سرمایه گذاری برای یک پرینتر سه‌بعدی چقدر هزینه بر می‌دارد؟\
پرینترهای چاپ سه‌بعدی که به شکل اختصاصی برای یک کسب‌وکار خریداری می‌شوند، روشی انعطاف پذیر در تولید به حساب می‌آیند و از آن‌ها می‌توان برای انجام کارهای مختلف استفاده کرد. این پرینترها از کیفیت بالایی برخوردارند و می‌توان در خطوط تولید از آن‌ها برای نمونه‌گیری‌های سریع، به‌عنوان دستیار تولید، یا حتی فناوری اصلی برای تولید قطعات اصلی استفاده کرد.
اما وقتی تصمیم می‌گیرید برای کسب‌وکار خود یک پرینتر سه‌بعدی خریداری کنید، باید به چند سؤال اساسی در رابطه با آن پاسخ دهید: اینکه آیا خرید یک پرینتر از نظر اقتصادی به‌صرفه هست؟ قیمت پرینترهای سه‌بعدی چقدر است و بهره‌گیری از آن‌ها تا چه حد موجب صرفه‌جویی در زمان برای شما می‌شود؟
پرینترهای سه‌بعدی، با توجه به قدرت سیستم، پیچیدگی، سرعت و کاربردهایی که دارند، از محدوه قیمتی ۲۰۰ دلار تا بیش از ۵۰۰ هزار دلار متغیر هستند.
در این مقاله، به هزینه‌های متفاوت چاپ سه‌بعدی می‌پردازیم و هزینه‌های چاپ سه‌بعدی با پرینترهای اختصاصی خود را با هزینه برون‌سپاری آن مقایسه می‌کنیم. همچنین به دیگر ملاحظات چاپ سه‌بعدی در مقایسه با دیگر روش‌های تولید هم اشاره خواهیم داشت.
ابتدا به هزینه‌ها و دیگر ملاحظات چاپ سه‌بعدی با فناوری‌های مختلف نگاهی بیاندازیم.
چاپ سه‌بعدی پلاستیک
سه روش رایج در چاپ سه‌بعدی پلاستیک عبارت‌اند از روش مدل‌سازی لایه نشانی هم جوش (FDM)، روش تف جوشی انتخابی لیزری (SLS) و روش نمونه‌سازی با رزین‌های حساس به نور (SLA).
روش نمونه‌سازی با رزین‌های حساس به نور (SLA)
در این روش، چاپ(ساخت) با استفاده از مایع حاوی مونومر یا الیگومر انجام می‌شود. در مراحل تولید توسط این فناوری، اشعه‌ی uv به محل تولید می‌تابد و با فعال کردن فرآیند پلیمرشدن، قطعه به شکل لایه به لایه تولید می‌شود.
اشعه‌ی لیزر، رزین‌های پلیمری را ذوب می‌کنند.
امکان انتخاب مواد اولیه در طیف گسترده
بالاترین کیفیت و دقت، امکان تولید قطعات با جزئیات ظریف
روش تف جوشی انتخابی لیزری (SLS)
این روش چاپ، از نوع افزایشی و با استفاده از پودر انجام می‌شود. به این صورت که اشعه‌ی لیزری، طرح را به شکل لایه به لایه اسکن کرده و سپس قطعه را تولید می‌کنند.
اشعه‌ی لیزر، پودر پلیمر را تحریک می‌کند.
هزینه نسب به هر قطعه پایین، بهره‌وری بالا، بدون نیاز به مواد پشتیبان برای ساختارها
تولید قطعات با ویژگی‌های فنی فوق‌العاده و شبیه به قطعات تولیدشده به روش قالب تزریقی
لایه نشانی هم جوش (FDM)
در این روش که ارزانترین و البته بی کیفیت‌ترین نوع چاپ سه بعدی با مواد پلاستیکی است، رشته‌های پلیمری فیلامنت از یک نازل داغ عبور کرده و قطعه‌ی موردنظر با توجه به الگوی موردنظر به شکل لایه به لایه تولید می‌شود.
