【干貨】3D打印成本”經(jīng)濟學”

無論是在常規(guī)生產(chǎn)過程中，還是在輔助加工操作和定制的最終用途部件方面，3D打印正在逐步進入大眾生產(chǎn)領(lǐng)域。 盡管3D打印的價值在生產(chǎn)初期并不會顯現(xiàn)出來其優(yōu)勢，但是通過實際的運行計算最終會帶來不同的效果。 這篇文章將通過成本和投資回報率計算來幫助您了解3D打印的經(jīng)濟學。投資回報率(ROI)是一種評估工具，用于計算投資回報百分比。 這也適用于制造技術(shù)，以幫助你確定使用3D打印設備后能夠為你的生產(chǎn)帶來多少收益。 雖然3D打印機的價格可能聽起來十分昂貴，但是省去“常規(guī)”產(chǎn)品的制造成本，比如日常人員工作成本、原型設計、模具制造成本以及機械使用損耗等，這樣的3D打印機仍舊是能夠節(jié)省成本，值得企業(yè)進行投資的。下面，我們通過簡單的計算分析來一起了解3D打印機的投資回報率。

1、計算3D打印零部件成本
確定3D打印機投資回報率的第一步是計算每個零件的材料成本。 Markforged的Eiger軟件具有材料估算功能。 下面我們以一個制動桿零部件樣品作為案例教學，如圖所示，我使用了13.16立方厘米的Onyx和17.30立方厘米的碳纖維。

(摩托車制動桿模型內(nèi)部視圖)

在我們網(wǎng)站的材料版塊可以看到每種材料每卷的成本和體積， 依次我們可以計算出每立方厘米的價格。 以Onyx為例，每卷材料當前售價為190美元(800cc)，即每立方厘米0.24美元，而碳纖維材料每卷現(xiàn)在售價150美元(約合50cc)，即每立方厘米3.00美元，用下面的公式可以確定該部件的材料成本：

(每立方厘米塑料成本*塑料量)+(每立方厘米纖維成本*纖維量)=總成本($ 0.24 / cc * 13.16 cc)+($ 3 / cc * 17.30 cc)= 3.16美元 + 51.90美元= 55.06美元

所以這個制動桿的制作總成本是55.06美元。 對于了解3D打印的人來說，這個成本看起來有一點兒貴。 但詳細分析來看，其中大部分是連續(xù)碳纖維的成本，也就是說，這個剎車桿的強度可以媲美金屬剎車桿。 當然，并不是所有的零部件都需要使用碳纖維才能達到這樣的強度，也可以使用高效的光纖布線降低耗材成本和減少打印時間。

此外，Markforged 3D打印機的價值之一還在于其多功能性。使用不同的纖維，你可以實現(xiàn)不同的材料性能。 例如，玻璃纖維可以達到與碳纖維大致相同的強度，但最也會使成品變得更重和更硬。如果不考慮重量只考慮強度，那么玻璃纖維耗材的成本是每立方厘米1.50美元，也是更好的選擇。 使用玻璃纖維優(yōu)化的相同的STL文件，最終成本會有所變化。 像如下的成本計算方式：


(每立方厘米塑料成本*塑料量)+(每立方厘米玻纖成本*玻纖量)=總成本($0.24 /cc * 14.07 cc) + ($1.50/cc * 13.61 cc) = 3.38美元 + 20.42美元 = 23.80美元

使用玻璃纖維進行3D打印，我們可以達到相似的材料強度，并節(jié)省31.27美元。 所以確定您想要的零件屬性至關(guān)重要。 在實際生產(chǎn)過程中應該選擇最合適的材料進行生產(chǎn)制造，這將有效幫您降低成本。 不采用碳纖維填充打印零件，同樣也可以滿足產(chǎn)品所需的強度要求。盡管強度取決于幾何形狀，但可以使用零件的幾何形狀和負載條件等優(yōu)化整個零件的光纖布線，已達到滿足強度需求的目的。 例如，如果只需要在一個平面上防止彎曲，則可使用夾芯板替代纖維填充部件。 這些技術(shù)可以進一步降低成本，獲得堅固，美觀和精密的零件。

2、確定替代生產(chǎn)的成本
現(xiàn)在我已經(jīng)確認使用3D打印零件的最終成本是55.06美元，也可以與其他制造方式的成本進行對比了。 傳統(tǒng)制造工藝一般通過數(shù)控銑削來制造零件，可通過第三方制造供應商估算零件成本。 零件生產(chǎn)數(shù)量小于100個，單個成本是195.95美元;如果數(shù)量超過100個，單個成本為117.11美元。加工方式不同，成本價格不同。 例如，通過傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)模具的初始成本非常高，但是一旦模具確認并進行批量生產(chǎn)，則部件的單個成本將是最小的。

