De economie van 3D-printen

3D-printen komt steeds meer op het gebied van productie, zowel wat betreft het vasthouden van het werk om te helpen bij machinale bewerkingen als op maat gemaakte onderdelen voor eindgebruik. Hoewel de waarde van een printer in eerste instantie misschien niet duidelijk lijkt, zal het uitvoeren van de berekeningen een ander verhaal vertellen. Dit bericht leidt u door de economie van 3D-printen via kosten- en Return on Investment-berekeningen. De Return On Investment (ROI) is een evaluatie-instrument dat wordt gebruikt om het rendement dat u op een investering hebt behaald in procenten te berekenen. Dit kan ook van toepassing zijn op productietechnologieën, om te helpen bepalen hoeveel u kunt besparen door zoiets als een 3D-printer te gebruiken om de kosten te rechtvaardigen. Hoewel de prijs van een 3D-printer misschien hoog klinkt, is het het geld dat u bespaart door het elimineren van "routinematige" productiekosten voor producten, zoals het vasthouden van werk, prototyping en gereedschapskosten, waardoor de printer de investering waard kan zijn. Hieronder beschrijven we de stappen die u kunt nemen om de ROI voor uw printer te berekenen.

Uw ROI vinden:

1. De kosten van uw bedrukte onderdeel berekenen

De eerste stap om de ROI van uw 3D-printer te bepalen, is het berekenen van de materiaalkosten per onderdeel. De Eiger-software van Markforged biedt materiële schattingen om dit proces te vereenvoudigen. Ik zal voor dit voorbeeld een remhendel gebruiken, een van onze voorbeeldonderdelen. Zoals te zien is, gebruik ik 13,16 kubieke centimeter Onyx en 17,30 kubieke centimeter koolstofvezel.

De kosten en het volume per spoel van elk materiaal zijn te vinden op onze materialenpagina, en met deze informatie kunnen we de prijs per kubieke centimeter vinden. Voor Onyx kosten spoelen momenteel $ 190 voor 800 cc, of $ 0,24/cc, en koolstofvezel, spoelen kosten momenteel $ 150 voor 50 cc, of $ 3,00/cc. Met de volgende vergelijking kan ik de materiaalkosten van mijn onderdeel bepalen:

(kosten per cc plastic * volume plastic) + (kosten per cc vezel * volume vezel) =totale kosten ($0,24 /cc * 13,16 cc) + ($3/cc * 17,30 cc) =$3,16 + $51,90 =$55,06

Dus de totale kosten van deze remhendel kosten $ 55,06. Voor degenen onder u die bekend zijn met desktop 3D-printen, lijkt dit misschien aan de dure kant. Zoals blijkt uit de berekeningen, komt een groot deel van die kosten echter van continue koolstofvezel, waardoor deze remhendel zo sterk is als metaal. Niet alle onderdelen hoeven echter met koolstofvezel te worden verpakt om die sterkte te bereiken. Zoals we in eerdere berichten hebben uitgelegd, kan efficiënte glasvezelroutering de kosten en afdruktijd verlagen.

Bovendien is een van de waarden van een Markforged-printer zijn veelzijdigheid. Met verschillende vezels kun je verschillende materiaaleigenschappen bereiken. Glasvezel, een van onze andere opties voor continue vezels, kan bijvoorbeeld ongeveer dezelfde sterkte bereiken als koolstofvezel, maar is uiteindelijk zwaarder en minder stijf. Als het mij niet om gewicht gaat, alleen om kracht, dan is glasvezel een meer kosteneffectieve optie voor $ 1,50/cc. Met dezelfde bestands- en glasvezelroutering die is geoptimaliseerd voor glasvezel, veranderen de cijfers een beetje. Dit is wat ik krijg:

