La economía de la impresión 3D

La impresión 3D está avanzando hacia el ámbito de la producción, tanto en términos de retención del trabajo para ayudar en las operaciones de mecanizado como en las piezas de uso final personalizadas. Si bien el valor de una impresora puede no parecer evidente al principio, la ejecución de los cálculos contará una historia diferente. Esta publicación lo guiará a través de la economía de la impresión 3D a través de los cálculos de costo y retorno de la inversión. El retorno de la inversión (ROI) es una herramienta de evaluación que se utiliza para calcular el retorno que ha obtenido de una inversión por porcentaje. Esto también se puede aplicar a las tecnologías de fabricación, para ayudar a determinar cuánto puede ahorrar al usar algo como una impresora 3D para justificar su costo. Si bien el precio de una impresora 3D puede parecer elevado, es el dinero que está ahorrando al eliminar los costos de fabricación de productos "rutinarios", como el mantenimiento del trabajo, la creación de prototipos y los costos de herramientas, lo que puede hacer que la impresora valga la pena la inversión. A continuación, describimos los pasos que puede seguir para calcular el ROI de su impresora.

Encontrar su ROI:

1. Cálculo del costo de su pieza impresa

El primer paso para determinar el ROI de su impresora 3D es calcular el costo de los materiales por pieza. El software Eiger de Markforged proporciona estimaciones de material para simplificar este proceso. Usaré una palanca de freno, una de nuestras piezas de muestra, para este ejemplo. Como se muestra, utilizo 13,16 centímetros cúbicos de ónix y 17,30 centímetros cúbicos de fibra de carbono.

El costo y volumen por bobina de cada material se puede encontrar en nuestra página de materiales, y con esta información podemos encontrar el precio por centímetro cúbico. Para Onyx, los carretes cuestan actualmente $ 190 por 800 cc, o $ 0,24 / cc, y los carretes de fibra de carbono cuestan actualmente $ 150 por 50 cc, o $ 3,00 / cc. Con la siguiente ecuación puedo determinar el costo del material de mi pieza:

(costo por cc de plástico * volumen de plástico) + (costo por cc de fibra * volumen de fibra) =Costo total ($ 0.24 / cc * 13.16 cc) + ($ 3 / cc * 17.30 cc) =$ 3.16 + $ 51.90 =$ 55.06

Entonces, el costo total de esta palanca de freno cuesta $ 55.06. Para aquellos de ustedes familiarizados con la impresión 3D de escritorio, esto puede parecer caro. Sin embargo, como se muestra en los cálculos, gran parte de ese gasto proviene de la fibra de carbono continua, lo que refuerza esta palanca de freno para que sea tan resistente como el metal. Sin embargo, no todas las piezas necesitan estar empaquetadas con fibra de carbono solo para lograr esa resistencia. Como explicamos en publicaciones anteriores, el enrutamiento de fibra eficiente puede reducir los costos y el tiempo de impresión.

Además, uno de los valores de una impresora Markforged es su versatilidad. Con diferentes fibras, puede lograr diferentes propiedades del material. Por ejemplo, la fibra de vidrio, una de nuestras otras opciones de fibra continua, puede lograr aproximadamente la misma resistencia que la fibra de carbono, pero termina siendo más pesada y menos rígida. Si no me preocupa el peso, solo la resistencia, entonces la fibra de vidrio es una opción más rentable a $ 1,50 / cc. Con el mismo enrutamiento de archivo y fibra optimizado para fibra de vidrio, los números cambian un poco. Esto es lo que obtengo:

($ 0.24 / cc * 14.07 cc) + ($ 1.50 / cc * 13.61 cc) =$ 3.38 + $ 20.42 =$ 23.80

Con la fibra de vidrio, puedo lograr aproximadamente la misma resistencia y ahorrar $ 31.27. Por eso es fundamental determinar qué propiedades desea de su parte. Cada material tiene sus propias propiedades únicas, y comprender cómo usar las fibras en su beneficio para las partes más fuertes lo ayudará a reducir los costos. No es necesario embalar las piezas con fibra de carbono para satisfacer las necesidades de resistencia necesarias de su producto. Si bien la resistencia depende de la geometría, puede utilizar la geometría y las condiciones de carga de su pieza para optimizar el enrutamiento de la fibra en toda su pieza. Por ejemplo, si solo necesita resistir la flexión en un plano, use un panel sándwich en lugar de llenar cada capa con fibra, como se explica aquí. Estas técnicas permiten una mayor reducción de costos para obtener piezas robustas, hermosas y de precisión.

2. Determinación de costos de producción alternativa

Entonces, ahora que he determinado que el costo final de mi pieza es de $ 55.06, es hora de comparar ese costo con los de otros métodos de fabricación. Esta pieza normalmente se fresa con CNC, por lo que la envié a un servicio de fabricación externo para obtener una estimación de costos. Para cantidades inferiores a 100, el costo unitario es de $ 195,95. Para cantidades superiores a 100, el costo unitario es de $ 117,11 y disminuye aún más en cantidades a granel. Estos costos pueden variar según el servicio o método de mecanizado que utilice. Por ejemplo, si esta pieza se fundiera, el costo inicial sería extremadamente alto para producir el molde, pero el costo por pieza una vez producido el molde sería mínimo.

