Từ trước tới nay, công nghệ sản xuất bồi đắp kim loại luôn được biết đến bởi chi phí cao. Nhưng cuộc chơi đang dần thay đổi. Giờ đây, nó thậm chí còn dễ tiếp cận hơn so với những phương pháp như đúc phun kim loại. Vậy, các lựa chọn khi nói đến giải pháp in 3D kim loại chi phí thấp là gì?

Hiệu quả chi phí của in 3D Kim Loại: Tổng quan

Trong nhiều năm, sản xuất bồi đắp kim loại (AM) luôn có vị trí độc lập so với với in 3D nhựa. Khi máy in FDM/FFF trở nên dễ tiếp cận hơn với người tiêu dùng từ những năm 2010, thì in 3D kim loại phần lớn vẫn là một công nghệ công nghiệp. Chi phí phải bỏ ra để sở hữu một chiếc máy đôi khi vượt 1 triệu đô la.

Cho đến nay, in 3D kim loại vẫn có giá thành cao. Nhưng cục diện đang thay đổi từng ngày. Các công ty hóa chất đã phát triển các sợi vật liệu kim loại giá rẻ. Các nhà sản xuất đang chế tạo máy in vật liệu bột với giá cả phải chăng và thấp hơn nhiều so với EOS, các công ty khởi nghiệp như Desktop Metal cũng cung cấp các giải pháp bàn để bàn tiên tiến hơn. Metal AM đã ngày càng dễ tiếp cận hơn. Những chiếc máy in 3D kim loại có giá thành rẻ đang xuất hiện ngày càng nhiều. Tuy nhiên, không vì có mức giá dễ tiếp cận mà chất lượng suy giảm. Ngược lại, chúng đang tạo ra các nguyên mẫu, dụng cụ và một số chi tiết thực chất lượng cao.

Tất nhiên, một máy in giá rẻ đối với một công ty lớn vẫn có thể rất đắt đối với người tiêu dùng. Vì vậy, bài viết này sẽ đề cập đến giải pháp in 3D kim loại với mức giá phải chăng từ các góc độ khác nhau: người tiêu dùng, tính chuyên nghiệp và tiêu chuẩn công nghiệp, bao gồm cả phần cứng, vật liệu và chi phí xử lý hậu kỳ.

 

Công Nghệ In 3D Kim Loại Với Giá Cả Phải Chăng

Công nghệ FFF/FDM kim loại

Phù hợp với: người tiêu dùng, chuyên nghiệp, công nghiệp

FDM là công nghệ in 3D có giá cả phải chăng nhất. Tuy nhiên, cho đến gần đây, cách duy nhất để in các chi tiết “kim loại” trên máy in 3D FDM là sử dụng các sợi vật liệu chứa kim loại. Điển hình như kim loại sợi PLA chứa đồng. Tuy nhiên, các loại vật liệu này thường sử dụng cho mục đích thẩm mỹ và thiếu các cơ tính của các bộ phận kim loại thực sự.

Vào năm 2019, công ty hóa chất BASF đã ra mắt Ultrafuse 316L. Đây là loại vật liệu hỗn hợp với chất kết dính polymer có thể được loại bỏ thông qua quá trình tách chất xúc tác. Nó giúp các bộ phận in 3D được cấu thành hoàn toàn bằng thép không gỉ. Vật liệu này tương thích với bất kỳ máy in FDM nào.  Tuy nhiên, yêu cầu nhiệt độ in là 230 ° C và đầu đùn làm bằng thép cứng. Các chi tiết (thường là nguyên mẫu) có thể được gửi đến cơ sở của bên thứ ba để thực hiện các bước xử lý và thiêu kết.

