Was kostet ein Bauteil mit den Außenmaßen 100 x 50 x 25 mm aus PA12? Oder: Was kostet der 3D-Druck "so generell"? Solche und ähnliche Anfragen erhalten wir oft. Mit einer 3D-Druckdatei ist es simpel, anhand von ausgeklügelten Formeln lassen sich die Preise in unserem Konfigurator innert Sekunden berechnen. Ohne Datei fehlen aber sehr oft wichtige Angaben, die den Preis beeinflussen. Erfahren Sie mehr darüber, wie die Preise von 3D gedruckten Teilen entstehen.
Wenn Jemand nur mal wissen will, was denn 3D-Druck so «generell kostet», dann dürfte schnell klar sein, dass mit ungenauen Angaben keine seriöse Preisberechnung vorgenommen werden kann. Andererseits ist es verständlich, dass eine Preis-Größenordnung Hinweise gibt, um abzuschätzen, ob sich der Aufwand für eine neue Konstruktion lohnt. In diesem Blog-Beitrag erfahren Sie mehr über Preisbildung und Einflussfaktoren. Somit können Sie in Zukunft (noch besser) abschätzen, wann sich der 3D-Druck lohnt.
Es gibt viele Faktoren, die 3D-Druck-Kosten von Bauteilen beeinflussen. Die Basis bilden – wie auch in der konventionellen Fertigung – Kosten für die Anschaffung der Maschine, verwendete Materialien und Lohnkosten. Der Einergieaufwand hat einen sehr geringen Anteil. Doch es gibt weitere Faktoren, die die Kosten beeinflussen.
Beim 3D-Druck ist vor allem die Anschaffung der Maschinen für pulverbettbasierte Verfahren wie SLM und SLS sehr kostenintensiv. Zudem verändert sich die Technologie rasant, was ein gewisses Investitionsrisiko mit sich bringt.
Bei den verwendeten Materialien sind Metalle einiges teurer als Kunststoffe. Metalle müssen wie z.B. im FDM Metall nach dem Druckprozess noch ausgehärtet werden, was den Aufwand erhöht. Kunststoffe mit sehr anspruchsvollen, technischen Eigenschaften sind teurer als die vergleichbaren Standard-Kunststoffe. Zum Beispiel temperaturbeständige Materialien (ULTEM, PA-GF), chemikalienbeständige oder UV-beständige (ASA) Materialien.
Beim Arbeitsaufwand fallen die Bearbeitungsschritte nach dem 3D-Druckprozess ins Gewicht. Nicht alles kann maschinell erledigt werden. Bauteile müssen bei den Pulverbettverfahren nach dem 3D-Druck von den Pulverresten befreit werden. Allfällige Stützstrukturen müssen entfernt werden. Je nach Anforderungen an Toleranzen, Oberflächengüte etc. sind Nachbearbeitungen wie schleifen, lackieren, einfärben oder chemisch glätten notwendig.
Bild: PA12 Bauteile frisch aus dem 3D-Druckbett mit Materialpulver
Die Kosten für Strom und Energie fallen bei den additiv gefertigten Bauteilen kaum ins Gewicht mit ca. 2-3% der variablen Kosten des gesamten Werkstücks. (Quelle)
Nebst den Basis-Kosten spielen noch weitere Faktoren eine wesentliche Rolle. Dies ist die Komplexität des Bauteils, das Volumen, die gewählte Technologie, die Oberflächengüte, Toleranzen und Nachbearbeitung.
Weshalb die Komplexität eines Bauteils einen Einfluss auf die Kosten hat, ist nicht sofort ersichtlich. Ein 3D-Drucker kann ja nahezu beliebige Formen produzieren? Dies stimmt grundsätzlich.
Allerdings sind bei der additiven Fertigung mit Filamenten Stützstrukturen erforderlich, da nicht "in die Luft" gedruckt werden kann. Schräge Partien, die einen kleineren Überhangswinkel als 45° haben, müssen gestützt werden. Ebenso Flächen, die mehr als 20 mm herausragen über das restliche Bauteil. Diese Stützstrukturen müssen nach der Fertigung von Hand entfernt werden. Je nach erforderlicher Oberflächengüte muss zudem noch nachgeschliffen werden.
Bei 3D-Druck-Teilen aus Metall ist das Design eines Bauteils nochmals entscheidender für die Kosten. Für Metall-Teile müssen nicht nur im FDM 3D-Druck Stützstrukturen mit gedruckt werden, sondern auch im SLM. Dies wird notwendig, da sich das Metallpulver im Druckprozess noch nicht so stark verdichten lässt. Stützstrukturen lassen sich mit einer entsprechenden Konstruktion häufig vermeiden.
Die Komplexität des Bauteils hat auch einen Einfluss darauf, wie es im Bauraum ausgerichtet werden muss. Durch eine geschickte Ausrichtung lassen sich Stützstrukturen vermeiden und/oder die Qualität der Oberfläche an den wichtigen Stellen optimieren. Zudem beeinflusst die Ausrichtung die Anzahl der Bauteile, die im Bauraum Platz finden und somit die Anzahl der Druckvorgänge bei Serienteilen.
