Понимание экономики 3D-печати: ROI и анализ затрат

3D-печать продвигается в область производства, как в плане оснастки для помощи в обработке, так и кастомных конечных деталей. Пока ценность принтера может не казаться очевидной сначала, выполнение расчетов расскажет другую историю. Этот пост проведет вас через экономику 3D-печати через затраты и расчеты возврата инвестиций (ROI). ROI — инструмент оценки, используемый для расчета возврата, полученного от инвестиции, в процентах. Это может применяться к производственным технологиям, чтобы определить, сколько вы можете сэкономить, используя что-то вроде 3D-принтера для оправдания его стоимости. Пока цена 3D-принтера может звучать круто, это деньги, которые вы экономите, устраняя «рутинные» производственные затраты вроде оснастки, прототипирования и затрат на инструментарий, которые могут сделать принтер стоящим инвестиций. Ниже мы описываем шаги для расчета ROI вашего принтера.

Нахождение вашего ROI:

1. Расчет стоимости вашей напечатанной детали

Первый шаг к определению ROI вашего 3D-принтера — расчет стоимости материалов на деталь. Программное обеспечение Eiger Markforged предоставляет оценки материалов для упрощения этого процесса. Я буду использовать рычаг тормоза, одну из наших образцовых деталей, для этого примера. Как показано, я использую 13,16 кубических см Onyx и 17,30 кубических см карбона.

Стоимость и объем на катушку каждого материала можно найти на нашей странице материалов, и с этой информацией мы можем найти цену за кубический сантиметр. Для Onyx катушки сейчас стоят $190 за 800 куб. см, или $0,24/куб. см, а карбон — катушки стоят $150 за 50 куб. см, или $3,00/куб. см. С следующим уравнением я могу определить материальную стоимость моей детали:

(стоимость за куб. см пластика * объем пластика) + (стоимость за куб. см волокна * объем волокна) = Общая стоимость
($0,24/куб.см * 13,16 куб.см) + ($3/куб.см * 17,30 куб.см) = $3,16 + $51,90 = $55,06

Так что общая стоимость этого рычага тормоза составляет $55,06. Для тех из вас, знакомых с настольной 3D-печатью, это может показаться дорогим. Однако, как показано в расчетах, большая часть этой стоимости приходит от непрерывного карбона, который усиливает этот рычаг тормоза до прочности металла. Однако не все детали должны быть набиты карбоном просто для достижения той прочности. Как мы объясняли в предыдущих постах, эффективная маршрутизация волокна может снизить затраты и время печати.

Кроме того, одна из ценностей принтера Markforged — его универсальность. С разными волокнами вы можете достигать разных материальных свойств. Например, стекловолокно, одна из наших других опций непрерывного волокна, может достичь примерно той же прочности, что и карбон, но оказывается тяжелее и менее жестким. Если меня не волнует вес, просто прочность, то стекловолокно — более стоимостно-эффективная опция по $1,50/куб.см. С тем же файлом и маршрутизацией волокна, оптимизированной для стекловолокна, цифры немного меняются. Вот что я получаю:

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

Со стекловолокном я могу достичь примерно той же прочности и сэкономить $31,27. Именно поэтому критично определять, какие свойства вы хотите в своей детали. У каждого материала свои уникальные свойства, и понимание того, как использовать волокна в вашу пользу для самых прочных деталей, поможет вам сократить затраты. Детали не должны быть набиты карбоном для удовлетворения необходимых прочностных потребностей вашего продукта. Пока прочность зависит от геометрии, вы можете использовать геометрию и нагрузочные условия вашей детали для оптимизации маршрутизации волокна по всей детали. Например, если вам нужно сопротивляться изгибу только в одной плоскости, используйте сэндвич-панель вместо заполнения каждого слоя волокном, как объяснено здесь. Эти техники позволяют дальнейшее снижение затрат для получения надежных, красивых и точных деталей.

2. Определение затрат альтернативного производства

Так что теперь, когда я определил финальную стоимость моей детали как $55,06, пришло время сравнить эту стоимость с другими методами производства. Эта деталь обычно фрезеруется на CNC, поэтому я подал ее в сторонний производственный сервис для оценки стоимости. Для количеств до 100, стоимость на единицу — $195,95. Для количеств свыше 100, стоимость на единицу — $117,11 и дальше снижается при оптовых объемах. Эти затраты могут варьироваться в зависимости от сервиса обработки или метода, который вы используете. Например, если бы эта деталь лилась, начальная стоимость была бы экстремально высокой для производства формы, но стоимость на деталь после производства формы была бы минимальной.

Сравнивая два процесса, сразу ясно, что 3D-печать — менее затратный вариант. Разница в цене (стоимость CNC обработки на деталь – стоимость печати на деталь) составляет $140,89. Однако есть немного больше, чем это. 3D-принтер имеет начальные накладные расходы, а CNC-сервис работает только на основе за деталь. Вот где многие инженеры и дизайнеры застревают, оправдывая стоимость 3D-принтера. Начальная цена нашего Enterprise Kit — $13 499, в то время как CNC-обработка детали стоит только несколько сотен долларов каждый раз.

