Waarom is een 3D print soms duurder dan verwacht?

Waarom valt een 3D print soms duurder uit?

Bij professioneel 3D-printen gaat het vaak om functionele prototypes, kunststof onderdelen, maatwerk onderdelen of kleine series. In die gevallen is niet alleen de vorm belangrijk, maar ook de sterkte, passing, maatnauwkeurigheid, reproduceerbaarheid en betrouwbaarheid van het onderdeel.

De prijs van 3D-printen bestaat uit meerdere kostenfactoren

Veel mensen verwachten dat de prijs van een 3D print vooral wordt bepaald door het materiaalgewicht. Dat speelt mee, maar bij een professionele 3D-printservice is materiaal slechts één onderdeel van de totale kostprijs.

Voor het produceren van een onderdeel zijn meerdere stappen nodig. Het CAD-bestand of 3D-model moet worden gecontroleerd, de juiste printtechniek moet worden gekozen, het onderdeel moet goed worden gepositioneerd in de machine en de productie moet worden ingepland. Daarna volgen het printproces, reinigen, eventuele nabewerking en kwaliteitscontrole.

Daardoor kan een klein technisch onderdeel duurder zijn dan verwacht wanneer het veel detail bevat, een strakke passing nodig heeft of uit een hoogwaardige technische kunststof moet worden gemaakt. Andersom kan een groter onderdeel soms relatief efficiënt worden geproduceerd wanneer het ontwerp eenvoudig is, weinig nabewerking vraagt en goed past binnen een bestaande printbatch.

Formaat, materiaalvolume en bouwruimte

Het materiaalvolume is een belangrijke prijsfactor. Hoe meer kunststof poeder, filament, hars of resin nodig is, hoe hoger de materiaalkosten meestal worden. Toch zegt het gewicht van het onderdeel niet alles. Ook de buitenmaten en de ruimte die het onderdeel inneemt in de bouwkamer zijn belangrijk.

Een lang, hoog of ongunstig gevormd onderdeel kan veel machinecapaciteit gebruiken, zelfs wanneer het relatief weinig materiaal bevat. Bij poederbedtechnieken zoals SLS 3D-printen en MJF speelt de benutting van het bouwvolume een grote rol. Onderdelen die efficiënt samen met andere onderdelen in één batch passen, kunnen vaak gunstiger worden geproduceerd dan onderdelen die veel lege ruimte veroorzaken.

Bij kleine series kan nesting helpen. Daarbij worden meerdere kunststof onderdelen slim in het beschikbare bouwvolume geplaatst. Zo worden voorbereiding, machinegebruik, afkoeling en nabewerking verdeeld over meerdere stuks. Dat kan de prijs per onderdeel verlagen, vooral bij herhaalbare technische onderdelen of maatwerk onderdelen in kleine oplage.

Complexiteit van het 3D-model

3D-printen en additive manufacturing bieden veel ontwerpvrijheid. Interne kanalen, organische vormen, geïntegreerde functies en lichte structuren zijn vaak mogelijk zonder matrijs of speciaal gereedschap. Toch betekent ontwerpvrijheid niet dat elk ontwerp automatisch goedkoop te produceren is.

Een ontwerp kan duurder worden door:

• dunne of kwetsbare wanddiktes;
• kleine details die extra controle vragen;
• hoge eisen aan toleranties en maatvoering;
• holle ruimtes waar poeder, hars of support lastig uit te verwijderen is;
• kans op kromtrekken, vervorming of breuk;
• klikverbindingen, scharnierfuncties of passing met andere onderdelen;
• extra controle op functionele of kritische maten.

Een onderdeel dat visueel goed lijkt, is niet altijd optimaal ontworpen voor het productieproces. Bij industrieel 3D-printen is het daarom belangrijk om het ontwerp af te stemmen op de gekozen techniek, het materiaal en de uiteindelijke toepassing. Dit wordt vaak Design for Additive Manufacturing genoemd.

Materiaalkeuze en technische eisen

De materiaalkeuze heeft grote invloed op de kosten van een 3D print. Een eenvoudig zichtmodel of conceptmodel vraagt om andere eigenschappen dan een functioneel prototype of technisch kunststof onderdeel dat mechanisch wordt belast.

