Die Ökonomie des 3D-Drucks

Der 3D-Druck dringt in den Bereich der Produktion vor, sowohl in Bezug auf die Werkstückspannung zur Unterstützung bei Bearbeitungsvorgängen als auch in Bezug auf kundenspezifische Endanwendungsteile. Während der Wert eines Druckers auf den ersten Blick nicht offensichtlich erscheint, wird die Ausführung der Berechnungen eine andere Geschichte erzählen. Dieser Beitrag führt Sie anhand von Kosten- und Return-on-Investment-Berechnungen durch die Wirtschaftlichkeit des 3D-Drucks. Der Return on Investment (ROI) ist ein Bewertungstool, mit dem die Rendite einer Investition in Prozent berechnet wird. Dies kann auch für Fertigungstechnologien gelten, um festzustellen, wie viel Sie sparen können, indem Sie beispielsweise einen 3D-Drucker verwenden, um seine Kosten zu rechtfertigen. Auch wenn der Preis für einen 3D-Drucker hoch klingen mag, ist es das Geld, das Sie sparen, indem Sie „routinemäßige“ Produktherstellungskosten wie Werkstückhaltung, Prototyping und Werkzeugkosten eliminieren, die die Investition in den Drucker lohnenswert machen. Im Folgenden beschreiben wir die Schritte, die Sie unternehmen können, um den ROI für Ihren Drucker zu berechnen.

Ermitteln Ihres ROI:

1. Berechnen der Kosten Ihres gedruckten Teils

Der erste Schritt zur Bestimmung des ROI Ihres 3D-Druckers ist die Berechnung der Materialkosten pro Teil. Die Eiger-Software von Markforged bietet Materialschätzungen, um diesen Prozess zu vereinfachen. Für dieses Beispiel verwende ich einen Bremshebel, eines unserer Musterteile. Wie abgebildet verwende ich 13,16 Kubikzentimeter Onyx und 17,30 Kubikzentimeter Kohlefaser.

Die Kosten und das Volumen pro Spule jedes Materials finden Sie auf unserer Materialseite, und mit diesen Informationen können wir den Preis pro Kubikzentimeter ermitteln. Bei Onyx kosten Spulen derzeit 190 US-Dollar für 800 cc oder 0,24 US-Dollar/cc und Kohlefaserspulen kosten derzeit 150 US-Dollar für 50 cc oder 3,00 US-Dollar/cc. Mit folgender Gleichung kann ich die Materialkosten meines Teils ermitteln:

(Kosten pro Kubikzentimeter Kunststoff * Kunststoffvolumen) + (Kosten pro Kubikzentimeter Faser * Faservolumen) =Gesamtkosten (0,24 $/cc * 13,16 ccm) + ($3/cc * 17,30 ccm) =3,16 $ + 51,90 $ =55,06 $

Die Gesamtkosten für diesen Bremshebel betragen also 55,06 USD. Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Desktop-3D-Druck vertraut sind, mag dies teuer erscheinen. Wie die Berechnungen zeigen, kommt jedoch ein Großteil dieser Kosten aus Endlos-Carbonfasern, die diesen Bremshebel so stark wie Metall verstärken. Allerdings müssen nicht alle Teile mit Kohlefaser verpackt werden, nur um diese Festigkeit zu erreichen. Wie wir in früheren Beiträgen erklärt haben, kann ein effizientes Glasfaser-Routing Kosten und Druckzeit reduzieren.

Darüber hinaus ist einer der Werte eines Markforged-Druckers seine Vielseitigkeit. Mit unterschiedlichen Fasern können Sie unterschiedliche Materialeigenschaften erzielen. Glasfaser beispielsweise, eine unserer anderen Endlosfaseroptionen, kann etwa die gleiche Festigkeit wie Kohlefaser erreichen, ist jedoch schwerer und weniger steif. Wenn es mir nicht um das Gewicht geht, sondern nur um die Festigkeit, dann ist Fiberglas eine kostengünstigere Option für 1,50 USD / ccm. Bei gleicher Feilen- und Glasfaserverlegung, die für Glasfaser optimiert sind, ändern sich die Zahlen etwas. Folgendes bekomme ich:

(0,24 $/cc * 14,07 ccm) + (1,50 $/cc * 13,61 ccm) =3,38 $ + 20,42 $ =23,80 $

Mit Fiberglas kann ich ungefähr die gleiche Stärke erreichen und 31,27 $ sparen. Aus diesem Grund ist es wichtig zu bestimmen, welche Eigenschaften Sie von Ihrem Teil haben möchten. Jedes Material hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften. Wenn Sie wissen, wie Sie die Fasern für die stärksten Teile zu Ihrem Vorteil verwenden, können Sie Kosten sparen. Teile müssen nicht mit Kohlefaser verpackt werden, um die erforderlichen Festigkeitsanforderungen Ihres Produkts zu erfüllen. Obwohl die Festigkeit von der Geometrie abhängt, können Sie die Geometrie und die Belastungsbedingungen Ihres Teils verwenden, um die Faserführung in Ihrem Teil zu optimieren. Wenn Sie beispielsweise nur einer Biegung in einer Ebene widerstehen müssen, verwenden Sie eine Sandwichplatte, anstatt jede Schicht mit Fasern zu füllen, wie hier beschrieben. Diese Techniken ermöglichen eine weitere Kostensenkung, um robuste, schöne und präzise Teile zu erhalten.

2. Ermittlung der Kosten der alternativen Produktion

Nachdem ich nun festgestellt habe, dass die endgültigen Kosten für mein Teil 55,06 US-Dollar betragen, ist es an der Zeit, diese Kosten mit denen anderer Herstellungsmethoden zu vergleichen. Dieses Teil ist normalerweise CNC-gefräst, daher habe ich es einem Fertigungsservice von Drittanbietern vorgelegt, um einen Kostenvoranschlag zu erhalten. Bei Mengen unter 100 betragen die Stückkosten 195,95 USD. Bei Mengen über 100 betragen die Stückkosten 117,11 USD und verringern sich bei Großmengen weiter. Diese Kosten können je nach Bearbeitungsservice oder -methode variieren. Wenn dieses Teil beispielsweise gegossen würde, wären die anfänglichen Kosten für die Herstellung der Form extrem hoch, aber die Kosten pro Teil wären nach der Herstellung der Form minimal.

Beim Vergleich der beiden Verfahren wird sofort klar, dass der 3D-Druck die kostengünstigere Option ist. Der Preisunterschied (CNC-Bearbeitungskosten pro Teil – Druckkosten pro Teil) beträgt 140,89 USD. Es steckt jedoch noch ein bisschen mehr dahinter. Der 3D-Drucker hat anfängliche Gemeinkosten und der CNC-Bearbeitungsservice funktioniert nur auf Einzelstückbasis. Hier bleiben viele Ingenieure und Designer stecken, um die Kosten für einen 3D-Drucker zu rechtfertigen. Der Anfangspreis unseres Enterprise-Kits beträgt 13.499 US-Dollar, während die CNC-Bearbeitung eines Teils jedes Mal nur ein paar Hundert US-Dollar kostet.

3. Finden Sie Ihren Break Even Point

Die 140,89 $, die Sie mit jedem Prototyp, Werkzeug oder Produkt sparen könnten, das Sie an eine externe Werkstatt schicken, und Sie können spekulieren, wie viele Teile es braucht, um die Gewinnschwelle zu erreichen, was bedeutet, dass Sie berechnen, wie viele Teile es brauchen die Kosten für die Maschine ausgleichen. Angenommen, Sie drucken nur diesen einen Teil, ein Enterprise Kit zahlt sich in 96 Teilen aus:

13.499 $/140,89 $ ≈ 96

4. Return on Investment:Der Wert des 3D-Drucks

96 Teile mögen es nicht lohnen, aber diese einfache Rechnung enthält viele Abstraktionen – wir sprechen hier nur von einem ziemlich einfachen Teil. Der 3D-Druck eliminiert die Overhead-Herstellungskosten, die für jedes Teil und jede Designänderung erforderlich sind. Derselbe Bremshebel, der früher verwendet wurde, hat Werkzeugkosten von 2.865 USD für einen Spritzgussprototyp. Wenn an dieser Konstruktion Änderungen vorgenommen werden, müssen diese Kosten bei jeder Konstruktionsänderung berücksichtigt werden. Den Preis für einen 3D-Drucker müssen Sie nur einmal bezahlen, während für jedes Design Werkzeug- und Prototypenkosten anfallen. Diese Gemeinkosten in Kombination mit der Fertigungsvorlaufzeit verzögern den Produktentwicklungszyklus und machen die Investition lohnenswert, wie einige unserer Kunden bestätigen können:

„Wir sind in der Lage, ein Teil zu übernehmen, das 400 US-Dollar gekostet hätte, mit einer Vorlaufzeit von zweieinhalb Wochen für die Bearbeitung von einem unserer lokalen Lieferanten, wir haben es über das Wochenende gedruckt und die Fertigung gefällt es genauso gut, wenn nicht.“ etwas besser … und sie verwenden es bis heute“, sagt Joe Walters, New Product Design Engineer bei Arow Global. „Ich würde schätzen, dass wir durch das Drucken von jeweils 5 Teilen von 3 verschiedenen Kunststoffspritzguss-Prototypkomponenten eine vollständige Rendite erzielt haben, insbesondere da wir nicht in die weichen Werkzeuge investieren mussten, die traditionell zur Herstellung von Spritzgussteilen verwendet werden.“

5.Berechnung Ihres ROI

Ihr ROI kann mit Informationen zu den Overhead-Werkzeugkosten aus anderen Herstellungsmethoden und den Kosten der Produkte berechnet werden, die Ihr Drucker möglicherweise produziert. Dies hängt von der Anzahl der Drucke ab, die Sie tatsächlich produzieren – wenn Sie einen Drucker kaufen, um nur einen Teil zu drucken, lohnt sich die Investition nicht. Aber je mehr Teile Sie mit jedem neuen Design, jeder Iteration drucken, Ihr Markforged 3D-Drucker kann die Produktentwicklung zeiteffizienter und kostengünstiger machen.

Angenommen, Sie konstruieren ein Spritzgussteil. Ich werde für dieses Beispiel das Zitat verwenden, das ich für den Bremshebel erhalten habe. Bei Gemeinkosten von 2.865 US-Dollar und Einzelteilkosten von 3,46 US-Dollar kostet jede Designiteration des Teils effektiv 2.869,46 US-Dollar für den Prototypen ohne professionellen 3D-Drucker. Wenn Sie dies wissen, kann Ihr ROI mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

ROI =100 % * (Investitionsgewinn – Investitionskosten)/Investitionskosten

Der Investitionsgewinn ist in diesem Fall, wie viel Geld Sie durch die additive Fertigung gegenüber dem Spritzguss gespart haben. Wenn ich an drei verschiedenen Produkten arbeite, möchte ich eine Feinabstimmung für die Produktion vornehmen, und ich weiß, dass jedes Produkt drei Iterationen durchlaufen wird, d. h. neun Teile mit jeweils eigenen einzigartigen Formen oder Bearbeitungsprozessen. Als Abstraktion verwende ich das oben angegebene Spritzgussangebot, um den Gewinn aus der Investition zu berechnen. Die Investitionskosten sind die Kosten für den 3D-Drucker – in diesem Fall ein Mark Two Enterprise.

Gewinn aus Investitionen =(9*2.869,46 $) – (9*55,09 $) =25.329,33 $

Jetzt kann ich den ROI berechnen:

ROI =100 % * (25.329,33 $ – 13.499 $)/13.499 $ =87,6 %

Diese Zahl ist der Nettobetrag, den Sie durch den Kauf des Druckers erzielen. Von 9 Produktprototypen hat sich der Mark Two Enterprise nicht nur amortisiert und ausgeglichen, sondern auch noch 87,6% der Kosten zurückerstattet. Hier kommt die Kraft der additiven Fertigung wirklich zum Tragen – nicht nur für den Prototypenbau, sondern auch für die Herstellung einiger der Teile, die diese Overhead-Fertigungskosten verursachen. Die Schönheit des Markforged 3D-Druckers liegt in den Dingen, die er mit seinen hochfesten Materialien herstellen kann:Werkzeuge, Vorrichtungen und sogar Spritzgussformen können die Fertigungsgemeinkosten drastisch reduzieren. Seine Geschwindigkeit und Qualität verbessern den Produktentwicklungszyklus, sodass unsere Kunden in weniger als einem Tag vorzeigbare Hochleistungsteile herstellen können. Das Angebot an Anpassungsfähigkeit, egal um welches Teil es sich handelt, ermöglicht es Ihnen, Teile mit der Festigkeit und Qualität zu produzieren, die für den Erfolg mit einer in der Industrie unübertroffenen Geschwindigkeit und Kosten erforderlich sind.

Sie haben noch keinen Markforged 3D-Drucker? Testen Sie unsere Software, damit Sie Ihren eigenen ROI berechnen können.