A Economia da Impressão 3D

A impressão 3D está avançando para o reino da produção, tanto em termos de retenção de trabalho para auxiliar nas operações de usinagem quanto em peças de uso final personalizadas. Embora o valor de uma impressora possa não parecer aparente à primeira vista, a execução dos cálculos contará uma história diferente. Este artigo irá guiá-lo através da economia da impressão 3D por meio de cálculos de custo e retorno sobre o investimento. O Return On Investment (ROI) é uma ferramenta de avaliação usada para calcular o retorno que você obteve em um investimento por porcentagem. Isso pode se aplicar a tecnologias de manufatura também, para ajudar a determinar quanto você pode economizar usando algo como uma impressora 3D para justificar seu custo. Embora o preço de uma impressora 3D possa parecer alto, é o dinheiro que você está economizando ao eliminar os custos de fabricação de produtos “rotineiros”, como retenção de trabalho, prototipagem e custos de ferramentas que podem fazer com que o investimento valha a pena. A seguir, descrevemos as etapas que você pode seguir para calcular o ROI de sua impressora.

Encontrando seu ROI:

1. Calculando o custo de sua peça impressa

A primeira etapa para determinar o ROI de sua impressora 3D é calcular o custo dos materiais por peça. O software Eiger da Markforged fornece estimativas de materiais para simplificar este processo. Usarei uma alavanca de freio, uma de nossas peças de amostra, para este exemplo. Como mostrado, eu uso 13,16 centímetros cúbicos de Onyx e 17,30 centímetros cúbicos de fibra de carbono.


O custo e o volume por bobina de cada material podem ser consultados na nossa página de materiais, e com esta informação podemos encontrar o preço por centímetro cúbico. Para Onyx, os carretéis custam atualmente $ 190 por 800 cc, ou $ 0,24 / cc, e a fibra de carbono, os carretéis custam atualmente $ 150 por 50 cc ou $ 3,00 / cc. Com a seguinte equação, posso determinar o custo do material da minha peça:


(custo por cc de plástico * volume de plástico) + (custo por cc de fibra * volume de fibra) =Custo total ($ 0,24 / cc * 13,16 cc) + ($ 3 / cc * 17,30 cc) =$ 3,16 + $ 51,90 =$ 55,06


Portanto, o custo total desta alavanca de freio custa $ 55,06. Para aqueles que estão familiarizados com a impressão 3D de mesa, isso pode parecer caro. No entanto, como mostram os cálculos, grande parte dessa despesa vem da fibra de carbono contínua, que reforça essa alavanca de freio para ser tão forte quanto metal. No entanto, nem todas as peças precisam ser embaladas com fibra de carbono apenas para atingir essa resistência. Como explicamos em posts anteriores, o roteamento de fibra eficiente pode reduzir custos e tempo de impressão.


Além disso, um dos valores de uma impressora Markforged é sua versatilidade. Com diferentes fibras, você pode obter diferentes propriedades de material. Por exemplo, a fibra de vidro, uma de nossas outras opções de fibra contínua, pode atingir quase a mesma resistência da fibra de carbono, mas acaba sendo mais pesada e menos rígida. Se eu não estou preocupado com o peso, apenas a força, a fibra de vidro é uma opção mais econômica por US $ 1,50 / cc. Com o mesmo arquivo e roteamento de fibra otimizado para fibra de vidro, os números mudam um pouco. Aqui está o que eu recebo:


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


Com a fibra de vidro, posso atingir quase a mesma resistência e economizar US $ 31,27. É por isso que é fundamental determinar quais propriedades você deseja em sua peça. Cada material tem suas próprias propriedades únicas, e entender como usar as fibras em seu benefício para as peças mais resistentes o ajudará a reduzir custos. As peças não precisam ser embaladas com fibra de carbono para atender às necessidades de resistência necessárias de seu produto. Embora a resistência dependa da geometria, você pode usar a geometria e as condições de carregamento da sua peça para otimizar o roteamento da fibra em toda a sua peça. Por exemplo, se você só precisa resistir à flexão em um plano, use um painel sanduíche em vez de preencher todas as camadas com fibra, conforme explicado aqui. Essas técnicas permitem maior redução de custos para obtenção de peças robustas, bonitas e de precisão.

2. Determinação de custos de produção alternativa

Então, agora que eu determinei que o custo final da minha peça é $ 55,06, é hora de comparar esse custo com os de outros métodos de fabricação. Esta peça é normalmente fresada em CNC, então eu a enviei para um serviço de manufatura terceirizado para obter uma estimativa de custo. Para quantidades abaixo de 100, o custo por unidade é $ 195,95. Para quantidades acima de 100, o custo por unidade é $ 117,11 e diminui ainda mais em grandes quantidades. Esses custos podem variar dependendo do serviço ou método de usinagem que você usa. Por exemplo, se esta peça fosse fundida, o custo inicial seria extremamente alto para produzir o molde, mas o custo por peça uma vez que o molde fosse produzido seria mínimo.


