L'économie de l'impression 3D

L'impression 3D progresse dans le domaine de la production, à la fois en termes de maintien des pièces pour assister les opérations d'usinage et de pièces d'utilisation finale personnalisées. Bien que la valeur d'une imprimante puisse ne pas sembler évidente au premier abord, l'exécution des calculs racontera une histoire différente. Cet article vous expliquera l'économie de l'impression 3D via les calculs de coût et de retour sur investissement. Le retour sur investissement (ROI) est un outil d'évaluation utilisé pour calculer le retour sur investissement que vous avez obtenu en pourcentage. Cela peut également s'appliquer aux technologies de fabrication, pour aider à déterminer combien vous pouvez économiser en utilisant quelque chose comme une imprimante 3D pour justifier son coût. Bien que le prix d'une imprimante 3D puisse sembler élevé, c'est l'argent que vous économisez en éliminant les coûts de fabrication de produits « de routine » tels que les coûts de maintien du travail, de prototypage et d'outillage qui peuvent faire en sorte que l'imprimante vaut l'investissement. Ci-dessous, nous décrivons les étapes que vous pouvez suivre pour calculer le retour sur investissement de votre imprimante.

Trouver votre ROI :

1. Calcul du coût de votre pièce imprimée

La première étape pour déterminer le retour sur investissement de votre imprimante 3D consiste à calculer le coût des matériaux par pièce. Le logiciel Eiger de Markforged fournit des estimations de matériaux pour simplifier ce processus. J'utiliserai un levier de frein, l'un de nos exemples de pièces, pour cet exemple. Comme indiqué, j'utilise 13,16 centimètres cubes d'Onyx et 17,30 centimètres cubes de fibre de carbone.

Le coût et le volume par bobine de chaque matériau peuvent être trouvés sur notre page matériaux, et avec cette information, nous pouvons trouver le prix par centimètre cube. Pour Onyx, les bobines coûtent actuellement 190 $ pour 800 cc, soit 0,24 $/cc, et la fibre de carbone, les bobines coûtent actuellement 150 $ pour 50 cc, soit 3,00 $/cc. Avec l'équation suivante, je peux déterminer le coût matériel de ma pièce :

(coût par cc de plastique * volume de plastique) + (coût par cc de fibre * volume de fibre) =Coût total ($0,24 /cc * 13,16 cc) + (3$/cc * 17,30 cc) =$3,16 + 51,90 $ =55,06$

Le coût total de ce levier de frein coûte donc 55,06 $. Pour ceux d'entre vous qui connaissent l'impression 3D de bureau, cela peut sembler cher. Cependant, comme le montrent les calculs, une grande partie de ces dépenses provient de la fibre de carbone continue, ce qui renforce ce levier de frein pour qu'il soit aussi solide que le métal. Cependant, toutes les pièces n'ont pas besoin d'être emballées avec de la fibre de carbone juste pour atteindre cette résistance. Comme nous l'avons expliqué dans les articles précédents, un routage de fibre efficace peut réduire les coûts et le temps d'impression.

De plus, l'une des valeurs d'une imprimante Markforged est sa polyvalence. Avec différentes fibres, vous pouvez obtenir différentes propriétés de matériau. Par exemple, la fibre de verre, l'une de nos autres options de fibre continue, peut atteindre à peu près la même résistance que la fibre de carbone, mais finit par être plus lourde et moins rigide. Si je ne me soucie pas du poids, juste de la résistance, alors la fibre de verre est une option plus rentable à 1,50 $/cc. Avec le même fichier et le même routage de fibre optimisés pour la fibre de verre, les chiffres changent un peu. Voici ce que j'obtiens :

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

Avec la fibre de verre, je peux obtenir à peu près la même résistance et économiser 31,27 $. C'est pourquoi il est essentiel de déterminer les propriétés que vous voulez dans votre pièce. Chaque matériau a ses propres propriétés uniques, et comprendre comment utiliser les fibres à votre avantage pour les pièces les plus résistantes vous aidera à réduire les coûts. Les pièces n'ont pas besoin d'être emballées avec de la fibre de carbone pour répondre aux besoins de résistance nécessaires de votre produit. Bien que la résistance dépende de la géométrie, vous pouvez utiliser la géométrie et les conditions de charge de votre pièce pour optimiser le routage des fibres dans toute la pièce. Par exemple, si vous ne devez résister à la flexion que dans un plan, utilisez un panneau sandwich au lieu de remplir chaque couche de fibre, comme expliqué ici. Ces techniques permettent de réduire davantage les coûts pour obtenir des pièces robustes, belles et précises.

2. Détermination des coûts de production alternative

Alors maintenant que j'ai déterminé que le coût final de ma pièce est de 55,06 $, il est temps de comparer ce coût à ceux d'autres méthodes de fabrication. Cette pièce est normalement fraisée CNC, je l'ai donc soumise à un service de fabrication tiers pour obtenir une estimation des coûts. Pour les quantités inférieures à 100, le coût unitaire est de 195,95 $. Pour les quantités supérieures à 100, le coût unitaire est de 117,11 $ et diminue encore les quantités en vrac. Ces coûts peuvent varier selon le service d'usinage ou la méthode que vous utilisez. Par exemple, si cette pièce était coulée, le coût initial serait extrêmement élevé pour produire le moule, mais le coût par pièce une fois le moule produit serait minime.

