この充填はパーセンテージで定義されます。 25% の充填材を使用して印刷するのが一般的ですが、50% と 75% はどちらもオブジェクトの相対的な強度を高めます。 100% の充填材を使用して印刷すると、完全に固体のオブジェクトが生成されますが、これは FDM ではまれです。
プロトタイピング (デスクトップ) FDM と産業用 FDM を区別していることに注意することが重要です。産業用 FDM は、高強度で高温耐性のある産業グレードの材料を印刷できるハイエンドの機械を利用します。この形式の FDM 印刷は、プロトタイピングに比べてはるかに高価です。
SLA (光造形)
バット光重合ファミリーの一部である SLA は、FDM よりも複雑な形状と大量のバッチを生成できます。プラスチックの場合、SLA は他の技術と比較して全体の材料コストが最も高くなりますが、後処理コストははるかに管理しやすくなります。 SLA はパーツのセットアップ時間が最も短く、SLA で印刷されたパーツの優れた表面品質のおかげで、後処理のコストが削減されます。
SLA は、特定のカスタム パーツ要件に応じて、プロトタイピング (デスクトップ) および産業アプリケーションで利用できます。
SLS (選択的レーザー焼結)
粉末床溶融技術 SLS は、複雑な部品形状、大量のバッチ、高品質の部品仕上げにおいて全体コストが最も低くなる傾向があります。
SLS のベース材料のコストは通常、他の 3D プリント プロセスよりも高くなりますが、サポート構造は必要ありません。また、基材を再利用できるため、廃棄物を最小限に抑えることができます。これらの要因は両方とも、全体の材料コストを削減する傾向があります。
設備コストの観点から見ると、SLS では、粉末材料を処理するためのセットアップ時間とバッチ間のメンテナンスに時間がかかります。支持構造がないため後処理も削減され、コストも削減されます。
MJF (マルチジェットフュージョン)
MJF も粉末床溶融技術であり、印象的な複雑さと高品質の仕上げを実現するための低コストという点で SLS に匹敵します。 MJF を使用して印刷すると、ベース素材を再利用でき、サポート構造が不要になることも意味します。
ただし、SLS とは異なり、MJF の印刷速度はパーツの Z 高さによってのみ決まります。 SLS 機械の速度は、材料の体積と線形の関係があります。ほとんどの MJF 材料は、最終的には他の 3D プリンティング ポリマーよりも高価になりますが、材料を継続的に再利用できるため、生産工程全体で部品あたりのコストを節約できます。
デザインは 3D プリントのコストにどのような影響を与えますか?
設計上の決定は、カスタム パーツの全体的なコストに直接影響します。設計プロセスでは、使用する材料の量、サポート構造が必要かどうか、および必要な後処理を考慮する必要があります。
カスタム パーツの最終コストに影響を与える主な設計上の考慮事項を見てみましょう。
パーツの体積
パーツの総体積は、印刷コストに大きく影響します。部品サイズを段階的に縮小すると、実際にはコストを大幅に削減できます。
サポート構造
サポート構造の印刷には追加の材料が必要となり、3D プリントされたコンポーネントのコストが急速に上昇します。適切な製造技術を選択する際には、サポート構造に伴う追加価格を覚えておくことが重要です。
たとえば、FDM は、適切に印刷するためにサポート構造が必要な複雑な部品の製造を開始するまでは、一般的に利用可能な 3D 印刷プロセスとしては最も安価です。 SLS と MJF は FDM よりも基本コストが高くなりますが、粉末床溶融技術として、これらのプロセスを使用するサポート構造の追加コストについて考える必要はありません。
パーツの形状
部品の形状をどのように設計するかによって、部品を 3D プリントするときに必要な材料とサポート構造の量が決まります。ジオメトリ コストを削減するには、パーツ モデルをいくつかのコンポーネントに分割し、オーバーハングの長さまたは角度を減らし、プリント ベース上でモデルの向きを変更してサポート構造を最小限に抑えることができます。
3D プリントの重要な設計ヒント
ここでは、3D プリントのコストを削減し、デザインを確実に元の 3D プリント コンポーネントに変換するのに役立つ、重要な設計のヒントとテクニックをいくつか紹介します。
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互いに隣接するサーフェス間では段階的な遷移を使用します
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パーツの断面と体積に大きな違いがないことを確認してください
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鋭い角はワークピースに残留応力を引き起こす可能性があるため、丸い角を選択してください。
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薄くて支えられていない壁を取り除いて、座屈や反りを避けてください (特に壁が不必要に高い場合)
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階段状の段差を避けるために、表面の浅い角度を平らにします
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できるだけ早い段階で製造可能性分析のための設計を行う
部品の公差を大きくしすぎると、より薄い層で印刷され、追加の二次加工が必要になるため、避けてください。
3D モデルをスケールダウンするとコストに影響しますか?