تولید از طریق ذوب شدن و شکل‌گیری فیلامنت ها
پایین‌ترین هزینه برای مواد اولیه
پایین‌ترین کیفیت و دقت
در سال‌های اخیر، هزینه‌ی پرینترهای سه‌بعدی به شکل قابل‌توجهی کاهش یافته است و در حال حاضر، هر سه فناوری بالا را می‌توان با هزینه‌های معقول تهیه کرد.
از بین فناوری‌های بالا، فناوری FDM پایین‌ترین هزینه‌های تولید را دارد. بنابراین، اگر فقط می‌خواهید نمونه‌های ساده و در تعداد محدود ایجاد کنید، این فناوری برای شما مناسب است.
پرینترهای رزین SLA، کیفیت و رزولوشن بالاتر و طیف گسترده‌ای از مواد را پشتیبانی می‌کنند. هزینه‌ی این روش نسبت به FDM بیشتر است، اما اگر بخواهید تعداد بالایی قطعه با طراحی‌های پیچیده را تولید کنید، هزینه‌ها معقول‌تر می‌شوند.
در نهایت اینکه روش چاپ SLS برای چاپ قطعات با حجم متوسط تا زیاد و باکیفیت بالا، بهترین فناوری محسوب می‌شود.
البته هزینه‌های تولید با چاپ سه‌بعدی، فقط مربوط به خرید پرینتر نیست. هزینه‌های مربوط به نگهداری پرینتر و تأمین مواد اولیه هم به شکل قابل‌توجهی در مجموع هزینه‌های تولید اثرگذار است.
فاکتورها و هزینه‌های هریک از فرآیندها
در روش FDM، تولید قطعات از راه ذوب و شکل‌دهی به فیلمانت‌های ترموپلاستیک انجام می‌شود. این روش، رایج‌ترین روش چاپ سه‌بعدی است که هم در صنایع مربوط به سرگرمی و هم در کارخانه‌های صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
ارزانترین پرینترهای چاپ سه‌بعدی، همه از دسته‌ی FDM هستند. کیت‌های پرینترهای مبتدی دای FDM حول‌وحوش ۲۰۰ دلار هستند. اما پرینترهای در این محدوده قیمت، معمولاً شبیه به اسباب‌بازی هستند و برای تولید هر قطعه، نیاز به کالیبراسیون پرینتر، مونتاژ دستی و تنظیمات دیگر دارد. کیفیت قطعه‌ای که در نهایت تولید می‌شود، به شکل قابل‌ملاحظه‌ای به نحوه‌ی کالیبراسیون و نگهداری پرینتر بستگی دارد. بنابراین پرینترهای FDMفقط به افرادی مثل دانشجویان رشته‌های مهندسی و دیگر افرادی که از زمان و صبر بالایی برخوردارند، پیشنهاد می‌شود.
پرینترهای رومیزی FDM که برای تولیدات تفریحی و سرگرمی طراحی شده‌اند، از ۵۰۰ دلار تا ۱۵۰۰ دلار تفاوت قیمت دارند. این پرینترها هم ممکن است به شکل کیت یا مونتاژ شده عرضه شوند، اما کارکرد اصلی آن‌ها تفاوت چندانی با پرینترهای ارزان‌تر ندارد. پرینترهایی که قیمت آن‌ها به ۱۵۰۰ دلار نزدیک می‌شود، از گستره‌ی مواد بیشتری پشتیبانی می‌کنند و می‌توانند حجم بیشتری از قطعات را تولید کنند.
قیمت پرینترهای حرفه‌ای FDM، از ۲۵۰۰ دلار شروع می‌شود و قیمت پرینترهای فرمت عریض از ۴۰۰۰ دلار شروع می‌شود. اما قیمت مدل‌های کاملاً صنعتی FDM حتی از ۱۰ هزار دلار هم بیشتر است. اغلب این پرینترها از قبل مونتاژ و کالیبره می‌شوند و یا مجهز به کالیبره‌ی خودکار هستند. این پرینترهای گران‌قیمت، کاربری و روش نگهداری آسان‌تری دارند، از حجم تولید بالاتری پشتیبانی می‌کنند و قابلیت اطمینان بالاتری دارند. همچنین برخلاف پرینترهای ارزان‌قیمت، از خدمات پس از خرید برای مشتریان هم برخوردار هستند.
