Entendiendo la economía de la impresión 3D: ROI y análisis de costes

La impresión 3D está avanzando hacia el ámbito de la producción, tanto en utillaje para asistir operaciones de mecanizado como en piezas de uso final personalizadas. Aunque el valor de una impresora puede no parecer evidente al principio, ejecutar los cálculos contará otra historia. Esta publicación te guiará a través de la economía de la impresión 3D mediante cálculos de coste y Retorno de Inversión (ROI). El ROI es una herramienta de evaluación usada para calcular el retorno que has obtenido en una inversión por porcentaje. Esto puede aplicarse a tecnologías de fabricación también, para ayudar a determinar cuánto puedes ahorrar usando una impresora 3D para justificar su coste. Aunque el precio de una impresora 3D puede sonar elevado, es el dinero que ahorras eliminando costes de fabricación "rutinarios" como utillaje, prototipado y costes de herramientas lo que puede hacer que la impresora valga la inversión. A continuación, describimos los pasos para calcular el ROI de tu impresora.

Encontrando tu ROI:

1. Calculando el coste de tu pieza impresa

El primer paso para determinar el ROI de tu impresora 3D es calcular el coste de 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, uso 13,16 cm³ de Onyx y 17,30 cm³ de fibra de carbono.

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

(coste por cc de plástico * volumen de plástico) + (coste por cc de fibra * volumen de fibra) = Coste Total(0,24 $/cc * 13,16 cc) + (3 $/cc * 17,30 cc) = 3,16 $ + 51,90 $ = 55,06 $

Así que el coste total de esta palanca de freno es 55,06 $. Para quienes conocen la impresión 3D de escritorio, esto puede parecer caro. Sin embargo, como muestran los cálculos, gran parte de ese gasto proviene de la fibra de carbono continua, que refuerza esta palanca para que sea tan fuerte como el metal. Sin embargo, no todas las piezas necesitan estar repletas de fibra de carbono solo para lograr esa resistencia. Como explicamos en publicaciones anteriores, el enrutado eficiente de fibra puede reducir costes y tiempo de impresión.

Además, uno de los valores de una impresora Markforged es su versatilidad. Con diferentes fibras, puedes lograr diferentes propiedades de material. Por ejemplo, la fibra de vidrio, otra de nuestras opciones de fibra continua, puede lograr aproximadamente la misma resistencia que la fibra de carbono, pero resulta más pesada y menos rígida. Si no me preocupa el peso, solo la resistencia, la fibra de vidrio es una opción más rentable a 1,50 $/cc. Con el mismo archivo y enrutado de 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 fibra de vidrio, puedo lograr aproximadamente la misma resistencia y ahorrar 31,27 $. Por eso es crítico determinar qué propiedades quieres en tu pieza. Cada material tiene sus propiedades únicas, y entender cómo usar las fibras a tu favor para las piezas más fuertes te ayudará a reducir costes. Las piezas no tienen que estar repletas de fibra de carbono para cumplir las necesidades de resistencia necesarias de tu producto. Aunque la resistencia depende de la geometría, puedes usar la geometría y condiciones de carga de tu pieza para optimizar el enrutado de fibra a lo largo de la pieza. Por ejemplo, si solo necesitas resistir flexión en un plano, usa un panel sándwich en lugar de rellenar cada capa con fibra, como se explica aquí. Estas técnicas permiten una mayor reducción de costes para obtener piezas robustas, bellas y de precisión.

2. Determinando costes de producción alternativa

Ahora que he determinado el coste final de mi pieza es 55,06 $, es hora de comparar ese coste con los de otros métodos de fabricación. Esta pieza se fresa normalmente CNC, así que la envié a un servicio de fabricación de terceros para obtener una estimación. Para cantidades bajo 100, el coste unitario es 195,95 $. Para cantidades sobre 100, el coste unitario es 117,11 $ y disminuye más en volúmenes mayores. Estos costes pueden variar según el servicio o método de mecanizado. Por ejemplo, si esta pieza se fundiera, el coste inicial sería extremadamente alto para producir el molde, pero el coste por pieza una vez producido el molde sería mínimo.

Al comparar los dos procesos, es inmediatamente claro que la impresión 3D es la opción menos costosa. La diferencia de precio (coste CNC por pieza – coste impresión por pieza) es 140,89 $. Sin embargo, hay un poco más. La impresora 3D tiene un coste inicial, y el servicio de mecanizado CNC opera solo por pieza. Aquí es donde muchos ingenieros y diseñadores se atascan justificando el coste de una impresora 3D. El precio inicial de nuestro Kit Empresarial es 13.499 $, mientras que mecanizar CNC una pieza cuesta solo unos cientos de dólares cada vez.

