Entendendo a Economia da Impressão 3D: ROI e Análise de Custo

A impressão 3D está avançando para o domínio da produção, tanto em termos de ferramentas de fixação para auxiliar operações de usinagem quanto de peças de uso final personalizadas. Embora o valor de uma impressora possa não parecer aparente à primeira vista, executar os cálculos contará uma história diferente. Este post o guiará pela economia da impressão 3D via cálculos de custo e Retorno sobre Investimento. O Retorno sobre Investimento (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 economiza eliminando custos de manufatura "rotineiros" como fixação, prototipagem e ferramental que pode tornar a impressora vale o investimento. Abaixo, descrevemos os passos para calcular o ROI para sua impressora.

Encontrando seu ROI:

1. Calculando o Custo da Sua Peça Impressa

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

O custo e volume por carretel de cada material podem ser encontrados em nossa página de materiais, e com esta informação podemos encontrar o preço por centímetro cúbico. Para Onyx, carretéis atualmente custam $190 para 800 cc, ou $0,24/cc, e fibra de carbono, carretéis atualmente custam $150 para 50 cc, ou $3,00/cc. Com a seguinte equação posso determinar o custo de 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

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

Além disso, um dos valores de uma impressora Markforged é sua versatilidade. Com diferentes fibras, você pode atingir diferentes propriedades de material. Por exemplo, fibra de vidro, uma de nossas outras opções de fibra contínua, pode atingir aproximadamente a mesma resistência que fibra de carbono, mas acaba sendo mais pesada e menos rígida. Se não me preocupo com peso, apenas resistência, então fibra de vidro é uma opção mais custo-efetiva a $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 obtenho:

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

Com fibra de vidro, posso atingir aproximadamente a mesma resistência e economizar $31,27. É por isso que é crítico determinar quais propriedades você quer em sua peça. Cada material tem suas próprias propriedades únicas, e entender como usar as fibras a seu favor para as peças mais fortes ajudará a reduzir custos. Peças não precisam ser carregadas com fibra de carbono para atender às necessidades de resistência necessárias do seu produto. Embora a resistência dependa da geometria, você pode usar a geometria e condições de carga da sua peça para otimizar o roteamento de fibra por toda a peça. Por exemplo, se você só precisa resistir à flexão em um plano, use um painel sanduíche em vez de preencher cada camada com fibra, como explicado aqui. Estas técnicas permitem redução adicional de custos para obter peças robustas, bonitas e de precisão.

2. Determinando Custos de Produção Alternativa

Agora que determinei o custo final da minha peça como $55,06, é hora de comparar esse custo com os de outros métodos de manufatura. Esta peça é normalmente fresada CNC, então a submeti a 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 quantidades a granel. Esses custos podem variar dependendo do serviço de usinagem ou método 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 é produzido seria mínimo.

Comparando os dois processos, fica imediatamente claro que a impressão 3D é a opção mais barata. A diferença de preço (custo de usinagem CNC por peça – custo de impressão por peça) é $140,89. No entanto, há um pouco mais nisso. A impressora 3D tem um custo inicial de overhead, e o serviço de usinagem CNC opera apenas com base por peça. É aqui que muitos engenheiros e designers ficam presos justificando o custo de uma impressora 3D. O preço inicial do nosso Kit Enterprise é $13.499, enquanto usinar uma peça CNC custa apenas algumas centenas de dólares cada vez.

3. Encontrando Seu Ponto de Equilíbrio

Os $140,89 que você poderia economizar com cada protótipo, ferramenta ou produto que envia a uma oficina externa se acumulam, e você pode especular quantas peças levarão para "equilibrar", o que significa calcular quantas peças levarão para compensar o custo da máquina. Assumindo que você só imprima esta peça, um Kit Enterprise se pagará em 96 peças:

$13.499/$140,89 ≈ 96

4. Retorno sobre Investimento: O Valor da Impressão 3D

96 peças podem não parecer valer a pena, mas este cálculo simples contém muitas abstrações — estamos falando apenas de uma peça relativamente simples aqui. A impressão 3D elimina os custos de overhead de manufatura necessários para cada peça, para cada mudança de design. A mesma alavanca de freio usada anteriormente tem um custo de ferramental de $2.865 para um protótipo de molde de injeção. Se quaisquer modificações forem feitas naquele design, esse custo deve ser incluído com cada mudança de design. O preço de uma impressora 3D você só precisa pagar uma vez, enquanto custos de ferramental e prototipagem são necessários para cada design. Esses custos de overhead combinados com atraso de lead time de manufatura tornam o investimento vale a pena, como alguns de nossos clientes podem atestar:

"Conseguimos pegar uma peça que custaria $400, com duas semanas e meia de lead time de usinagem de um de nossos fornecedores locais, imprimimos no fim de semana e o chão de fábrica gosta tanto quanto, se não um pouco melhor… e estão usando até hoje," diz Joe Walters, Engenheiro de Design de Novo Produto na Arow Global. "Estimaria que vimos um retorno completo imprimindo 5 peças cada de 3 componentes diferentes de protótipo de injeção plástica, especificamente por não ter que investir no ferramental mole tradicionalmente usado para criar peças de injeção."

5. Calculando Seu ROI

Seu ROI pode ser calculado com informações sobre custos de ferramental de overhead de outros métodos de fabricação e o custo de produtos que sua impressora pode produzir. Esta é uma função do número de impressões que você realmente produz — se você compra uma impressora apenas para imprimir uma peça, não valerá o investimento. Mas quanto mais peças você imprime, com cada novo design, cada iteração, sua impressora 3D Markforged pode empurrar o desenvolvimento de produto para ser mais eficiente em tempo e custo.

Digamos que você está projetando uma peça para ser moldada por injeção. Usarei a cotação que obtive na alavanca de freio para este exemplo. Com um custo de overhead de $2.865 e um custo individual de peça de $3,46, cada iteração de design da peça efetivamente custa $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 do Investimento neste caso é quanto dinheiro você economizou usando manufatura aditiva sobre moldagem por injeção. Se estou trabalhando em três produtos diferentes que quero ajustar para produção, e sei que cada produto passará por três iterações, isso são nove peças cada com seu próprio molde ou processo de usinagem. Como abstração, usarei a cotação de 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%

Este número é o "valor" líquido que você alcança com sua compra da impressora. De 9 protótipos de produto, não apenas a Mark Two Enterprise se pagou e atingiu o ponto de equilíbrio, mas retornou 87,6% do custo em cima disso também. É aqui que o poder da manufatura aditiva realmente brilha — não apenas para prototipagem mas também para criar algumas das peças que causam esses custos de overhead de manufatura. A beleza da impressora 3D Markforged está nas coisas que ela pode produzir com seus materiais de alta resistência: o ferramental, fixtures, até moldes de injeção, podem eliminar drasticamente custos de overhead de manufatura. Sua velocidade e qualidade melhoram o ciclo de desenvolvimento de produto, permitindo que nossos clientes produzam peças apresentáveis e de alto desempenho em menos de um dia. A oferta de adaptabilidade não importa a peça permite que você produza peças com a resistência e qualidade necessárias para ter sucesso em uma velocidade e custo inigualáveis na indústria.

Não tem uma impressora 3D Markforged ainda? Experimente nosso software para que você possa calcular seu próprio ROI.