スケールに合わせてモデルを作成することが重要ではない場合 (たとえば、ビジュアル プロトタイプを作成している場合)、より小さな部品または部品セットを 3D プリントして、製造コストを大幅に削減できます。
私たちは 3 次元で考えていることを覚えておくことが重要です。 10x10x10 cm の立方体は 8x8x8 cm 立方体の 2 倍の体積があるため、モデルのサイズを少し小さくしただけでも、必要な機能を発揮する部品を製造するために使用する材料がはるかに少なくなる可能性があります。
3D モデルを拡大縮小する 1 つの方法は、フリー ソフトウェア Netfabb を使用することです。その方法は次のとおりです。
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ステップ 1:Netfabb の無料版をダウンロードしてインストールします。
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ステップ 2:モデルを開き、メニュー バーの「パーツのスケール」ボタンをクリックして、モデルのサイズを調整します。ソフトウェアはデフォルトでミリメートル単位を使用しますが、これは設定で変更できます。
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ステップ 3:ユーザー インターフェイスの左上に移動し、[パーツ]> [パーツのエクスポート]> [STL (バイナリ)として] の順に移動して、スケーリングされたモデルを保存します。
ステップ 4:3D プリント用にデザインを Protolabs Network のプラットフォームにアップロードします。 Netfabb で使用したのと同じ単位を指定することを忘れないでください。
Netfabb で 3D モデルをスケールする方法については、このビデオをご覧ください。
3D モデルをくり抜いてコストを削減できますか?
設計段階でパーツをくり抜くことは、3D プリントのコストを大幅に削減する効果的な方法です。
FDM プリンタはデフォルトで内部充填構造を備えた半中空部品を生成しますが、SLA、SLS、MJF などの他の 3D プリント技術では、元のモデルがすでに中空でない限り、100% 中実の部品が生成される場合があります。パーツ全体が固体である必要がない場合は、3D CAD モデルを中空にすることをお勧めします。
もちろん、この推奨事項は粉末ベースの技術にのみ適用され、印刷後に未溶融の材料を除去できるように逃げ穴を追加する追加のデザイン チップが付属しています。 SLA のために設計をくり抜いた場合、部品が完成したときに樹脂を除去するのが難しい場合があります。
ここでは、無料の Meshmixer ソフトウェアを使用してモデルを中空にするためのステップバイステップのガイドを示します。
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ステップ 1:Meshmixer をダウンロードしてインストールします。
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ステップ 2:モデルを開いて [編集]> [中空] をクリックし、壁の厚さを選択します。すべての 3D プリント プロセスの安全な下限として、厚さ 2 mm の壁を使用します。
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ステップ 3:モデルに逃げ穴を追加して、印刷後に余分な材料を除去できるようにします。これらを追加するには、Meshmixer でモデルのサーフェスをダブルクリックします。パーツの使用時に通常見えない場所に逃げ穴を追加することをお勧めします。 SLS で印刷する場合は、直径 5 mm 以上の穴を 2 つ以上追加してください。
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ステップ 4:[同意する] をクリックして、モデルを STL ファイルとしてエクスポートします。
Meshmixer を使用してモデルをくり抜く方法については、このビデオもご覧ください。ご覧のとおり、CAD ファイルを数分間編集すると、3D プリント カスタム パーツの最終コストに大きな影響を与える可能性があります。
サポート構造の必要性をなくすにはどうすればよいですか?