3. Encontrando tu punto de equilibrio

Los 140,89 $ que podrías ahorrar con cada prototipo, herramienta o producto que envíes a un taller externo se acumulan, y puedes especular cuántas piezas harán falta para "equilibrar", es decir, calcular cuántas piezas se necesitan para compensar el coste de la máquina. Asumiendo que solo imprimes esta pieza, un Kit Empresarial se amortiza en 96 piezas:

13.499 $ / 140,89 $ ≈ 96

4. Retorno de Inversión: El valor de la impresión 3D

96 piezas pueden no parecer mucho, pero este cálculo simple contiene muchas abstracciones — solo hablamos de una pieza bastante simple aquí. La impresión 3D elimina los costes de fabricación overhead requeridos para cada pieza, para cada cambio de diseño. La misma palanca de freno usada antes tiene un coste de utillaje de 2.865 $ para un molde de prototipo de inyección. Si se hacen modificaciones al diseño, ese coste debe incluirse con cada cambio. El precio de una impresora 3D solo pagas una vez, mientras que los costes de utillaje y prototipado son requeridos para cada diseño. Esos costes overhead combinados con el tiempo de espera de fabricación retrasan el ciclo de desarrollo de producto y hacen que la inversión valga la pena, como atestiguan algunos de nuestros clientes:

"Somos capaces de tomar una pieza que habría costado 400 $, con dos semanas y media de plazo de mecanizado de uno de nuestros proveedores locales, la imprimimos el fin de semana y a la planta de fabricación le gusta igual o incluso un poco mejor... y la usan hasta hoy," dice Joe Walters, Ingeniero de Diseño de Nuevo Producto en Arow Global. "Estimo que hemos visto un retorno completo imprimiendo 5 piezas cada una de 3 componentes diferentes de prototipos de inyección de plástico, específicamente por no tener que invertir en el utillaje blando tradicionalmente usado para crear piezas de inyección."

5. Calculando tu ROI

Tu ROI puede calcularse con información sobre costes overhead de utillaje de otros métodos de fabricación y el coste de productos que tu impresora puede producir. Es una función del número de impresiones que realmente produces — si compras una impresora solo para imprimir una pieza, no valdrá la inversión. Pero cuantas más piezas imprimas, con cada nuevo diseño, cada iteración, tu impresora 3D Markforged puede impulsar el desarrollo de producto para ser más eficiente en tiempo y coste.

Digamos que estás diseñando una pieza para moldeo por inyección. Usaré la cotización que obtuve de la palanca de freno para este ejemplo. Con un coste overhead de 2.865 $ y un coste individual de 3,46 $, cada iteración de diseño de la pieza cuesta efectivamente 2.869,46 $ para prototipar sin una impresora 3D profesional. Sabiendo esto, tu ROI puede calcularse con la siguiente ecuación:

ROI = 100 % * (Ganancia de la Inversión – Coste de la Inversión) / Coste de la Inversión

La Ganancia de la Inversión en este caso es cuánto dinero ahorraste usando fabricación aditiva sobre moldeo por inyección. Si estoy trabajando en tres productos diferentes que quiero afinar para producción, y sé que cada producto pasará por tres iteraciones, eso son nueve piezas cada una con su propio molde o proceso de mecanizado. Como abstracción, usaré la cotización de moldeo por inyección proporcionada arriba para calcular la ganancia de inversión. El coste de Inversión es el coste de la impresora 3D — en este caso, una Mark Two Enterprise.

Ganancia de 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 el "importe" neto que logras de tu compra de la impresora. De 9 prototipos de producto, no solo la Mark Two Enterprise se ha pagado a sí misma y alcanzado el punto de equilibrio, sino que ha retornado el 87,6 % del coste además de eso. Aquí es donde brilla el poder de la fabricación aditiva — no solo para prototipado sino también para crear algunas de las piezas que causan estos costes overhead de fabricación. La belleza de la impresora 3D Markforged está en las cosas que puede producir con sus materiales de alta resistencia: utillaje, fijaciones, incluso moldes de inyección, pueden eliminar drásticamente costes overhead de fabricación. Su velocidad y calidad mejoran el ciclo de desarrollo de producto, permitiendo a nuestros clientes producir piezas presentables, de alto rendimiento en menos de un día. La oferta de adaptabilidad sin importar la pieza te permite producir piezas con la resistencia y calidad necesarias para tener éxito a una velocidad y coste inigualables en la industria.

¿No tienes una impresora 3D Markforged aún? Prueba nuestro software para que puedas calcular tu propio ROI.