大型 3D 打印服务：完整制造指南

2024 年，全球 3D 打印市场规模达到 $153.9 亿美元，预计 2025 年将增长到 $161.6 亿美元，随着制造商从原型设计转向生产，工业平台将占据 2024 年 72.14% 的支出。对于业余爱好者和小型产品开发团队来说，台式机的工作性能很好。但当福特需要仪表盘原型或波音需要全尺寸的机翼支架时，台式机就变得毫无用处了。这就是 大幅面 3d 打印机 系统可处理在任何方向拉伸 36 英寸或更长的组件。

试想一下：一台标准台式打印机的最大尺寸约为 12 立方英寸。工业用 大 3d 打印服务 在单次打印中就能生产从汽车夹具到建筑模型的所有产品。尺寸上的差异并不仅仅是尺寸上的，而是在实际制造应用中的可能性。

制造商为何选择大幅面三维打印

过去几年，生产需求发生了巨大变化。过去需要等待数月才能获得原型的公司，现在希望在数天内就能获得零件，而传统的制造方式难以满足这些期望。向快速成型制造的转变不仅仅是为了采用新技术，更是为了在速度决定竞争优势的市场中生存。

速度提升

传统制造大型部件需要数周时间。 大型 3d 打印服务 将时间压缩到 3-10 天。2025 年，通用电气航空航天集团宣布投资 10 亿美元，扩大其在美国的制造能力，重点关注增材制造。

传统方法的实际情况是：提交设计、等待报价、批准模具图纸、等待模具制造、进行试模、调整参数，最后获得零件。每个步骤都需要时间。使用大幅面印刷，周一上传文件，周五就能收到成品零件。没有模具延误，没有最低数量，没有任何借口。

通用电气航空航天公司的 LEAP 燃料喷嘴证明了这一点。20 个独立的部件焊接在一起变成了一个打印部件，重量只有 25%，而且只需很短的时间即可完成。航空公司并不关心制造方法，他们关心的是节省燃料和维护时间。印刷喷嘴可以实现这两点。

部分合并的好处

波音公司在 B787 飞机上采用打印钛支架，提供了高可见度的适航证明。将多个组件组合到单个印刷品中可降低成本：

• 30-50% 的组装时间
• 通过消除联合故障
• 库存复杂性
• 供应链依赖性

大多数工程师在学习设计零件时，都会考虑到传统的制造限制。独立的部件通过螺栓或焊接连接在一起，因为这是机械车间的工作方式。但这些连接点会产生薄弱点、增加重量并需要检查。如果将整个组件打印成一个整体，这些问题就会迎刃而解。

波音公司采用这项技术并不是因为它看起来很有创意。他们之所以采用这种技术，是因为将部件数量从五个减少到一个，可以节省装配劳动力，消除潜在的泄漏点，并减少需要在供应链中跟踪的部件数量。当你要制造数百架飞机时，这些节省就会迅速成倍增加。

降低成本

注塑模具的成本为 $50,000-$200,000 美元。 大型 3d 打印服务 在小批量生产时，零工具投资。与 CNC 加工相比，材料损耗降低了 90%，这在加工钛合金或航空合金时至关重要，每公斤材料损耗为 $80-300。

小批量生产（500 件以下）无需模具费，经济上可行。

没有人愿意向管理层解释为什么生产 50 个零件需要一个 $150,000 的模具。传统的制造经济迫使公司做出尴尬的选择：要么支付昂贵的模具费用，要么放弃项目。大幅面印刷则完全消除了这种困境。需要 10 个零件？印刷 10 个零件。需要 200 个？印刷 200 个。低于几千件的任何批量都可以使用该设备。

数控加工能制造出精美的零件，但昂贵的金属屑却会填满废料箱。一个 10 磅重的钛合金块被加工成一个 2 磅重的零件，而这 8 磅重的金属屑却要花不少钱。打印只制造所需的部分，将材料精确地沉积在设计需要的地方。