Một số giải pháp in 3D công nghệ FFF

Một số nhà sản xuất máy in 3D FFF đã tung ra các sản phẩm để khai thác tiềm năng của FFF kim loại với các sợi kim loại Ultrafuse. Dưới đây là một số giải pháp đáng chú ý:

• Bộ nâng cấp cho máy in 3D hiện có: thường là bộ nâng cấp tương thích với các sợi kim loại chịu mài mòn. Ví dụ như BCN3D tung ra Metal Pack (1099 €). Đây là một lựa chọn mở rộng bao gồm vật liệu kim loại tương thích với loạt máy in 3D để bàn Epsilon của họ.
• Máy in 3D FFF kim loại chuyên dụng: 3DGence ra mắt MP260 (từ $20k) trong dòng máy Element của họ – một máy in 3D kim loại nhỏ gọn được thiết kế như một giải pháp tiết kiệm chi phí cho các công ty sản xuất MIM.
• Hệ thống FFF kim loại đầu – cuối: bao gồm máy in 3D FFF kim loại, cùng với các hệ thống tách chất kết dính kết và thiêu kết. Ví dụ, vào cuối năm 2021, Raise3D đã giới thiệu MetalFuse, một giải pháp chìa khóa trao tay bao gồm máy in 3D kim loại để bàn Forge1, lò loại bỏ chất D200-E, lò thiêu kết S200-C và phần mềm phân lớp ideaMaker Metal.
• Chi phí phần cứng: $ 200 +
• Chi phí vật liệu liệu: $ 130 / kg
• Chi phí xử lý hậu kỳ: $ 50 / kg (thuê ngoài)

 

Công nghệ kết dính kim loại (BMD)

Phù hợp với: chuyên nghiệp, công nghiệp

Trước khi có vật liệu BASF Ultrafuse, in 3D kim loại tiết kiệm chi phí trong môi trường phi công nghiệp được thống trị bởi hai công ty. Đó chính là Markforged và Desktop Metal. Cả hai đều sử dụng một biến thể của công nghệ BMD. Nói một cách chính xác, BMD là thuật ngữ được đăng ký nhãn hiệu cho công nghệ của Desktop Metal.

Từ quan điểm kỹ thuật, BMD là một dạng ép đùn. Tuy nhiên, các thiết bị này là được bán kèm cùng hệ thống xử lý sau (loại bỏ chất/thiêu kết). Tất cả nhằm mục đích cung cấp giải pháp đầu – cuối. Lò thiêu kết chiếm một lượng đáng kể trong tổng chi phí phần cứng. Mặc dù chi phí máy móc cao nhưng quá trình BMD có chi phí bổ sung thấp hơn. Các chi phí này bao gồm nhân công, nâng cấp cơ sở, xử lý sau, v.v. Nó xử lý được vấn đề về chi phí so với công nghệ in 3D kim loại công nghiệp như PBF. Điều này khiến nó có giá cả phải chăng hơn cho các công ty có quy mô vừa.

Hệ thống kim loại kết dính thường sử dụng vật liệu độc quyền có giá cao hơn một chút so với sợi kim loại được nhắc tới ở trên.

• Chi phí phần cứng: 100.000 đô la trở lên
• Chi phí vật liệu: $ 150 / kg +
• Chi phí xử lý hậu kỳ: tuỳ thuộc vào đơn vị, vừa phải

 

Công nghệ in 3D bột kim loại cơ bản (PBF)

Phù hợp với: công nghiệp

Có thể thấy, nhà sản xuất phần cứng in 3D kim loại nhiều hơn các nhà sản xuất máy in 3D nhựa. Tuy nhiên, số lượng đó đang dần tăng lên. Điều này giúp các công nghệ như PBF (DMLS / SLM) và DED cạnh tranh về giá hơn.

Các nhà ông lớn của công nghệ PBF như EOS và SLM Solutions ngày nay được sát nhập bởi các công ty phần cứng cung cấp các giải pháp in kim loại cơ bản hiệu quả về chi phí như Xact Metal, One Click Metal và 3DLAM. Hệ thống PBF có giá thấp nhất của One Click Metal, MPRINT +, có giá 110.000 đô la. Trong khi đó, máy rẻ nhất của Xact Metal, XM200G, có giá 90.000 đô la. Cả hai hệ thống đều có kích thước xây dựng là 150 x 150 x 150 mm. Máy lớn nhất hiện có của Xact Metal, XM300G (300 x 300 x 350 mm), có giá 200.000 USD.