Al comparar los dos procesos, queda inmediatamente claro que la impresión 3D es la opción menos costosa. La diferencia de precio (costo de mecanizado CNC por pieza - costo de impresión por pieza) es de $ 140,89. Sin embargo, hay algo más que eso. La impresora 3D tiene un costo general inicial y el servicio de mecanizado CNC opera solo por pieza. Aquí es donde muchos ingenieros y diseñadores se atascan al justificar el costo de una impresora 3D. El precio inicial de nuestro kit empresarial es de $ 13,499, mientras que el mecanizado CNC de una pieza cuesta solo unos pocos cientos de dólares cada vez.

3. Encontrar su punto de equilibrio

Los $ 140.89 que podría estar ahorrando con cada prototipo, herramienta o producto que envía a un taller de máquinas externo se acumula, y puede especular cuántas piezas se necesitarán para "cubrir gastos", lo que significa calcular cuántas piezas se necesitarán para compensar el costo de la máquina. Suponiendo que solo imprima esta parte, un kit empresarial se pagará solo en 96 partes:

$ 13,499 / $ 140.89 ≈ 96

4. Retorno de la inversión:el valor de la impresión 3D

Puede que parezca que 96 partes no valen la pena, pero este cálculo simple contiene muchas abstracciones; aquí solo estamos hablando de una parte bastante simple. La impresión 3D elimina los costos generales de fabricación necesarios para cada pieza, para cada cambio de diseño. La misma palanca de freno utilizada anteriormente tiene un costo de herramientas de $ 2,865 para un prototipo de molde de inyección. Si se realiza alguna modificación a ese diseño, ese costo debe incluirse con cada cambio de diseño. El precio de una impresora 3D solo debe pagar una vez, mientras que los costos de creación de prototipos y herramientas son necesarios para cada diseño. Esos costos generales combinados con el tiempo de fabricación retrasan el ciclo de desarrollo del producto hacen que la inversión valga la pena, como pueden atestiguar algunos de nuestros clientes:

“Podemos tomar una pieza que habría costado $ 400, con un tiempo de espera de dos semanas y media de mecanizado de uno de nuestros proveedores locales, la imprimimos durante el fin de semana y al piso de fabricación le gusta tanto, si no un poco mejor ... y lo están usando hasta el día de hoy ”, dice Joe Walters, ingeniero de diseño de nuevos productos en Arow Global. "Calculo que hemos visto un retorno total de la impresión de 5 partes de cada uno de los 3 componentes prototipo de plástico moldeado por inyección diferentes, específicamente por no tener que invertir en las herramientas blandas que se utilizan tradicionalmente para crear piezas moldeadas por inyección".

5.Cálculo de su ROI

Su ROI se puede calcular con información sobre los costos generales de herramientas de otros métodos de fabricación y el costo de los productos que su impresora puede producir. Esta es una función de la cantidad de impresiones que realmente produce:si compra una impresora solo para imprimir una parte, no valdrá la pena la inversión. Pero cuantas más piezas imprima, con cada nuevo diseño, cada iteración, su impresora 3D Markforged puede impulsar el desarrollo de productos para que sea más eficiente en el tiempo y rentable.

Supongamos que está diseñando una pieza para moldearla por inyección. Usaré la cita que obtuve en la palanca de freno para este ejemplo. Con un costo general de $ 2,865 y un costo de pieza individual de $ 3,46, cada iteración de diseño de la pieza cuesta efectivamente $ 2869,46 para crear un prototipo sin una impresora 3D profesional. Sabiendo esto, su ROI se puede calcular con la siguiente ecuación:

ROI =100% * (ganancia de inversión - costo de inversión) / costo de inversión

La ganancia de la inversión en este caso es la cantidad de dinero que ahorró utilizando la fabricación aditiva en lugar del moldeo por inyección. Si estoy trabajando en tres productos diferentes, quiero afinar la producción y sé que cada producto pasará por tres iteraciones, es decir, nueve partes, cada una con su propio proceso de mecanizado o molde único. Como resumen, utilizaré la cotización del molde de inyección proporcionada anteriormente para calcular la ganancia de la inversión. El costo de la inversión es el costo de la impresora 3D, en este caso, una empresa Mark Two.

Ganancia de la inversión =(9 * $ 2.869,46) - (9 * $ 55,09) =$ 25.329,33

Ahora puedo calcular el ROI:

ROI =100% * ($ 25,329.33 - $ 13,499) / $ 13,499 =87.6%

Este número es la "cantidad" neta que obtiene con la compra de la impresora. A partir de 9 prototipos de productos, la Mark Two Enterprise no solo se pagó por sí misma y no alcanzó los gastos, sino que también devolvió el 87,6% del costo además de eso. Aquí es donde realmente brilla el poder de la fabricación aditiva, no solo para la creación de prototipos, sino también para crear algunas de las piezas que provocan estos costes generales de fabricación. La belleza de la impresora 3D Markforged está en las cosas que puede producir con sus materiales de alta resistencia:las herramientas, los accesorios, incluso los moldes de inyección, pueden eliminar drásticamente los costos generales de fabricación. Su velocidad y calidad mejoran el ciclo de desarrollo del producto, lo que permite a nuestros clientes producir piezas presentables y de alto rendimiento en menos de un día. La oferta de adaptabilidad sin importar la pieza le permite producir piezas con la resistencia y calidad necesarias para tener éxito a una velocidad y costo incomparables en la industria.

¿Aún no tienes una impresora 3D Markforged? Pruebe nuestro software para que pueda calcular su propio ROI.