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

Met glasvezel kan ik ongeveer dezelfde sterkte bereiken en $ 31,27 besparen. Daarom is het van cruciaal belang om te bepalen welke eigenschappen u in uw onderdeel wilt. Elk materiaal heeft zijn eigen unieke eigenschappen en als u begrijpt hoe u de vezels in uw voordeel kunt gebruiken voor de sterkste onderdelen, kunt u kosten besparen. Onderdelen hoeven niet met koolstofvezel te worden verpakt om te voldoen aan de benodigde sterkte-eisen van uw product. Hoewel de sterkte wel afhankelijk is van de geometrie, kunt u de geometrie en belastingscondities van uw onderdeel gebruiken om de vezelroutering door uw onderdeel te optimaliseren. Als je bijvoorbeeld maar in één vlak buiging hoeft te weerstaan, gebruik dan een sandwichpaneel in plaats van elke laag met vezels te vullen, zoals hier uitgelegd. Deze technieken zorgen voor verdere kostenbesparingen voor het verkrijgen van robuuste, mooie en nauwkeurige onderdelen.

2. Kosten van alternatieve productie bepalen

Dus nu ik heb vastgesteld dat de uiteindelijke kosten van mijn onderdeel $ 55,06 zijn, is het tijd om die kosten te vergelijken met die van andere productiemethoden. Dit onderdeel is normaal gesproken CNC-gefreesd, dus ik heb het ingediend bij een derde partij om een ​​kostenraming te krijgen. Voor hoeveelheden onder de 100 bedragen de kosten per eenheid $ 195,95. Voor hoeveelheden van meer dan 100 bedragen de kosten per eenheid $ 117,11 en nemen de bulkhoeveelheden verder af. Deze kosten kunnen variëren, afhankelijk van de bewerkingsservice of methode die u gebruikt. Als dit onderdeel bijvoorbeeld zou worden gegoten, zouden de initiële kosten om de mal te produceren extreem hoog zijn, maar de kosten per onderdeel als de mal eenmaal is geproduceerd, zouden minimaal zijn.

Door de twee processen met elkaar te vergelijken, wordt meteen duidelijk dat 3D-printen de goedkoopste optie is. Het prijsverschil (CNC-bewerkingskosten per onderdeel - afdrukkosten per onderdeel) is $ 140,89. Er komt echter iets meer bij kijken. De 3D-printer heeft initiële overheadkosten en de CNC-bewerkingsservice werkt alleen per onderdeel. Dit is waar veel ingenieurs en ontwerpers vastlopen bij het rechtvaardigen van de kosten van een 3D-printer. De initiële prijs van onze Enterprise Kit is $ 13.499, terwijl CNC-bewerking van een onderdeel slechts een paar honderd dollar per keer kost.

3. Uw break-evenpunt vinden

De $ 140,89 die u zou kunnen besparen met elk prototype, gereedschap of product dat u naar een externe machinewerkplaats stuurt, wordt opgebouwd, en u kunt speculeren hoeveel onderdelen er nodig zijn om "break-even" te maken, wat betekent dat u moet berekenen hoeveel onderdelen nodig zijn om de kosten van de machine goedmaken. Ervan uitgaande dat u alleen dit ene deel afdrukt, betaalt een Enterprise Kit zichzelf terug in 96 delen:

$ 13.499/$ 140,89 ≈ 96

4. Rendement op investering:de waarde van 3D-printen

96 delen lijken misschien niet de moeite waard, maar deze eenvoudige berekening bevat veel abstracties - we hebben het hier maar over één vrij eenvoudig onderdeel. 3D-printen elimineert de overheadproductiekosten die nodig zijn voor elk onderdeel, voor elke ontwerpwijziging. Dezelfde remhendel die eerder werd gebruikt, heeft gereedschapskosten van $ 2.865 voor een prototype van een spuitgietmatrijs. Als er wijzigingen aan dat ontwerp worden aangebracht, moeten die kosten bij elke ontwerpwijziging worden opgenomen. De prijs van een 3D-printer hoeft u maar één keer te betalen, terwijl voor elk ontwerp tooling- en prototypingkosten nodig zijn. Die overheadkosten in combinatie met de productietijd vertragen de productontwikkelingscyclus maken de investering de moeite waard, zoals sommige van onze klanten kunnen bevestigen:

"We zijn in staat om een ​​onderdeel te nemen dat $ 400 zou hebben gekost, met een productietijd van twee en een halve week van een van onze lokale leveranciers, we hebben het in het weekend geprint en de productievloer vindt het net zo leuk, zo niet een beetje beter… en ze gebruiken het tot op de dag van vandaag”, zegt Joe Walters, New Product Design Engineer bij Arow Global. "Ik schat dat we een volledig rendement hebben behaald bij het printen van 5 onderdelen van elk 3 verschillende kunststof spuitgegoten prototypecomponenten, met name omdat we niet hoeven te investeren in de zachte gereedschappen die traditioneel worden gebruikt om spuitgegoten onderdelen te maken."

5.Uw ROI berekenen

Uw ROI kan worden berekend met informatie over overheadtoolingkosten van andere fabricagemethoden en de kosten van producten die uw printer kan produceren. Dit is een functie van het aantal afdrukken dat u daadwerkelijk maakt - als u een printer koopt om slechts één onderdeel af te drukken, is het de investering niet waard. Maar hoe meer onderdelen u print, met elk nieuw ontwerp, elke iteratie, uw Markforged 3D-printer kan de productontwikkeling stimuleren om tijdbesparend en kosteneffectiever te zijn.

Stel dat u een onderdeel ontwerpt om te spuitgieten. Voor dit voorbeeld gebruik ik het citaat dat ik over de remhendel heb gekregen. Met overheadkosten van $ 2.865 en een afzonderlijk onderdeel van $ 3,46, kost elke ontwerpiteratie van het onderdeel in feite $ 2869,46 om een ​​prototype te maken zonder een professionele 3D-printer. Als u dit weet, kan uw ROI worden berekend met de volgende vergelijking:

ROI =100% * (winst uit investering – investeringskosten)/investeringskosten

De winst uit investering is in dit geval hoeveel geld u hebt bespaard door additieve fabricage te gebruiken in plaats van spuitgieten. Als ik aan drie verschillende producten werk, wil ik de productie nauwkeurig afstemmen en ik weet dat elk product drie iteraties zal doorlopen, dat wil zeggen negen onderdelen met elk hun eigen unieke mal of bewerkingsproces. Als abstractie zal ik de bovenstaande spuitgietofferte gebruiken om de winst uit investering te berekenen. De investeringskosten zijn de kosten van de 3D-printer – in dit geval een Mark Two Enterprise.

Winst uit investering =(9*$2.869,46) – (9*$55,09) =$25.329,33

Nu kan ik de ROI berekenen:

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

Dit aantal is het netto "bedrag" dat u behaalt met uw aankoop van de printer. Van 9 productprototypes heeft de Mark Two Enterprise niet alleen zichzelf terugverdiend en zelfs gebroken, maar hij heeft ook nog eens 87,6% van de kosten terugverdiend. Dit is waar de kracht van additive manufacturing echt tot uiting komt - niet alleen voor prototyping, maar ook voor het maken van enkele van de onderdelen die deze overheadproductiekosten veroorzaken. De schoonheid van de Markforged 3D-printer zit in de dingen die hij kan produceren met zijn zeer sterke materialen:de gereedschappen, armaturen en zelfs spuitgietmatrijzen kunnen de overheadproductiekosten drastisch elimineren. De snelheid en kwaliteit verbeteren de productontwikkelingscyclus, waardoor onze klanten in minder dan een dag representatieve, hoogwaardige onderdelen kunnen produceren. Het aanbod van aanpasbaarheid, ongeacht het onderdeel, stelt u in staat onderdelen te produceren met de kracht en kwaliteit die nodig zijn om te slagen met een snelheid en kosten die ongeëvenaard zijn in de industrie.

Heb je nog geen Markforged 3D-printer? Probeer onze software uit, zodat u uw eigen ROI kunt berekenen.