设计自由

复杂的内部通道、晶格结构和有机几何形状成为可能。增材制造可在整合多部件组件的同时减轻 40-60% 的重量。重量优化不会牺牲强度。

空中客车公司将这种方法应用于 A350 支架，在保持整个机身结构完整性的同时大幅减轻了重量。

传统制造迫使设计师从刀具接触的角度进行思考。切削工具能否触及该特征？零件能否从模具中脱模？这些限制在快速成型制造中都不复存在。想要按照加热表面的轮廓设计冷却通道？打印出来。需要坚固但几乎没有重量的晶格结构？设计并打印出来。

航空航天领域的重量几乎比其他任何领域都重要。飞机结构重量减轻 10 磅，就能在飞机寿命期内节省数千加仑的燃料。但你不能只把零件做得更薄，它们仍然需要承受载荷。通过晶格结构和拓扑优化，工程师们可以从应力不大的地方去除材料，同时在负载集中的地方保留材料。

使用大幅面 3D 打印机的行业

不同行业采用这种技术的原因大相径庭。适用于航空航天领域的技术并不总是适用于汽车领域，而医疗应用则面临着建筑业从未遇到过的监管障碍。了解这些区别有助于确定大幅面印刷的最大价值所在。

航空航天制造

2024 年，全球航空航天 3D 打印市场达到 $35.3 亿美元，预计到 2032 年将增长到 $145.3 亿美元。北美占据了全球40%的市场份额。 航天 波音、洛克希德-马丁和通用电气航空将推动 2024 年 3D 打印市场的发展。

SpaceX 于 2024 年 9 月与 Velo3D 签订了价值 $8 百万美元的非排他性许可协议，表明该公司在金属增材制造领域的持续投资。SpaceX 使用铬镍铁合金在发动机部件内部创建冷却通道，以应对发射过程中的高温和高压。

航空航天认证流程让冰川看起来很快。一个新部件获准用于飞行需要数年的测试和记录。然而，波音、SpaceX 和劳斯莱斯都在打印部件上投入了巨资。除非该技术能带来可衡量的优势，否则他们不会接受这些认证费用。

火箭发动机的工作条件非常苛刻--极高的温度、腐蚀性推进剂和振动会破坏大多数材料。SpaceX 打印发动机部件，是因为传统的制造工艺无法制造出设计所需的内部冷却几何形状。这些冷却通道需要遵循复杂的三维路径，而机械加工根本无法实现。

汽车生产

2024 年，汽车行业将获得 30.47% 的 3D 打印收入。制造商使用 大幅面 3d 打印机 系统，用于全尺寸原型、定制工具和生产夹具。电动汽车开发商在快速设计迭代阶段尤其受益匪浅。

仪表板部件、轻质结构件和装配夹具是常见的应用领域。交货时间从数月缩短至数周。

汽车公司的生死取决于上市时间。晚六个月上市，竞争者就会占据细分市场。传统的模具制造时间表与现代产品开发周期不相适应，尤其是电动汽车，随着电池技术的改进，其设计也在迅速发展。

夹具和固定装置听起来可能并不令人兴奋，但它们的传统生产成本高昂且耗时较长。一个复杂的焊接夹具可能要花费 $30,000 美元和 12 周的时间来制作。如果用打印来代替，只需两周就能交货，而成本只是传统方法的一小部分。当设计变更需要修改夹具时，打印新的夹具，而不是重新加工金属组件。

医疗设备

生物相容性钛和医用级聚合物实现了 FDA 批准的设备生产。据医院报告，当外科医生在打印的解剖模型上练习时，手术时间缩短了 40%。定制假肢、手术导板和病人专用植入物的应用范围不断扩大。

每个患者的解剖结构都略有不同，但传统的制造工艺生产的是标准化的尺寸。外科医生会尽可能根据患者的具体情况调整标准化植入物。而打印技术则颠覆了这一模式--使植入体与患者的确切解剖结构相匹配。

当外科医生能够手持病人解剖结构的实体模型时，手术规划就会得到显著改善。在屏幕上查看 CT 扫描会发现问题，但操作打印出来的模型可以发现平面图像所忽略的空间关系。复杂的颅骨或脊柱手术受益最大，因为了解了三维结构，就不会出错。

建筑应用

2024 年，建筑三维打印同比增长 111%。 大型 3d 打印服务 生产建筑构件、装饰板和结构件，大大节省材料。建筑公司可在数天而不是数周内完成详细的比例模型，从而加快客户审批速度。