Informationen zur Konstruktion finden Sie hier: Konstruktion für 3D-Druck allgemein, FDM Metall, SLM Metall
Einzelne Fertigungsverfahren benötigen deutlich weniger Zeit im Druckprozess als andere. Andere wiederum eignen sich besser für Serienbauteile. Die gewählte 3D-Druck-Technologie ist deshalb ein entscheidender Faktor für den Preis von Bauteilen. Dies lässt sich Anhand der Verfahrenskategorien erklären.
Der Druckkopf "zeichnet" das gesamte Bauteil in einzelnen Schichten nach. D.h. die Zeit, die für die Herstellung eines Bauteils benötigt wird, ist fix. Es spielt keine Rolle, ob ein Drucker eines oder hunderte desselben Bauteils produziert, der Aufwand pro Bauteil bleibt identisch. Der Vorteil ist jedoch, dass das Bauteil direkt nach dem Druck fertiggestellt ist, und allenfalls nur noch Stützstrukturen entfernt werden müssen. Das Entfernen von Materialpulver bei den pulverbettbasierten Verfahren kann unter Umständen aufwändiger sein.
Technologien: FDM für Kunststoffe und Metalle (Extrusion), Binder Jetting (Verkleben)
In einem Bauraum wird das Material in Pulverform Schicht für Schicht aufgetragen. Mit einem oder mehreren Lasern werden die Schichten verschmolzen. Bei den neueren Druckern geschieht dies durch einen Belichtungsprozess pro Pulverschicht. Ältere Drucker müssen die gesamte Form des Bauteils nachzeichnen, was etwas mehr Zeit benötigt.
Würde man nur ein Bauteil in einem Arbeitsgang herstellen, so wäre der Aufwand bei den neueren Druckern identisch, wie wenn der Bauraum mit 50 Stück desselben Bauteils aufgefüllt wird. Das Auftragen der einzelnen Pulverbettschichten und das Belichten benötigt immer gleich viel Zeit.
Die Form eines Bauteils spielt jedoch in diesem Verfahren eine wichtige Rolle, vor allem bei der Serienproduktion. Der Platzverbrauch im Bauraum ist relevant, ebenso die Anzahl Bauräume, die verarbeitet werden müssen. Das Abkühlen des Pulverbetts nach der Produktion benötigt bis zu 24 h Zeit, damit die Bauteile keinen Verzug aufweisen.
Gut "stapelbare" Bauteile passen in größerer Menge in einen Bauraum. Dadurch verringert sich die Anzahl Druckvorgänge (und der Zeitaufwand) gegenüber Bauteilen, welche ein Großes Volumen haben und innen hohl sind, z.B. Bälle oder kugelartige Gebilde. Deshalb sind Bauteile mit identischem Materialvolumen teurer, wenn sie nicht gut stapelbar sind.
Technologien: SLS, SAF, MJF, SLM (Metalle), DMP (Metalle)
Bilder: Ein Bauteil, das sich gut stapeln lässt. Der Ball braucht aufgrund seiner Form relativ viel Platz im Bauraum, und dadurch für eine grössere Serie mit derselben Anzahl mehr Bauräume als ein im Volumen identisches, stapelbares Bauteil.
Bei den Polymerisations-Verfahren werden flüssige Harze in einem beweglichen Becken mittels Laser ausgehärtet. Beim SLA geschieht dieser Prozess schrittweise. Im Gegensatz dazu wird beim DLP das Harz auf der gesamten Druckfläche gleichzeitig ausgehärtet, es ist deshalb wesentlich schneller als das SLA. Bauteile aus der DLP-Technologie sind als Folge davon preisgünstiger und für Serien sehr gut geeignet.
Anhand aller aufgezählter Faktoren wird der Preis von Bauteilen berechnet. Im Jellypipe Konfigurator geschieht dies mittels ausgeklügelter Formeln innert Sekunden. Dies ist möglich, da die 3D-Druck-Datei zusammen mit der Technologie-/Material-Kombination und der Nachbearbeitungsmethode alle Faktoren zur Preisberechnung enthält.
Der Preis ermittelt sich anhand von:
Wenn keine 3D-Druck-Datei vorhanden ist, sollten Sie möglichst genaue Angaben mitgeben, damit ein Angebot erstellt werden kann. Auf der Jellypipe Plattform können Sie das via „individuelle Anfrage“ tun. Folgende Angaben sind notwendig:
Je vollständiger die Angaben sind, desto rascher kann ein Angebot erstellt werden, da keine Rückfragen notwendig sind.
Wann lohnt sich nun 3D-Druck im Vergleich mit herkömmlichen Technologien? Mit ein paar Grundregeln lässt sich das meistens relativ einfach entscheiden, schon bevor der Preis im Detail bekannt ist!
3D-Druck lohnt sich in folgenden Fällen:
Sind Sie unsicher? Sprechen Sie mit einem unserer Solution Partner. Die Komplexität im 3D-Druck ist hoch. Doch unsere Profis können Ihnen die entscheidenden Tipps geben, sodass sich der 3D-Druck auch für Ihr Projekt lohnt.
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