Điều đó nói rằng, việc xử lý hậu kỳ các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ PBF vẫn khá đắt. Việc loại bỏ phần dư thường yêu cầu phải cưa cắt. Trong khi đó, các bước xử lý hậu kỳ bổ sung như xử lý nhiệt, giảm áp lực và hậu gia công có thể cần thiết để đạt được chất lượng tương đương MIM.

• Chi phí phần cứng: $ 90,000 +
• Chi phí vật liệu: $ 50 / kg +
• Chi phí xử lý hậu kỳ: Cao

 

SLS kim loại

Phù hợp với: công nghiệp

Dẫn đầu trong công nghệ SLS kim loại là công ty Headmade Materials của Đức. Họ cung cấp cả phần cứng và dịch vụ in 3D kim loại. Công nghệ mà họ sử dụng được gọi là Cold Metal Fusion. Giá cả cho công nghệ này hiện không được công khai. Tuy nhiên, Headmade tuyên bố sẽ cung cấp “chi phí đầu tư thấp nhất” so với bất kỳ quy trình in 3D kim loại nào.

 

In 3D Kim Loại: đầu tư hay thuê ngoài?

Những chi phí cần xem xét khi đầu tư máy in 3D kim loại

Thứ đắt đỏ nhất của công nghệ in 3D kim loại chính là phần cứng. Do đó các máy in kim loại chuyên dụng thường có giá từ 100.000 đến 1.000.000 đô la.

Ngoài ra cũng có các chi phí phát sinh khi mua một máy in 3D kim loại. Chẳng hạn như chi phí lắp đặt, nâng cấp cơ sở vật chất (chẳng hạn như thiết bị an toàn cháy nổ), và thiết bị xử lý hậu kỳ. Không chỉ vậy, hệ thống có thể đòi hỏi một nhân viên vận hành có tay nghề cao. Từ đó kéo theo chi phí về các khóa đào tạo cho đội ngũ nhân viên hiện có.

Giải pháp

Do những chi phí này, người dùng nên cân nhắc xem nên có nên đầu tư hay không. Hiện tại các dịch vụ in 3D kim loại thực sự chưa phổ biến. Nó chỉ có mặt tại một số quốc gia, khu vực phát triển. Giá thành cho một chi tiết kim loại có kích thước 60 x 31 x 48 mm, được cung cấp bởi Materialise rơi vào khoảng từ 200 đô la (nhôm tiêu chuẩn) cho đến 500 đô la (titan hiệu suất cao) cho mỗi bộ phận, bao gồm cả xử lý hậu kỳ.

Các doanh nghiệp đang tìm kiếm con đường đến với máy in 3D kim loại với mức giá phù hợp phải tính toán lợi tức đầu tư cho một máy in 3D kim loại để xem liệu việc đầu tư vào một chiếc máy in này có hợp lý hay không. Để tìm hiểu khoảng bao nhiêu tháng để máy in sinh lãi, hãy chia chi phí đầu tư trả trước (bao gồm máy móc, nâng cấp và tất cả các thiết bị khác) cho khoản tiết kiệm dự kiến hàng tháng, tức là chênh lệch chi phí giữa sản xuất nội bộ ( bao gồm nhân lực, vật tư tiêu hao, chi phí năng lượng, v.v.) và sản xuất thuê ngoài (chi phí bộ phận, chi phí vận chuyển, v.v.).

Cân nhắc các tùy chọn

Nói một cách đơn giản, hai con đường hợp lý nhất để tiếp cận in 3D kim loại hiện nay là FDM kim loại và thuê bên thứ 3 sản xuất. Công nghệ này cũng có thể đạt được các đặc tính nhất định của kim loại bằng cách sử dụng polyme hoặc vật liệu tổng hợp hiệu suất cao.

Như vậy, người mua nên nhớ rằng sản xuất bồi đắp kim loại có thể trở thành một công cụ tạo ra lợi nhuận quan trọng trong dài hạn. Một công ty có kế hoạch kinh doanh hiệu quả có thể thấy rằng việc đầu tư vào hệ thống PBF thể hiện giá trị tuyệt vời trong vài năm mặc dù có chi phí đầu tư cao.