传统的模型制作需要熟练的工匠花费数周时间对建筑模型进行切割、粘合和修饰。客户希望快速看到设计，但高质量的模型需要时间。打印改变了这一等式--加载数字模型，开始打印，第二天早上就能看到完成的模型。

建筑构件是一种较新的应用。使用传统模板生产具有复杂图案的混凝土装饰板需要花费巨额成本。每块独特的面板都需要自己的模具。直接打印面板，复杂性不需要额外成本。建筑师获得了设计自由，这在以前是无法实现的。

大幅面系统的材料选择

选择错误的材料会浪费资金并延误项目。工程师经常会因为缺乏性能要求与实际应用需求的明确指导而过度指定材料。材料的选择会影响到从打印时间到最终零件强度的方方面面，因此这一决定是整个流程中最关键的决定之一。

工程塑料

ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）

• 耐热性：176°F
• 成本：$15-25/公斤
• 应用：功能原型、汽车内饰

尼龙（PA12）

• 出色的耐用性和灵活性
• 耐化学腐蚀
• 非常适合需要抗冲击性的终端零件

PEEK（聚醚醚酮）

• 耐热性480°F
• 成本：$200-300/公斤
• 医疗和航空航天应用

聚碳酸酯

• 耐热性：266°F
• 透明而坚韧
• 安全设备、光学元件

金属合金

铝合金

• 成本：$80-120/公斤
• 轻质强度
• 散热器、结构件、电子外壳

钛合金（Ti-6Al-4V）

• 生物相容性
• 出色的强度重量比
• 航空航天部件、医疗植入物

不锈钢 316L

• 成本：$60-100/公斤
• 耐腐蚀
• 食品加工、手术器械

铬镍铁合金 718

• 在极端温度下保持强度
• 涡轮发动机，高温应用

制造方法比较

方法	设置成本	准备时间	最佳音量	设计灵活性
大幅面三维打印	$0	3-10 天	1-500 个单位	优秀
数控加工	低	5-15 天	1-100 个单位	良好
注塑成型	$50K-$200K	8-16 周	5,000 多个单位	有限公司
压铸	$10K-$50K	6-12 周	1,000 个以上单位	中度

大型 3d 打印机 当模具成本超过生产数量或复杂几何形状难以通过传统方法加工时，该系统就会大显身手。

选择大型 3D 打印服务

并非所有供应商都能提供相同的质量或能力。有些供应商使用过时的设备，却收取高昂的价格；有些供应商则缺乏受监管行业所需的材料认证。对供应商进行全面审查可避免数月的生产延误，并防止下游出现代价高昂的质量故障。

设备能力

Leweiprecision 经营工业 大幅面 3d 打印机 系统，其制造体积可达 1000mm × 1000mm × 1000mm。多种技术--FDM、SLS 和 DMLS--为各种应用和材料提供了灵活性。

同时具备聚合物和金属能力的供应商无需外包即可处理更广泛的项目范围。这既保持了质量的一致性，又降低了协调的复杂性。

材料认证

质量 大型 3d 打印服务 库存具有适当认证的工程级材料：

• 航空航天：AMS 规范
• 医疗：USP VI 级、ISO 10993
• 汽车IATF 16949

可追溯性文件通过生产流程跟踪粉末批次，确保合规性。

质量标准

ISO 9001:2015 证明了质量管理承诺。特定行业的认证（航空航天行业的 AS9100D 认证、医疗行业的 ISO 13485 认证）表明了公司的专业能力。实时监控和熔池分析可防止代价高昂的返工。

后期处理服务

完整的解决方案包括

• 表面处理（蒸汽平滑、喷砂）
• 数控加工实现精密特征
• 油漆和涂料
• 装配服务

集成的后处理功能可简化时间安排，确保各批次的质量保持一致。

成本考虑因素

大幅面印刷的定价令许多买家感到困惑，因为它并不遵循传统的制造经济学。没有简单的按部件计算公式--几何形状的复杂性、材料的选择和后处理的要求都是相互影响的，如果没有专家咨询，就很难做出准确的预算。