3. Нахождение вашей точки безубыточности

$140,89, которые вы могли бы сэкономить с каждым прототипом, инструментом или продуктом, отправленным во внешнюю машиностроительную мастерскую, накапливаются, и вы можете предположить, сколько деталей потребуется для «безубыточности», что означает расчет того, сколько деталей потребуется, чтобы компенсировать стоимость машины. Предполагая, что вы печатаете только эту одну деталь, Enterprise Kit окупится за 96 деталей:

$13 499 / $140,89 ≈ 96

4. Возврат инвестиций: ценность 3D-печати

96 деталей может не казаться стоящим, но этот простой расчет содержит много абстракций — мы говорим только об одной довольно простой детали здесь. 3D-печать устраняет накладные производственные затраты, требуемые для каждой детали, для каждого изменения дизайна. Тот же рычаг тормоза, использованный ранее, имеет стоимость оснастки $2865 для прототипа литья под давлением. Если какие-либо модификации сделаны в этом дизайне, эта стоимость должна быть включена с каждым изменением дизайна. Цена 3D-принтера вам нужно платить только раз, в то время как затраты на оснастку и прототипирование требуются для каждого дизайна. Те накладные расходы в комбинации с производственными лид-таймами задерживают цикл разработки продукта, делая инвестицию стоящей, как могут подтвердить некоторые из наших клиентов:

«Мы можем взять деталь, которая стоила бы $400, с двухнедельным лид-таймом обработки от одного из наших локальных вендоров, мы напечатали ее за выходные и производственный пол любит ее так же, если не чуть лучше… и они используют ее до сих пор», говорит Джо Уолтерс, инженер по дизайну новых продуктов в Arow Global. «Я оцениваю, что мы увидели полный возврат от печати 5 деталей каждых из 3 разных пластиковых литых под давлением прототипных компонентов, именно от того, что не пришлось инвестировать в мягкую оснастку, традиционно используемую для создания литых под давлением деталей».

5. Расчет вашего ROI

Ваш ROI может быть рассчитан с информацией о накладных затратах на оснастку от других методов фабрикации и стоимостью продуктов, которые ваш принтер может производить. Это функция количества печатей, которые вы фактически производите — если вы покупаете принтер только для печати одной детали, это не будет стоить инвестиций. Но чем больше деталей вы печатаете, с каждым новым дизайном, каждой итерацией, ваш Markforged 3D-принтер может толкать разработку продукта быть более временно эффективной и стоимостно-эффективной.

Допустим, вы проектируете деталь для литья под давлением. Я буду использовать котировку, которую я получил на рычаг тормоза для этого примера. С накладными затратами $2865 и индивидуальной стоимостью детали $3,46, каждая итерация дизайна детали эффективно стоит $2869,46 для прототипирования без профессионального 3D-принтера. Зная это, ваш ROI может быть рассчитан со следующим уравнением:

ROI = 100% * (Прирост от инвестиций – Стоимость инвестиций) / Стоимость инвестиций

Прирост от инвестиций в этом случае — это сколько денег вы сэкономили, используя аддитивное производство вместо литья под давлением. Если я работаю над тремя разными продуктами, которые хочу доработать для производства, и я знаю, что каждый продукт пройдет через три итерации, это девять деталей каждая со своей уникальной формой или процессом обработки. Как абстракция, я буду использовать котировку литья под давлением, предоставленную выше, для расчета прироста от инвестиций. Стоимость инвестиций — это стоимость 3D-принтера — в этом случае, Mark Two Enterprise.

Прирост от инвестиций = (9 * $2869,46) – (9 * $55,09) = $25 329,33

Теперь я могу рассчитать ROI:

ROI = 100% * ($25 329,33 – $13 499) / $13 499 = 87,6%

Это число — чистая «сумма», которую вы достигаете от покупки принтера. От 9 прототипов продуктов не только Mark Two Enterprise окупился и достиг безубыточности, но и вернул 87,6% стоимости сверху того. Вот где сила аддитивного производства действительно сияет — не только для прототипирования, но и для создания некоторых деталей, вызывающих эти накладные производственные затраты. Красота Markforged 3D-принтера в вещах, которые он может производить с его высокопрочными материалами: оснастка, приспособления, даже литые формы, могут драматически устранить накладные производственные затраты. Его скорость и качество улучшают цикл разработки продукта, позволяя нашим клиентам производить презентабельные, высокопроизводительные детали меньше чем за день. Предложение адаптивности независимо от того, что за деталь, позволяет вам производить детали с прочностью и качеством, необходимыми для успеха на скорости и стоимости, несравненных в индустрии.

Еще нет Markforged 3D-принтера? Попробуйте наш софт, чтобы рассчитать свой собственный ROI.