فیلمانت‌های چاپ سه‌بعدی FDM هم محدوده قیمتی متفاوتی دارند. فیلمانت‌های استاندارد و مهندسی، از ۵۰ تا ۱۵۰ دلار برای هر کیلوگرم و فیلمانت‌های پشتیبانی حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ دلار برای هر کیلوگرم قیمت دارند. مواد اولیه با قیمت‌های کمتر از این مقدار هم در دسترس است که البته کیفیت آن‌ها نسبت به فیلمانت‌های استاندارد پایین‌تر است.
در نهایت اینکه، چاپ سه بعدی FDM یک روش تولید نیازمند به پشتیبانی بالای نیروی کار است. بسیاری از طرح‌ها، مخصوصاً طرح‌های پیچیده برای تولید موفق و باکیفیت، نیازمند این هستند که اپراتور ساعات طولانی را در کنار دستگاه بایستد و بر کار آن نظارت کند. کارهایی مثل سمباده کشی و حذف خطوط لایه‌ها توسط اپراتورها انجام می‌شود.
روش نمونه‌سازی با رزین‌های حساس به نور (SLA)
در روش چاپ سه‌بعدی SLA، از اشعه‌ی لیزر برای پخت رزین‌های حساس به نور مایع و تبدیل آن‌ها به پلاستیک‌های سخت استفاده می‌شود. این فرآیند پلیمریزاسیون نام دارد. روش چاپ سه بعدی SLA به خاطر کیفیت بسیار بالا، دقت فوق‌العاده و قابلیت استفاده از طیف بالایی از مواد، روش محبوب چاپ سه‌بعدی در بین افراد حرفه‌ای محسوب می‌شود.
قطعاتی که به روش SLA چاپ می‌شوند، در بین باقی روش‌های چاپ سه‌بعدی از بالاترین دقت و ظریف‌ترین نتیجه برخوردار هستند. اما بهترین مزیت این روش، انعطاف وتطبیق‌پذیری بالای آن است. رزین‌های روش SLA فرمولاسیونی دارند که از تمام ویژگی‌های بصری، مکانیکی و حرارتی موردنیاز در
ترموپلاست های استاندارد، مهندسی و صنعتی برخوردار هستند.
در گذشته، فناوری SLA فقط در پرینترهای بزرگ و صنعتی با قیمت بیش از ۲۰۰ هزار دلار موجود بود، اما حالا این فناوری بیشتر در دسترس قرارگرفته است. حالا با عرضه‌ی پرینتر Formlabs Form 3+ در بازار، درکسب‌وکارهای کوچک‌تر هم می‌توان با هزینه‌ی ۳۷۵۰ دلار، به چاپ سه‌بعدی SLA با کیفیت صنعتی دسترسی پیدا کرد. پرینترهای فرمت عریض SLA از قیمت ۱۱ هزار دلار شروع می‌شوند.
یکی دیگر از مزیت‌های پرینترهای رومیزی SLA، قیمت تمام‌شده‌ی هر قطعه‌ی ساخته شده است، چون با این پرینترها می‌توان قطعات بزرگ را با کمتر از ۱۰۰ دلار تولید کرد. مثلاً تولید یک قطعه سری جاروبرقی با رزین خاکستری توسط این پرینتر، ده دلار تمام می‌شود. تولید یک کلاه ایمنی بزرگ هم حدوداً ۹۷ دلار تمام می‌شود.
پرینترهای SLA به شکل مونتاژ و کالیبره شده به فروش می‌رسند. این سیستم‌ها از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار هستند و به نگهداری زیادی نیاز ندارند. در مواقع نادری که کاربر با مشکلی روبه‌رو شود هم، امکان تماس با گروه پشتیبانی به‌طور کامل وجود دارد.
روش تف جوشی انتخابی لیزری (SLS)
پرینترهای SLS از اشعه‌ی لیزری برای تبدیل پودر پلیمر به پلیمر سخت استفاده می‌کنند. پودرها در حین تولید قطعه از ساختار پشتیبانی می‌کنند و دیگر نیازی به ابزارهای دیگر پشتیبانی وجود ندارد. برای همین، فناوری SLS برای ساخت اشکال هندسی، قطعات داخلی ساختمان، دیواره‌های نازک و…. بسیار مناسب است.