按规模定价

小部件（6 立方英寸以下）

• 标准塑料$50-$200
• 工程塑料：$150-$500
• 金属$300-$800

中型部件（6-18 英寸立方体）

• 标准塑料：$200-$800
• 工程塑料：$500-$2,000
• 金属：$1,000-$4,000

大型部件（18-36 英寸立方体）

• 标准塑料：$800-$3,000
• 工程塑料：$2,000-$8,000
• 金属：$5,000-$15,000

成本因素	影响	优化
建造时间	高	中空设计、定位
材料	中-高	根据要求匹配属性
后期处理	中型	最大限度地减少加工需求
卷数	低-中	批量处理多个部件

降低成本战略

空心内部结构可减少材料消耗 40-60% 同时保持强度。以最小厚度（2 毫米塑料、1 毫米金属）设计墙壁，而不是实心填充。

正确定位可最大限度地减少支撑材料，降低成本 20-30%。低于 45 度的自支撑角在许多几何形状上都无需支撑。

根据实际要求选择材料。标准 ABS 足以满足许多不需要航空级聚合物的应用。

常见的设计错误

即使是经验丰富的工程师，在为增材制造进行设计时也会犯一些可以避免的错误。传统的设计规则并不总是适用，对数控加工非常有效的假设往往会导致打印失败或成本过高。事先了解这些陷阱可以节省时间和预算。

层方向问题

不正确的方向会在层边界造成薄弱点。承重特征应与地层线平行。咨询 大型 3d 打印服务 防止结构性故障。

过多的支撑结构

超过 45 度的悬角需要支撑材料，增加了成本和后期加工时间。使用自支撑角钢进行重新设计可省去支撑，减少浪费 30-50%。

材料规格过高

PEEK 的成本是 ABS 的 10-15 倍。不需要 480°F 耐热性或医疗级生物相容性的应用应使用标准工程塑料。

壁厚不足

最小厚度：塑料 2 毫米，金属 1 毫米。关键承重区域的安全系数应为 3-5mm。薄壁会在印刷或搬运过程中开裂。

收缩补偿

材料在冷却过程中会收缩 0.5-2%。钛的收缩率约为 0.8%，而某些塑料则达到 2%。严格的公差要求需要在 CAD 模型中进行补偿。

生产时间表

了解切实可行的时间表可以防止出现令人失望的情况，并有助于与下游制造业务相协调。赶工的成本更高，而且往往会影响质量，而适当的规划则可以进行优化，减少时间和费用。

提交设计（第一天）
上传包含材料、数量、表面处理和时间要求的 CAD 文件。

报价生成（第 1-2 天）
对几何形状、材料用量和构建时间的自动分析可生成详细的定价。

设计审查（第 2-3 天）
DFM 分析可确定可印刷性问题和优化机会。

生产（第 3-10 天）
大型 3d 打印机 系统持续运行。在印刷后进行支持移除和质量检查。

后期处理（第 8-13 天）
平滑、喷漆或装配等精加工操作与额外的印刷作业同时进行。

运输（第 13-15 天）
保护性包装，可选择快递方式紧急送货。

总时限：大多数项目为 7-15 天。复杂的装配或专门的精加工可能需要 3-4 周。

2025 年技术趋势

设备制造商今年发布了重大升级，从根本上改变了生产规模的可能性。速度的提高不再以牺牲精度为代价，材料的选择也不断扩展到两年前似乎不可能实现的应用领域。

2025 年 3 月，Stratasys 推出了 Neo800+，该产品集成了 ScanControl+ 技术，在保持高精度的同时将打印速度提高了 50%。对于铬镍铁合金，多激光粉末床熔融技术现在可以达到 150 毫升/小时的沉积速度，打破了历史速度上限。

随着粉末成本的下降和材料认证的扩大，预计到 2030 年，金属和合金材料的年复合增长率将达到 26.47%。

可持续做法获得优先考虑。 大型 3d 打印机 与减法相比，该系统产生的废料减少了 90%，随着材料回收利用率的提高，支持了循环经济倡议。

结论

大型 3d 打印服务 与传统方法相比，Leweiprecision 可提供更快的生产速度、更低的成本和更大的设计自由度，从而改变制造业。Leweiprecision 将工业 大幅面 3d 打印机 这些能力、全面的材料选择和技术支持可解决复杂的制造难题。通过零件整合、降低模具成本和加快开发周期，提高了制造效率。