En comparant les deux procédés, il est immédiatement clair que l'impression 3D est l'option la moins chère. La différence de prix (coût d'usinage CNC par pièce - coût d'impression par pièce) est de 140,89 $. Cependant, il y a un peu plus que cela. L'imprimante 3D a des frais généraux initiaux et le service d'usinage CNC fonctionne uniquement par pièce. C'est là que de nombreux ingénieurs et concepteurs se retrouvent coincés pour justifier le coût d'une imprimante 3D. Le prix initial de notre Enterprise Kit est de 13 499 $, tandis que l'usinage CNC d'une pièce ne coûte que quelques centaines de dollars à chaque fois.

3. Trouver votre seuil de rentabilité

Les 140,89 $ que vous pourriez économiser avec chaque prototype, outil ou produit que vous envoyez à un atelier d'usinage externe s'accumule, et vous pouvez spéculer sur le nombre de pièces qu'il faudra pour « atteindre le seuil de rentabilité », ce qui signifie calculer le nombre de pièces qu'il faudra pour compenser le coût de la machine. En supposant que vous n'imprimiez que cette partie, un Enterprise Kit se paiera en 96 parties :

13 499 $/140,89 $ ≈ 96

4. Retour sur investissement :la valeur de l'impression 3D

96 parties peuvent sembler ne pas valoir la peine, mais ce calcul simple contient beaucoup d'abstractions - nous ne parlons ici que d'une partie assez simple. L'impression 3D élimine les frais généraux de fabrication requis pour chaque pièce, pour chaque modification de conception. Le même levier de frein utilisé précédemment a un coût d'outillage de 2 865 $ pour un prototype de moule d'injection. Si des modifications sont apportées à cette conception, ce coût doit être inclus avec chaque modification de conception. Le prix d'une imprimante 3D que vous ne devez payer qu'une seule fois, tandis que les coûts d'outillage et de prototypage sont nécessaires pour chaque conception. Ces frais généraux combinés au délai de fabrication qui retardent le cycle de développement du produit justifient l'investissement, comme certains de nos clients peuvent en témoigner :

« Nous sommes en mesure de prendre une pièce qui aurait coûté 400 $, avec un délai d'usinage de deux semaines et demie chez l'un de nos fournisseurs locaux, nous l'avons imprimée au cours du week-end et l'atelier de fabrication l'aime tout autant, sinon un peu mieux… et ils l'utilisent encore aujourd'hui », déclare Joe Walters, ingénieur en conception de nouveaux produits chez Arow Global. "J'estime que nous avons vu un retour complet de l'impression de 5 pièces chacune de 3 composants prototypes moulés par injection en plastique différents, en particulier du fait de ne pas avoir à investir dans l'outillage souple traditionnellement utilisé pour créer des pièces moulées par injection."

5.Calculer votre retour sur investissement

Votre retour sur investissement peut être calculé avec des informations sur les frais généraux d'outillage provenant d'autres méthodes de fabrication et le coût des produits que votre imprimante peut produire. C'est une fonction du nombre d'impressions que vous produisez réellement - si vous achetez une imprimante uniquement pour imprimer une partie, cela ne vaudra pas l'investissement. Mais plus vous imprimez de pièces, à chaque nouvelle conception, à chaque itération, votre imprimante 3D Markforged peut pousser le développement de produits à être plus rapide et plus rentable.

Supposons que vous concevez une pièce à mouler par injection. Je vais utiliser la citation que j'ai reçue sur le levier de frein pour cet exemple. Avec des frais généraux de 2 865 $ et un coût de pièce individuelle de 3,46 $, chaque itération de conception de la pièce coûte effectivement 2 869,46 $ pour prototyper sans imprimante 3D professionnelle. Sachant cela, votre ROI peut être calculé avec l'équation suivante :

ROI =100 % * (Gain de l'investissement – Coût de l'investissement)/Coût de l'investissement

Le gain de l'investissement dans ce cas est combien d'argent vous avez économisé en utilisant la fabrication additive par rapport au moulage par injection. Si je travaille sur trois produits différents, je veux affiner la production, et je sais que chaque produit passera par trois itérations, c'est-à-dire neuf pièces chacune avec son propre moule ou processus d'usinage. À titre d'abstraction, j'utiliserai le devis de moulage par injection fourni ci-dessus pour calculer le gain de l'investissement. Le coût de l'investissement est le coût de l'imprimante 3D - dans ce cas, une entreprise Mark Two.

Gain d'investissement =(9*2 869,46 $) – (9*55,09 $) =25 329,33 $

Je peux maintenant calculer le ROI :

ROI =100 % * (25 329,33 $ – 13 499 $)/13 499 $ =87,6 %

Ce nombre est le « montant » net que vous obtenez grâce à votre achat de l'imprimante. À partir de 9 prototypes de produits, non seulement la Mark Two Enterprise s'est rentabilisée et a atteint le seuil de rentabilité, mais elle a également remboursé 87,6 % du coût en plus. C'est là que la puissance de la fabrication additive brille vraiment, non seulement pour le prototypage, mais aussi pour la création de certaines des pièces qui entraînent ces frais généraux de fabrication. La beauté de l'imprimante 3D Markforged réside dans les choses qu'elle peut produire avec ses matériaux à haute résistance :l'outillage, les montages, même les moules à injection, peuvent considérablement éliminer les frais généraux de fabrication. Sa vitesse et sa qualité améliorent le cycle de développement des produits, permettant à nos clients de produire des pièces présentables et performantes en moins d'une journée. L'offre d'adaptabilité, quelle que soit la pièce, vous permet de produire des pièces avec la résistance et la qualité nécessaires pour réussir à une vitesse et à un coût inégalés dans l'industrie.

Vous n'avez pas encore d'imprimante 3D Markforged ? Essayez notre logiciel pour calculer votre propre retour sur investissement.