Die Wirtschaftlichkeit des 3D-Drucks verstehen: ROI & Kostenanalyse

3D-Druck avanciert in den Produktionsbereich – sowohl für Spannmittel zur Unterstützung von Zerspanungsoperationen als auch für kundenspezifische Endverbrauchsteile. Der Wert eines Druckers mag auf den ersten Blick nicht offensichtlich sein, doch die Berechnung erzählt eine andere Geschichte. Dieser Beitrag führt Sie durch die Ökonomie des 3D-Drucks via Kosten- und Return-on-Investment-Rechnungen. Der Return on Investment (ROI) ist ein Bewertungstool, um die Rendite einer Investition in Prozent zu berechnen. Dies gilt auch für Fertigungstechnologien, um zu ermitteln, wie viel Sie durch den Einsatz eines 3D-Druckers sparen können, um dessen Kosten zu rechtfertigen. Während der Preis eines 3D-Druckers hoch erscheinen mag, sind es die Einsparungen durch Eliminierung „routinemäßiger“ Fertigungskosten wie Spannmittel, Prototyping und Werkzeugkosten, die den Drucker lohnenswert machen. Im Folgenden skizzieren wir die Schritte zur ROI-Berechnung für Ihren Drucker.

Ihren ROI finden:

1. Kosten Ihres gedruckten Teils berechnen

Der erste Schritt zur ROI-Ermittlung Ihres 3D-Druckers ist die Berechnung der Materialkosten pro Teil. Markforgeds Eiger-Software liefert Materialschätzungen zur Vereinfachung. Ich nutze einen Bremshebel, eines unserer Beispielteile. Wie gezeigt, verwende ich 13,16 cm³ Onyx und 17,30 cm³ Carbonfaser.

Kosten und Volumen pro Spule jedes Materials finden Sie auf unserer Materialseite. Damit lässt sich der Preis pro cm³ ermitteln. Onyx: Spulen kosten aktuell 190 $ für 800 cm³ = 0,24 $/cm³. Carbonfaser: Spulen kosten 150 $ für 50 cm³ = 3,00 $/cm³. Mit folgender Gleichung bestimme ich die Materialkosten meines Teils:

(Kosten pro cm³ Kunststoff * Volumen Kunststoff) + (Kosten pro cm³ Faser * Volumen Faser) = Gesamtkosten
(0,24 $/cm³ * 13,16 cm³) + (3,00 $/cm³ * 17,30 cm³) = 3,16 $ + 51,90 $ = 55,06 $

Dieser Bremshebel kostet also 55,06 $ an Material. Für Desktop-3D-Druck-Vertraute mag das teuer scheinen. Doch wie die Rechnung zeigt, stammt ein Großteil der Kosten von kontinuierlicher Carbonfaser, die diesen Bremshebel so stark wie Metall macht. Nicht alle Teile müssen jedoch mit Carbonfaser gepackt sein, um diese Festigkeit zu erreichen. Wie in früheren Posts erklärt, kann effizientes Faserrouting Kosten und Druckzeit reduzieren.

Zusätzlich liegt ein Wert des Markforged-Druckers in seiner Vielseitigkeit. Mit verschiedenen Fasern lassen sich unterschiedliche Materialeigenschaften erzielen. Beispielsweise erreicht Glasfaser, eine unserer anderen kontinuierlichen Faseroptionen, etwa die gleiche Festigkeit wie Carbonfaser, ist aber schwerer und weniger steif. Wenn Gewicht keine Rolle spielt, nur Festigkeit, ist Glasfaser kosteneffektiver bei 1,50 $/cm³. Mit derselben Datei und für Glasfaser optimiertem Faserrouting ändern sich die Zahlen:

(0,24 $/cm³ * 14,07 cm³) + (1,50 $/cm³ * 13,61 cm³) = 3,38 $ + 20,42 $ = 23,80 $

Mit Glasfaser erreiche ich etwa die gleiche Festigkeit und spare 31,27 $. Deshalb ist es kritisch, die gewünschten Eigenschaften Ihres Teils zu bestimmen. Jedes Material hat einzigartige Eigenschaften, und zu verstehen, wie man Fasern für die stärksten Teile nutzt, hilft Kosten zu senken. Teile müssen nicht mit Carbonfaser vollgepackt sein, um nötige Festigkeitsanforderungen zu erfüllen. Während die Festigkeit von der Geometrie abhängt, können Sie Geometrie und Belastungsbedingungen nutzen, um Faserrouting im gesamten Teil zu optimieren. Beispiel: Wenn Sie nur Biegen in einer Ebene widerstehen müssen, nutzen Sie ein Sandwich-Panel statt jeder Lage mit Faser zu füllen. Diese Techniken ermöglichen weitere Kostensenkung für robuste, schöne, präzise Teile.

2. Kosten alternativer Produktion ermitteln

Da ich die endgültigen Kosten meines Teils auf 55,06 $ bestimmt habe, vergleiche ich diesen Kosten mit anderen Fertigungsmethoden. Dieses Teil wird normalerweise CNC-gefräst, also habe ich es an einen Drittanbieter-Fertigungsservice zur Kostenschätzung geschickt. Für Stückzahlen unter 100 liegt der Stückpreis bei 195,95 $. Über 100 Stück bei 117,11 $ und sinkt bei Großmengen weiter. Diese Kosten variieren je nach Bearbeitungsservice oder Methode. Wäre das Teil gegossen, wäre der initiale Kosten für die Form extrem hoch, aber der Stückpreis nach Formbau minimal.