通過比較這兩種制造方式，我們立刻可以清楚認識到3D打印是較便宜的選擇， 價格相差(每個零件的CNC加工成本與每個零件的印刷成本)為140.89美元。 不過，還有一點兒很重要，3D打印機具有初始設備成本，而CNC加工服務僅以每個零件為基礎(chǔ)運行， 這也正是許多工程師和設計師在考量3D打印機制造成本有顧慮的地方。就像CNC加工生產(chǎn)一套產(chǎn)品的僅需要幾百美元，而采購Markforged 3D打印機卻需要13,499美元。

3、找出盈虧平衡點
將每一個模型、工具或產(chǎn)品交給第三方機械加工，單個零部件能夠節(jié)省140.89美元，你可以依次推測需要多少零件才能達到“盈虧平衡”，也就是計算要加工多少個零件的成本來抵消機器的成本。例如，您只3D打印單一零件，一套Markforged 3D打印設備將約等于96個零件的成本：
13499美元/140.89美元/個≈96個(零部件)

4、投資回報：3D打印的價值
96個零件看似不值得購買一臺3D打印機用于自主生產(chǎn)，但這個簡單的計算包含了很多抽象的概念。3D打印消除了每個零部件所需的設計、制造成本。之前使用同一個制動桿的注塑模具原型制造成本是2865美元，如果對該設計進行了任何修改，那么在每次設計更改時都必須包含注塑模具原型制造成本;一臺3D打印機的成本只需要支付一次，而模具和原型成本都是每一次設計所必須承擔的。這些間接成本以及零件制造時間無意間延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，使得3D打印設備投資變得更重要。

“我們花400美元找當?shù)氐墓�應商進行零件加工大概需要兩周半的時間，同時我們利用周末時間3D打印制造一個零件，制造車間也認可3D打印成品的質(zhì)量，或許覺得更好一些，……并且現(xiàn)在這個零件仍在使用中，“Arow Global公司新產(chǎn)品設計工程師Joe Walters說道。

“通過用三種傳統(tǒng)方法進行模具澆注的5個零件，包括做軟模具的成本，我們已經(jīng)看到了3D打印制造的效益。”

(Arow Global公司使用Markforged 3D打印機節(jié)省時間和金錢的對比)

5、計算投資回報率
投資回報率可以通過傳統(tǒng)制造方法的設計、制作模具成本和通過3D打印機所產(chǎn)生的產(chǎn)品成本來計算得出。 這是您實際生產(chǎn)的打印數(shù)量的函數(shù) - 如果您購買的打印機只打印一個部件，則不值得投資。 但是，如果打印更多的零部件，在每一次產(chǎn)品設計迭代過程中，Markforged 3D打印機就可以更省時高效地推動產(chǎn)品開發(fā)過程。

(3D打印的軟口鉗可以簡化制造復雜的加工零件。)

假設您正在設計一個注塑模型，我會用利用上述的例子進行ROI數(shù)據(jù)測算。制作注塑模型成本2865美元和一個單獨的零件制作成本3.46美元，如果沒有專業(yè)的3D打印機，該零件的每一次設計迭代都會花費2869.46美元。因此，您的投資回報率可以用下面的公式計算：

投資回報率= 100% *(投資收益-投資成本)/投資成本。

通過這個公式我們可以清晰的了解到使用增材制造比傳統(tǒng)注塑加工節(jié)省了多少成本。 如果我正在研究三種不同的產(chǎn)品，我想精細調(diào)整生產(chǎn)，而且我知道每個產(chǎn)品都會經(jīng)歷三次迭代，即每個產(chǎn)品都有九個部件，每個部件都有自己獨特的模具或加工工藝。 作為這一個抽象的概念，我將使用上面提供的注塑模具報價來計算投資收益。 投資成本是3D打印機的成本 - 在這種情況下推薦使用Markforged 3D打印設備生產(chǎn)。
投資收益=(9×2869.46美元)-(9×55.09美元)= 25329.33美元

從而計算出相應的ROI：
投資回報率= 100%*(25,329.33美元 - 13,499美元)/ 13,499美元 = 87.6%

這個數(shù)字是您從購買打印機獲得的凈“數(shù)量”。從9個產(chǎn)品樣機中，Markforged企業(yè)工具包不僅收回了3D打印機的成本，同時還降低了87.6%的成本。 這是3D打印真實能力的提現(xiàn)，不僅僅是為了原型制造，而且能夠間接降低生產(chǎn)制造成本，提供無限創(chuàng)新能力。 Markforged 3D打印機的優(yōu)點在于其能夠打印出高強度的零部件：工裝夾具，甚至是注塑模具，都可以大幅度地減少制造成本。 它的打印速度和質(zhì)量縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，使我們的客戶在不到一天的時間內(nèi)即可生產(chǎn)出性能卓越的高性能零件。無論生產(chǎn)何種零件，只要產(chǎn)品的強度和質(zhì)量能夠保證，3D打印機都可以在速度和制造成本上相比較于傳統(tǒng)機械加工更勝一籌。

來源：華融普瑞