قطعاتی که با این روش چاپ می‌شوند، از ویژگی‌های فنی بسیار مرغوبی برخوردار هستند که آن را با فناوری قالب‌گیری تزریقی قابل‌رقابت می‌کند. چاپ به روش SLS، بهترین و رایج‌ترین روش چاپ سه‌بعدی با پلاستیک است.
چاپ SLS هم مانند SLA در گذشته فقط در کارخانه‌های صنعتی و با قیمت‌های بالای ۲۰۰ هزار دلار در دسترس بود. اما حالا این فناوری در پرینترهای Formlabs Fuse 1 با شروع قیمت ۱۸۵۰۰ دلار قابل خریداری است. هزینه‌ی خریداری و نصب این پرینتر و تجهیز آن به سیستم‌های پردازش نهایی و سیستم بازیابی پودری، مبلغی حدود ۳۰ هزار دلار تمام می‌شود.
این پرینترها هم مانند پرینترهای SLA به شکل مونتاژ و کالیبره شده به فروش می‌رسند. قابلیت اطمینان بالایی دارند و می‌توانند به شکل ۲۴ ساعته کار کنند. خدمات پس از فروش این پرینترها شامل آموزش پیشرفته‌ی طرز استفاده و پشتیبانی کامل پس از فروش می‌شود.
قیمت مواد پلاستیکی پرینترهای SLS، ۱۰۰ دلار در هر کیلوگرم است و این فناوری نیازی به پشتیبانی ساختار در حین چاپ ندارد.
پرینترهای SLS در مورد چاپ سه‌بعدی پلاستیک، کمترین نیاز به اپراتور را دارند. نتیجه‌ی نهایی این پرینترها معمولاً قطعاتی با کیفیت بالاست و در پایان چاپ هم فقط نیاز به تمیزکاری خرده‌های مواد باقی‌مانده، از روی ماشین دارد.
چاپ سه‌بعدی فلزات
در کنار چاپ سه‌بعدی پلاستیک، فناوری‌های دیگری هم هست که چاپ سه‌بعدی فلزات را امکان‌پذیر می‌کنند.
FDM فلزات
پرینترهای FDM فلزات، عملکردی مشابه با پرینترهای معمولی FDM دارند. در این روش، میله‌های فلزی را با چسب‌های پلیمری کنار هم نگه می‌دارند. سپس قطعه ساخته شده به رنگ سبز را در درون کوره می‌گذارند تا چسب‌های فلزی از آن جدا شود.
ذوب انتخابی لیزر (SLM) و ذوب مستقیم لیزری فلز (DMLS)
پرینترهای SLM و DMLS هردو شبیه به پرینترهای SLS عمل می‌کنند. اما در این روش‌ها، پودر فلز به‌جای روش پلیمریزاسیون، به روش لیزری به شکل لایه‌لایه ساخته می‌شود. این دو فناوری می‌توانند قطعات فلزی با پیچیدگی و دقت بالا تولید کنند. برای همین از آن‌ها در ساخت قطعات هواپیما، موشک و جت، کشتیرانی و خودرو استفاده می‌شود.
قیمت پرینترهای SLM و DMLS در سال‌های اخیر کاهش یافته است. بااین‌حال آن‌ها همچنان بسیار گران هستند. قیمت پرینترهای SLM و DMLS از ۱۰۰ هزار دلار تا یک‌میلیون دلار متفاوت است. به همین دلیل این پرینترها هنوز برای بسیاری از کسب‌وکارها قابل‌دسترسی نیست.
از پرینترهای SLM می‌توان در کارخانه‌های تولید قطعات فلزی به شکل مناسبی بهره‌برداری کرد، چون این پرینترها نسبت به روش‌های سنتی تولید قطعات فلزی هم از سرعت بالاتری برخوردارند و هم هزینه و هدررفت پایین‌تری دارند. تولید قطعات با طراحی‌های پیچیده و ظریف هم به روش چاپ سه‌بعدی آسان‌تر و قابل‌دسترس‌تر از روش‌های سنتی است.
مقایسه‌ی هزینه‌ی فناوری‌های چاپ سه‌بعدی از نظر فرآیند
هردو روش چاپ سه‌بعدی پلاستیک و فلز، خصوصیات و مزیت‌های منحصربه‌فردی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای مشخصی مناسب می‌کند.