Der Vergleich zeigt sofort, dass 3D-Druck die günstigere Option ist. Der Preisunterschied (CNC-Kosten pro Teil – Druckkosten pro Teil) beträgt 140,89 $. Doch es steckt mehr dahinter. Der 3D-Drucker hat initiale Overhead-Kosten, der CNC-Service operiert nur pro Teil. Hier stecken viele Ingenieure und Designer fest, die Kosten eines 3D-Druckers zu rechtfertigen. Der initiale Preis unseres Enterprise Kits beträgt 13.499 $, während CNC-Fräsen eines Teils nur wenige hundert Dollar kostet.

3. Break-Even-Punkt finden

Die 140,89 $, die Sie pro Prototyp, Werkzeug oder Produkt sparen könnten, das Sie an einen externen Maschinenbetrieb senden, summieren sich. Sie können spekulieren, wie viele Teile nötig sind, um „Break-even“ zu erreichen – also wie viele Teile nötig sind, um die Maschinenkosten auszugleichen. Angenommen, Sie drucken nur dieses eine Teil, amortisiert sich ein Enterprise Kit in 96 Teilen:

13.499 $ / 140,89 $ ≈ 96

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

96 Teile mögen nicht lohnenswert scheinen, aber diese einfache Rechnung enthält viele Abstraktionen – wir sprechen nur von einem recht einfachen Teil. 3D-Druck eliminiert Overhead-Fertigungskosten, die für jedes Teil, für jede Designänderung anfallen. Derselbe Bremshebel hat einen Werkzeugkosten von 2.865 $ für einen Spritzguss-Prototyp. Wird das Design geändert, muss dieser Kosten bei jeder Iteration anfallen. Der 3D-Drucker-Preis fällt nur einmal an, während Werkzeug- und Prototyping-Kosten für jedes Design erforderlich sind. Diese Overhead-Kosten kombiniert mit Fertigungs-Lieferzeiten verzögern den Produktentwicklungszyklus und machen die Investition lohnenswert, wie einige unserer Kunden bestätigen:

„Wir können ein Teil nehmen, das 400 $ gekostet hätte, mit 2,5 Wochen Lieferzeit bei einem lokalen Zerspaner, wir druckten es übers Wochenende und der Fertigungsboden mag es genauso gut, wenn nicht sogar besser… und sie nutzen es bis heute“, sagt Joe Walters, New Product Design Engineer bei Arow Global. „Ich schätze, wir haben einen vollen Return durch Drucken von 5 Teilen jeweils von 3 verschiedenen Spritzguss-Prototyp-Komponenten gesehen, speziell durch Nicht-Investition in die traditionell verwendeten Weichwerkzeuge.“

5. Ihren ROI berechnen

Ihr ROI lässt sich mit Informationen über Overhead-Werkzeugkosten anderer Fertigungsmethoden und Kosten der Teile, die Ihr Drucker produzieren kann, berechnen. Es ist eine Funktion der Anzahl der tatsächlich produzierten Drucke – kaufen Sie einen Drucker nur für ein Teil, lohnt sich die Investition nicht. Je mehr Teile Sie drucken, mit jedem neuen Design, jeder Iteration, kann Ihr Markforged 3D-Drucker die Produktentwicklung zeit- und kosteneffizienter gestalten.

Angenommen, Sie designen ein Teil für Spritzguss. Ich nutze das Angebot für den Bremshebel. Mit Overhead-Kosten von 2.865 $ und Einzelteilkosten von 3,46 $ kostet jede Designiteration des Teils effektiv 2.869,46 $ zum Prototyping ohne professionellen 3D-Drucker. Ihr ROI lässt sich mit folgender Gleichung berechnen:

ROI = 100% * (Gewinn aus Investition – Investitionskosten) / Investitionskosten

Der Gewinn aus Investition ist hier das eingesparte Geld durch additive Fertigung gegenüber Spritzguss. Wenn ich an drei verschiedenen Produkten arbeite, die ich für die Produktion feintunen will, und jedes Produkt drei Iterationen durchläuft, sind das neun Teile, jedes mit eigenem Werkzeug- oder Zerspanungsprozess. Als Abstraktion nutze ich das Spritzguss-Angebot oben zur Gewinnberechnung. Die Investitionskosten sind der 3D-Drucker-Preis – hier ein Mark Two Enterprise.

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

Nun der ROI:

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

Diese Zahl ist der netto „Betrag“, den Sie durch den Druckerkauf erzielen. Aus 9 Produktprototypen hat sich der Mark Two Enterprise nicht nur amortisiert und Break-even erreicht, sondern zusätzlich 87,6 % der Kosten als Rendite erwirtschaftet. Hier zeigt sich die Kraft der additiven Fertigung – nicht nur für Prototyping, sondern auch für die Teile, die diese Overhead-Kosten verursachen. Die Schönheit des Markforged 3D-Druckers liegt in dem, was er mit seinen hochfesten Materialien produzieren kann: Werkzeuge, Vorrichtungen, sogar Spritzgussformen, die Overhead-Fertigungskosten drastisch eliminieren. Seine Geschwindigkeit und Qualität verbessern den Produktentwicklungszyklus, sodass unsere Kunden präsentable, hochleistungsfähige Teile in weniger als einem Tag produzieren können. Die Anpassungsfähigkeit egal welches Teil ermöglicht Produktion mit der nötigen Festigkeit und Qualität zu Geschwindigkeit und Kosten, die in der Industrie unübertroffen sind.

Noch keinen Markforged 3D-Drucker? Testen Sie unsere Software, um Ihren eigenen ROI zu berechnen.