FDM 3D プリントでは、オーバーハングのある部品をプリントするためにサポート構造が必要になることがよくあります。これにより、サポート構造を除去して部品の表面を滑らかにするために、より多くの材料と追加の後処理が必要になります。サポート構造の必要性を排除することは、FDM のコストを削減するための実行可能な方法です。
FDM 設計でサポート構造の必要性を排除するには、2 つのオプションをお勧めします。
オーバーハング角度
最初のオプションは、45 度を超えるオーバーハング角度で部品を設計することです。
FDM およびその他の 3D プリンティング方法のサポート構造について詳しく知りたい場合は、この記事をご覧ください。 FDM の完全な設計ガイドラインもここで見つけることができます。
モデルの分割
2 番目のオプションは、サポート構造を必要としない 2 つ以上の部分にモデルを分割することです。 3D プリントが完了したら、これらの部品を組み立てることができます。
Netfabb でこれを行う方法に関する短いチュートリアルは次のとおりです。
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ステップ 1:Netfabb の無料版をダウンロードしてインストールします。
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ステップ 2:Netfabb でモデルを開きます。 「カット」フィールドを選択し、パーツを分割する位置と角度を指定します。各コンポーネントには、印刷のベースとして使用できる平らな表面があることを確認してください。
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ステップ 3:配置に満足したら、「カットの実行」をクリックしてファイルを STL にエクスポートします。
Netfabb で FDM 用にモデルを分割する方法については、このビデオもご覧ください。
3D プリントの価値は何ですか?
3D プリンティングのプロセス全体では注意すべき追加コストが多数ありますが、全体として、この積層造形テクノロジーで得られる価値は、予想外に高い価格をはるかに上回ります。
3D プリントには、部品数を削減し、より軽量で構造的に健全な部品を製造し、組み立てコストを削減する驚くべき可能性があります。 3D プリンティングを使用して部品を製造するということは、従来の方法では達成が不可能、またははるかに困難な部品の機能にアクセスできることを意味します。
また、3D プリントには治具、金型、さまざまな種類のツールが必要ないことを覚えておくことが重要です。これにより、これまでに見てきた追加コストのバランスが取れます。最も重要なことは、3D プリントで得られる全体的な価値を考慮することです。これは、増え続けるアプリケーションや業界にとって非常に素晴らしいことです。現在 3D プリントに関連するいくつかの追加コストにより、長期的には製造コストが削減され、より自由な設計とより優れた部品が得られる可能性があります。
よくある質問
3D プリントの費用はどれくらいですか?
3D プリンティングは一般に、ラピッド プロトタイピングや特定の最終用途の生産用途においては他の製造技術よりも安価です。多くのサポート構造が必要な場合を除き、FDM は最もコスト効率の高いオプションですが、SLS と MJF は幅広い用途に最適な価値を提供します。
3D プリントのコストをどのように削減できますか?
特に設計段階で 3D プリントのコストを削減する方法はたくさんあります。 3D プリントの価格を下げる効果的な方法には、モデルをくり抜く、不必要なサポート構造を避けるためにモデルを分割する、プロトタイピング目的でモデルを縮小する、オーバーハングを避けるなどがあります。
3D プリントのコストに影響するものは何ですか?
3D プリント部品の最終コストには多くの要因が影響します。モデルのサイズ、使用する必要のある材料の量、部品の製造に選択した技術、サポート構造や後処理と仕上げが必要かどうか、その他多くの要素が考慮すべき重要な要素の 1 つです。
3D プリントのコストはどのように計算すればよいですか?
Much of the information on process and material costs are easily available on Protolabs Network's site and across the web, but the easiest way to calculate your 3D printing costs is to head to our quote builder to test different iterations of your CAD model.
3D プリンターの価格はいくらですか?
デスクトップ、プロトタイピング、その他の産業用途向けの 3D プリンタには、さまざまな種類があります。ほとんどの趣味用マシンの価格は 300 ユーロから 500 ユーロですが、プロ用 3D プリンタの価格は 1,500 ユーロから 20,000 ユーロの間です。企業および産業用に設計された 3D プリンターの価格は 10 万ユーロ近くになる場合があります。
3D プリントは射出成形よりも高価ですか?
多くの場合、3D プリントはコスト効率が高い傾向にありますが、100 個以上の部品を製造する場合は射出成形の方がコストが安くなります。金型ごとに製造する個数が多いほど、射出成形の価値が高くなります。しかし、SLS と MJF は、特に粉末ベースの溶融技術には工具が必要ないため、全体的な価値を重視して、射出成形を費用対効果の高い方法で実行し始めています。
3D プリントは CNC 加工よりも高価ですか?
この質問に対する答えは、プロトタイピング目的で製造しているのか、それとも最終部品目的で製造しているのかによって大きく異なります。 3D プリンティングは、特に少量生産の場合、平均して CNC 加工よりも安価ですが、100 を超える部品の実行が必要になり始めると、CNC の方がコスト効率の高いテクノロジーのように見え始める可能性があります。
3D プリントは従来の製造よりも速いですか?
絶対に。 3D プリンティングはデジタル製造テクノロジーであるため、リードタイムと DFM チェックの両方が大幅に短縮されます。
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