هزینه نسبت به هر قطعه: تخمین هزینه‌های چاپ سه‌بعدی
هزینه‌ی تمام‌شده‌ی هر قطعه، به عوامل مختلفی مانند به مالکیت پرینتر، مواد اولیه و نیروی کار بستگی دارد. هزینه‌های مالکیت پرینتر از قرار خرید، نصب و نگهداری آن است که چه پرینتر فعال باشد یا خیر، به مالک تحمیل می‌شود. البته هزینه‌های مربوط به مالکیت پرینترهای رومیزی به شکل قابل‌توجهی پایین‌تر از پرینترهای صنعتی است و مخصوصاً در سال‌های اخیر کاهش بیشتری داشته است.
سؤالات مرتبط:
آیا پرینتر، هزینه‌های جانبی مانند آموزش و دیگر هزینه‌های اولیه هم دارد؟
آیا خدمات پس از فروش دارد؟ چه چیزهایی شامل آن می‌شود؟
چه ابزارها و تجهیزاتی در کنار پرینتر ضروری است؟
با حد متوسط بهره‌وری، چه اندازه نگهداری برای پرینتر موردنیاز است؟
هزینه‌ی نگهداری پرینتر چقدر است؟
هزینه‌ی مواد اولیه‌ی مصرفی
مواد اولیه‌ی ماندگار و مصرفی تولید در پرینترهای سه‌بعدی هزینه‌های مختلفی دارند. هزینه‌ی این مواد به شکل قابل‌توجهی به تعداد قطعات تولیدی بستگی دارد. هزینه‌ی مواد اولیه به شکل محاسبه‌ی مواد اولیه‌ی مصرفی برای تولید یک قطعه ضربدر هزینه‌ی تهیه‌ی مواد اولیه محاسبه می‌شود. هزینه‌ی هدررفت مواد هم باید به این مقدار اضافه شود. برخلاف هزینه‌ی مالکیت پرینتر که با افزایش بهره‌وری بهبود میابد، هزینه‌ی مواد اولیه‌ی مصرفی، با افزایش تعداد قطعات به شکل ثابت یا افزایشی است.
پرسش های مرتبط:
هزینه‌ی انواع مواد اولیه‌ی چاپ سه‌بعدی چقدر است؟
برای تولید هر قطعه با احتساب هدررفت، چقدر ماده‌ی اولیه نیاز است؟
مقدار ماندگاری مواد اولیه و شرایط نگهداری آن‌ها چگونه است؟
دیگر مواد اولیه‌ی مصرفی برای تولید قطعات چیست؟
آیا ماشین می‌تواند با مواد ثالث هم کار کند؟
نیروی کار
باوجوداینکه چاپ سه‌بعدی، یک فرآیند تولید بسیار پرسرعت است که می‌تواند در گردش کاری پیچیده، جایگزین روش‌های تولید سنتی و قدیمی‌شود، بازهم در برخی از فرآیندهای خود نیاز به نیروی کار و اپراتور با ساعات کاری طولانی دارد. پرینترهای سه‌بعدی رومیزی حرفه‌ای، معمولاً کاربری آسانی دارند. پرینترهای رومیزی نسبت به سیستم‌های سنتی تولید، نیازمند نیروی کار متخصص کمتری هستند.
پس از اتمام فرآیند تولید، نیاز به جداسازی برخی قطعات و شست و شوی آن‌ها وجود دارد که معمولاً به شکل دستی انجام می‌شود. بااین‌حال، در بعضی از سیستم‌های صنعتی چاپ سه‌بعدی این فرآیندها خودکار هستند.
دو فناوری SLA و SLS برای تولید قطعات پیچیده و باکیفیت نیاز به حضور اپراتور ندارند، ولی فناوری FDM به حضور پیوسته‌ی اپراتور وابسته است.
گردش کار چاپ سه‌بعدی در هر فرآیند به شکل است؟ آیا برای انجام مراحلی مثل راه‌اندازی اولیه، تعویض مواد وغیره به اپراتور نیاز است؟
برای انجام کارهای مربوط به پس از تولید، چه مقدار زمان نیاز است؟
آیا امکان اتوماسیون سیستم‌ها وجود دارد؟
به مواد و فناوری مربوطه بستگی دارد. هزینه‌ها نسبت به پلاستیک به شکل قابل‌توجهی گران‌تر است.