Voor zakelijke toepassingen zijn eigenschappen zoals sterkte, stijfheid, flexibiliteit, slijtvastheid, temperatuurbestendigheid, chemische bestendigheid en maatvastheid vaak belangrijk. Technische kunststoffen zijn doorgaans duurder dan standaard materialen, maar ze bieden betere prestaties voor productontwikkeling, testen en industriële toepassingen.

Veelgebruikte materialen zijn onder meer PA12 en PA11 voor sterke kunststof onderdelen, TPU voor flexibele materialen en glasvezelversterkte kunststoffen voor extra stijfheid. Bij FDM worden materialen zoals PLA, PETG en ABS gebruikt, afhankelijk van de toepassing. SLA werkt met vloeibare hars of resin en wordt vaak gekozen wanneer detailniveau en oppervlaktekwaliteit belangrijk zijn.

Een 3D print kan dus duurder uitvallen wanneer het onderdeel niet alleen de juiste vorm moet hebben, maar ook functioneel moet presteren in een praktijksituatie.

Verschillen tussen SLS, MJF, FDM en SLA

Niet elke 3D-printtechniek heeft dezelfde prijsopbouw. De techniek bepaalt onder andere de materiaalkosten, printtijd, machinecapaciteit, oppervlaktekwaliteit, maatnauwkeurigheid en nabewerking.

SLS staat voor Selective Laser Sintering. Hierbij wordt een onderdeel laag voor laag opgebouwd in kunststof poeder. Omdat het omliggende poeder het onderdeel ondersteunt, zijn meestal geen aparte supportstructuren nodig. Dat maakt SLS geschikt voor complexe vormen, functionele prototypes en kleine series.

MJF, oftewel Multi Jet Fusion, werkt ook met poeder, maar gebruikt een ander proces voor het selectief verbinden van het materiaal. Deze techniek is vaak interessant voor sterke kunststof onderdelen en seriematige productie.

FDM werkt met filament dat laag voor laag wordt neergelegd. Deze techniek kan geschikt zijn voor eenvoudige prototypes, grotere modellen en functionele testonderdelen, maar de zichtbare laagopbouw en supportstructuren kunnen extra afwerking vragen.

SLA werkt met vloeibare hars of resin die met licht wordt uitgehard. Deze techniek is geschikt voor fijne details en gladde oppervlakken, maar vraagt vaak om supportverwijdering, reinigen en nabehandeling.

Nabewerking en oppervlaktekwaliteit

Een 3D print is na het printen niet altijd direct klaar voor gebruik. Afhankelijk van de techniek, toepassing en gewenste printkwaliteit kan nabewerking nodig zijn. Denk aan ontpoederen, reinigen, stralen, schuren, polijsten, kleuren, impregneren, lakken, vapor smoothing of het plaatsen van inserts en schroefdraadbussen.

Nabewerking verhoogt de kosten omdat er extra arbeid, materiaal en procescontrole nodig zijn. Een prototype voor interne passing hoeft vaak minder strak afgewerkt te worden dan een zichtdeel voor een klantpresentatie of een eindproduct dat regelmatig wordt gebruikt.

Ook oppervlaktekwaliteit speelt mee. Een standaard technisch oppervlak is meestal voordeliger dan een glad, gekleurd of representatief oppervlak. Bij SLA kunnen reinigen en uitharden noodzakelijk zijn. Bij SLS en MJF kan ontpoederen, stralen of kleuren nodig zijn om het gewenste eindresultaat te bereiken.

Toleranties, wanddikte en maatnauwkeurigheid

Bij professioneel 3D-printen draait het vaak om meer dan alleen de vorm. Onderdelen moeten soms passen in een assemblage, aansluiten op bestaande componenten of voldoen aan technische specificaties. In dat geval worden toleranties, wanddikte en maatnauwkeurigheid belangrijk.

Strakkere toleranties kunnen de prijs verhogen, omdat er meer aandacht nodig is voor printoriëntatie, materiaalgedrag, krimp, vervorming en controle achteraf. Soms is een proefprint nodig om te testen of een passing, klikverbinding, schroefdraad of scharnierfunctie goed werkt.

Niet elke maat hoeft even nauwkeurig te zijn. Door in het ontwerp onderscheid te maken tussen kritische maten en minder kritische maten, kunnen kosten beter worden beheerst. Voor engineers en productontwikkelaars is het daarom belangrijk om vooraf duidelijk vast te leggen welke functies essentieel zijn.