Ao comparar os dois processos, fica imediatamente claro que a impressão 3D é a opção mais econômica. A diferença de preço (custo de usinagem CNC por peça - custo de impressão por peça) é de $ 140,89. No entanto, há um pouco mais do que isso. A impressora 3D tem um custo indireto inicial e o serviço de usinagem CNC opera apenas por peça. É aqui que muitos engenheiros e designers ficam presos ao justificar o custo de uma impressora 3D. O preço inicial de nosso Enterprise Kit é $ 13.499, enquanto a usinagem CNC de uma peça custa apenas algumas centenas de dólares por vez.

3. Encontrando o seu ponto de equilíbrio

Os $ 140,89 que você pode economizar com cada protótipo, ferramenta ou produto que enviar para uma oficina mecânica externa acumula, e você pode especular quantas peças serão necessárias para "empatar", o que significa calcular quantas peças serão necessárias para compensar o custo da máquina. Supondo que você imprima apenas esta parte, um Enterprise Kit se pagará em 96 partes:


$ 13.499 / $ 140,89 ≈ 96

4. Retorno do investimento:o valor da impressão 3D

96 partes podem não parecer valer a pena, mas este cálculo simples contém muitas abstrações - estamos falando apenas de uma parte bastante simples aqui. A impressão 3D elimina os custos indiretos de fabricação necessários para cada peça, para cada alteração de design. A mesma alavanca de freio usada anteriormente tem um custo de usinagem de $ 2.865 para um protótipo de molde de injeção. Se quaisquer modificações forem feitas nesse projeto, esse custo deve ser incluído com cada mudança de projeto. O preço de uma impressora 3D você só precisa pagar uma vez, enquanto os custos de ferramental e prototipagem são necessários para cada projeto. Esses custos indiretos combinados com o lead time de fabricação atrasam o ciclo de desenvolvimento do produto e fazem o investimento valer a pena, como alguns de nossos clientes podem atestar:


“Conseguimos participar de uma peça que teria custado US $ 400, com prazo de entrega de duas semanas e meia de usinagem de um de nossos fornecedores locais, imprimimos no fim de semana e o chão de fábrica gosta tanto, se não um pouco melhor ... e eles estão usando até hoje ”, disse Joe Walters, engenheiro de design de novos produtos da Arow Global. “Eu estimaria que vimos um retorno total com a impressão de 5 peças de cada um dos 3 componentes diferentes do protótipo moldado por injeção de plástico, especificamente por não ter que investir em ferramentas macias tradicionalmente usadas para criar peças moldadas por injeção.”

5.Cálculo do seu ROI

Seu ROI pode ser calculado com informações sobre custos indiretos de ferramentas de outros métodos de fabricação e o custo dos produtos que sua impressora pode produzir. Esta é uma função do número de impressões que você realmente produz - se você comprar uma impressora apenas para imprimir uma parte, não valerá a pena o investimento. Mas quanto mais peças você imprime, com cada novo design, cada iteração, sua impressora 3D Markforged pode impulsionar o desenvolvimento de produtos para ser mais eficiente em termos de tempo e custo.


Digamos que você esteja projetando uma peça para ser moldada por injeção. Vou usar a citação que fiz sobre a alavanca do freio para este exemplo. Com um custo indireto de $ 2.865 e um custo de peça individual de $ 3,46, cada iteração de projeto da peça custa efetivamente $ 2.869,46 para prototipar sem uma impressora 3D profissional. Sabendo disso, seu ROI pode ser calculado com a seguinte equação:


ROI =100% * (ganho do investimento - custo do investimento) / custo do investimento


O ganho com o investimento, neste caso, é quanto dinheiro você economizou usando a manufatura aditiva em vez da moldagem por injeção. Se estou trabalhando em três produtos diferentes, quero fazer um ajuste fino para a produção e sei que cada produto passará por três iterações, ou seja, nove peças, cada uma com seu próprio molde ou processo de usinagem exclusivo. Como abstração, usarei a cotação do molde de injeção fornecida acima para calcular o ganho do investimento. O custo do investimento é o custo da impressora 3D - neste caso, uma Mark Two Enterprise.


Ganho do investimento =(9 * $ 2.869,46) - (9 * $ 55,09) =$ 25.329,33


Agora posso calcular o ROI:


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


Esse número é a “quantia” líquida que você obtém com a compra da impressora. A partir de 9 protótipos de produtos, o Mark Two Enterprise não apenas se pagou e se equilibrou, mas também retornou 87,6% do custo em cima disso. É aqui que o poder da manufatura aditiva realmente brilha - não apenas para a prototipagem, mas também para a criação de algumas das peças que causam esses custos indiretos de fabricação. A beleza da impressora Markforged 3D está nas coisas que ela pode produzir com seus materiais de alta resistência:ferramentas, acessórios e até moldes de injeção podem eliminar drasticamente os custos indiretos de fabricação. Sua velocidade e qualidade melhoram o ciclo de desenvolvimento do produto, permitindo que nossos clientes produzam peças apresentáveis ​​e de alto desempenho em menos de um dia. A oferta de adaptabilidade, independentemente da peça, permite que você produza peças com a resistência e a qualidade necessárias para ter sucesso com velocidade e custo incomparáveis ​​na indústria.


Ainda não tem uma impressora Markforged 3D? Experimente nosso software para calcular seu próprio ROI.