برون‌سپاری در مقابل تولید داخلی
اگر نیاز شما به پرینترهای سه‌بعدی، موقتی است یا قطعاتی که می‌خواهید تولید کنید، خیلی بزرگ یا خیلی پیچیده هستند، پس بهتر است آن‌ها را به یک شرکت معتبر چاپ سه‌بعدی بسپارید. این شرکت‌ها معمولاً تمامی انواع فناوری‌های چاپ سه‌بعدی را دارند. مزیت دیگر برون‌سپاری این است که افراد متخصص در این شرکت‌ها می‌توانند به شما مشاوره‌ی تکمیلی هم بدهند.
اما یکی از معایب برون‌سپاری این است که آماده شدن یک پروژه ممکن است بیش‌ازحد انتظار طول بکشد. تحویل برخی از پروژه‌ها ممکن است روزها یا حتی هفته‌ها طول بکشد. یک عیب دیگر هم این است که برون‌سپاری قطعات معمولاً گران تمام می‌شود.
مزیت پرینترهای رومیزی این است که می‌توان قطعات را با سرعت بالاتری تولید کرد. همچنین هزینه‌ی بالای خرید پرینتر رومیزی برای یک کسب‌وکار که به‌طور مداوم به چاپ سه‌بعدی نیاز دارد، در عرض چند ماه جبران می‌شود. با خرید پرینتر رومیزی، شما فقط برای همان تعداد قطعاتی که نیاز دارید هزینه می‌کنید و دیگر نیازی به هزینه‌ی اضافه برای پرینترهای فرمت عریض ندارید. با وجود چند پرینتر رومیزی در کارگاهتان، می‌توانید قطعات را هم‌زمان با متریال مختلف تولید کنید.
ملاحظات بیشتر
محاسبه‌ی هزینه‌های مربوط به خریداری ماشین، تهیه‌ی مواد اولیه و نیروی کار ساده است. اما هزینه‌های غیرمستقیم تولید که به شکل مستقیم قابل ردگیری و محاسبه نیستند چه؟ در ادامه به بررسی این فاکتورها و مقایسه‌ی آن‌ها در چاپ داخلی و برون‌سپاری می‌پردازیم.
صرفه‌جویی در زمان: اگر می‌توانستید محصولتان را چند ماه زودتر به بازار عرضه کنید چه؟ یا زمان تحویل آماده‌سازی و تحویل سفارشات را روزها و حتی هفته‌ها جلو بیندازید؟ چاپ سه‌بعدی دقیقاً برای همین کار طراحی شده است. با چاپ سه‌بعدی می‌توان گردش کار کارخانه‌ای سنتی را به شکل چشم‌گیری سریع‌تر کرد. این کار امکان ایجاد یک مزیت رقابتی در بازار را برای شما فراهم می‌کند.
کیفیت بالاتر: چاپ سه‌بعدی امکان تولید قطعات بیشتر، گردش کار بهینه‌تر و محصول نهایی با کیفیت بسیار بالاتر را فراهم می‌کند. فناوری‌های چاپ سه‌بعدی همین‌طور می‌توانند نقص‌های مربوط به طراحی اولیه را خیلی زود تشخیص دهند و به این طریق، از تحمیل هزینه‌های بالا برای ایجاد اصلاحات و تنظیمات مجدد ابزارها جلوگیری کنند. همچنین از تولید زباله هم جلوگیری می‌شود.
ارتباطات: تولید قطعات و نمونه‌های بدون عیب و با کیفیت بالا، ارتباط کسب‌وکار شما را با مشتریان، فروشندگان و دیگر همکاران و صاحبان برند بهبود می بخشد.
حفاظت IP: اگر اطلاعات و داده‌هایی که با آن‌ها کار می‌کنید مهم‌اند، پس ساخت قطعات موردنیاز با یک پرینتر داخلی می‌تواند امنیت داده‌های شما را حفظ کند و سیستم‌های شما را از خطرهایی مثل هک، دزدی یا نشت داده‌ها محافظت کند.
منبع: formlabs.com