Spoedproductie, levertijd en planning

Een korte levertijd kan een 3D print duurder maken. Spoedproductie vraagt om snellere planning, prioriteit in het productieproces en soms een minder efficiënte batchindeling. Bij technieken zoals SLS en MJF is het vaak voordeliger om meerdere onderdelen samen in één bouwkamer te produceren. Wanneer één onderdeel met spoed apart moet worden ingepland, kan de prijs stijgen.

Levertijd hangt bovendien niet alleen af van de printtijd. Ook bestandscontrole, werkvoorbereiding, afkoeling, reiniging, nabewerking, kwaliteitscontrole en verzending tellen mee. Vooral bij technische onderdelen, functionele prototypes of kleine series kan de planning invloed hebben op de uiteindelijke kosten.

Waarom één onderdeel relatief duur kan zijn

3D-printen is zeer geschikt voor rapid prototyping, maatwerk onderdelen en kleine series, maar één enkel onderdeel is niet altijd goedkoop. Dat komt doordat vaste stappen zoals beoordeling van het STL-bestand of STEP-bestand, werkvoorbereiding, machine-instelling en nabewerking ook bij één stuk nodig zijn.

Bij meerdere stuks worden deze vaste kosten verdeeld over de oplage. Daardoor kan de prijs per onderdeel dalen bij bijvoorbeeld vijf, tien of vijftig stuks. Dit is een belangrijk verschil tussen een enkel prototype laten maken en onderdelen laten 3D-printen in kleine serie.

Voor zeer grote aantallen kan een traditionele productiemethode, zoals spuitgieten, uiteindelijk voordeliger zijn per stuk. Daar staan wel hogere opstartkosten, matrijskosten en langere voorbereidingstijden tegenover. 3D-printen blijft vooral interessant wanneer flexibiliteit, ontwerpvrijheid, maatwerk of een korte ontwikkeltijd belangrijker zijn dan de laagst mogelijke stukprijs bij massaproductie.

Het 3D-bestand bepaalt hoe voorspelbaar de offerte is

Een goed 3D-bestand maakt de prijs beter voorspelbaar. Bestanden met fouten, open vlakken, dubbele geometrie, te dunne wanden of onduidelijke schaal kunnen extra controle of herstel vragen. Ook ontbrekende informatie over materiaal, toepassing, gewenste afwerking of aantal stuks kan leiden tot onzekerheid in de prijsbepaling.

Voor een betrouwbare offerte of prijsindicatie zijn vooral deze gegevens belangrijk:

• een geschikt CAD-bestand, STL-bestand of STEP-bestand;
• het gewenste aantal stuks;
• de toepassing van het onderdeel;
• de materiaalvoorkeur of functionele eisen;
• gewenste nabewerking of oppervlaktekwaliteit;
• kritische toleranties, passingen of wanddiktes;
• gewenste levertijd;
• eventuele eisen aan sterkte, flexibiliteit of slijtvastheid.

Hoe duidelijker deze informatie is, hoe beter de 3D-printtechniek, materiaalkeuze en afwerking kunnen worden afgestemd op de toepassing. Dat voorkomt dat een prijs achteraf hoger uitvalt door ontbrekende technische gegevens.

Samenvatting

Een 3D print is soms duurder dan verwacht omdat professioneel 3D-printen meer omvat dan alleen materiaal en machinegebruik. De prijs wordt bepaald door een combinatie van ontwerp, materiaalvolume, bouwruimte, printtechniek, materiaalkeuze, toleranties, wanddikte, nabewerking, kwaliteitscontrole, levertijd en oplage.

Voor zakelijke toepassingen is de goedkoopste printoptie niet altijd de meest geschikte keuze. Een functioneel prototype, sterk kunststof onderdeel of maatwerk onderdeel moet vaak voldoen aan eisen voor sterkte, passing, oppervlaktekwaliteit en betrouwbaarheid. Door al in de ontwerpfase rekening te houden met materiaal, geometrie, maatvoering, wanddikte, toleranties en afwerking wordt de prijs beter voorspelbaar en kan het onderdeel efficiënter worden geproduceerd.

Bij terugkerende onderdelen of grotere aantallen kan serieproductie met 3D-printen helpen om vaste kosten beter over de oplage te verdelen, mits het ontwerp, materiaal en productieproces daarvoor geschikt zijn.