【機床商務(wù)網(wǎng)欄目 市場分析】盡管增材制造技術(shù)有許多優(yōu)勢，但是它在工業(yè)上仍然難以與傳統(tǒng)的減法和成形技術(shù)一起，在工業(yè)中獲得更大的吸引力。阻礙AM應(yīng)用的大障礙之一是成本。原料和設(shè)備的價格持續(xù)下降，而問題是，將現(xiàn)有的金屬部件與AM金屬部件進行比較，至少有8 / 10的情況，是對現(xiàn)有部件有利的。
 

　　要理解為什么會這樣，我們需要理解材料、設(shè)備和后處理成本是如何驅(qū)動金屬零件的成本的。這樣，我們就可以深入了解驅(qū)動AM業(yè)務(wù)的因素，為了便于說明，我們可以開發(fā)一個簡單的方程式來估算使用激光粉底熔合技術(shù)制造的金屬AM部件的成本——這是許多公司目前正試圖工業(yè)化的AM技術(shù)。首先，我們需要調(diào)和這樣一個事實，即金屬粉末原料每磅(或公斤)比同等的棒材原料貴5-10倍。因此，為了使材料成本具有競爭力，現(xiàn)有部件的買飛比(所購材料的數(shù)量與成品部分的材料數(shù)量)至少需要5：1(或10：1)。換句話說，如果現(xiàn)有的零件是用減法制造的，那么80%-90%的采購材料必須以廢料的形式結(jié)束，這樣AM零件的直接材料成本才能與之媲美。當然，另一種可能性是，我們可以自由地重新設(shè)計和輕量化AM部件，但情況并不總是如此。
 

　　第二大因素是激光粉末床融合(PBF)系統(tǒng)的每小時運行成本。在過去五年里，隨著新技術(shù)的引入，設(shè)備的成本開始大幅下降。例如，3D systems、EOS、GE、Renishaw、SLM Solutions等公司的單激光PBF系統(tǒng)現(xiàn)在的售價為30萬至60萬美元(約為過去價格的1/3到1/3)，而Xact Metal等初創(chuàng)公司的入門級單激光PBF系統(tǒng)售價為10萬美元。如果將成本分攤到系統(tǒng)的使用壽命(通常為5-7年，4000 - 6000小時/年)，那么大多數(shù)激光PBF系統(tǒng)的每小時運行成本低至10- 30美元/小時，Xact Metal的每小時運行成本為3- 5美元/小時，這看起來似乎非常合理。
 

　　如果每小時的運營成本與中小型銑床持平，那么金屬AM為何如此昂貴？這是因為大多數(shù)單激光PBF系統(tǒng)的構(gòu)建速度為0.5-2 in3/hr。雙激光和四激光PBF系統(tǒng)的建造速度將是現(xiàn)在的兩到四倍，但多激光系統(tǒng)的造價在100萬美元到200萬美元之間，因此需要75- 100美元/小時的運營費用。這完全可以與銑床相媲美。然而，沒有任何激光PBF系統(tǒng)以報告的速度運行，就像汽車沒有顯示汽油里程一樣。幸運的是，激光PBF系統(tǒng)的平均性能要好于汽車燃油的經(jīng)濟性，我們發(fā)現(xiàn)將公布的建造率降低20%(即建造率是報告的80%)，完全是一個合理的估值。但是你要記住，該構(gòu)建速率僅用于激光曝光時間;每一層涂新粉所需的時間需要添加到構(gòu)建的時間中。這很容易計算:只需將大建筑高度除以層厚度，然后將層數(shù)乘以重新粉刷每一層的時間，在目前的PBF系統(tǒng)中，重新粉刷每一層通常需要6-12秒。
 

　　后一塊簡單的成本方程，是后處理成本。因為在激光PBF系統(tǒng)上沒有金屬AM部件，可以在建成后使用。粉末去除，應(yīng)力消除，零件從構(gòu)建板去除，熱處理，機加工，精加工，檢驗等，可以使一個金屬AM零件的成本增加兩倍或三倍，而且很容易在計劃中再增加一周或兩到三個月，這取決于內(nèi)部和外包的情況。
 

　　用2019年Wohlers報告中的一項調(diào)查結(jié)果，來估計這些額外的后處理步驟的成本，結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)AM零件的前后處理成本占零件成本的近40%，印刷成本占總成本的60%(準確的說是59.2%)。盡管人們對于這些百分比在工藝、材料和零件上的差異有相當大的討論，但事實卻是，如果我們能夠估計打印零件的成本，那么我們就可以通過將印刷成本除以60%(或減去我們想要歸因于前/后處理的任何百分比)來估算總成本。
 

　　那么印刷成本到底是多少呢?一旦我們知道了零件的體積和制造高度以及材料——就不需要CAD模型，這可能會讓很多人感到驚訝。我們用零件的體積除以材料報告的建造率(遞減80%)，這給我們提供了以秒為單位的激光曝光時間。接下來，我們將大建筑高度除以材料的層厚，然后乘以6-12秒來獲得花費的時間(平均為8秒)。然后將這兩者相加，我們就可以得到構(gòu)建時間，然后乘以每小時的操作成本，來獲得機械成本。
 

　　對于材料成本，我們只需將零件體積乘以材料密度和每磅(或千克)該材料粉末原料的成本。如果我們再加上材料和設(shè)備成本，就能得到打印零件的成本，然后除以0.60(或者簡單地乘以2，如果我們認為預(yù)處理/后處理是總成本的50%)，得到終的總成本。下面的附圖中有一個方程的例子。
 

 

　　雖然過于簡化了AM的許多方面，但它為估算金屬AM部件的成本，提供了一個很好的起點。
 

　　(原標題：Industrializing AM: A Simple Cost Equation)