3D 打印经济学

3D 打印正在进入生产领域，无论是在工件夹持以协助加工操作还是定制最终用途零件方面。虽然打印机的价值乍一看似乎并不明显，但执行计算会讲述一个不同的故事。这篇文章将通过成本和投资回报计算，带您了解 3D 打印的经济学。投资回报 (ROI) 是一种评估工具，用于按百分比计算您从投资中获得的回报。这也适用于制造技术，以帮助确定通过使用 3D 打印机之类的东西来证明其成本可以节省多少。虽然 3D 打印机的价格听起来可能很高，但正是通过消除“常规”产品制造成本（例如工件夹持、原型制作和工具成本）而节省的资金，使打印机值得投资。下面，我们概述了计算打印机投资回报率的步骤。

寻找投资回报率：

1.计算打印部件的成本

确定 3D 打印机投资回报率的第一步是计算每个零件的材料成本。 Markforged 的​​ Eiger 软件提供材料估算以简化此过程。在此示例中，我将使用刹车杆，这是我们的示例零件之一。如图所示，我使用了 13.16 立方厘米的玛瑙和 17.30 立方厘米的碳纤维。

可以在我们的材料页面上找到每种材料的每个线轴的成本和体积，根据这些信息，我们可以找到每立方厘米的价格。对于 Onyx，800 cc 的线轴目前售价 190 美元，或 0.24 美元/cc，碳纤维线轴目前 50 cc 的售价为 150 美元，或 3.00 美元/cc。使用以下等式，我可以确定我的零件的材料成本：

（每立方厘米塑料成本 * 塑料体积）+（每立方厘米纤维成本 * 纤维体积）=总成本 ($0.24 /cc * 13.16 cc) + ($3/cc * 17.30 cc) =$3.16 + $51.90 =$55.06

所以这个刹车杆的总成本为 55.06 美元。对于那些熟悉桌面 3D 打印的人来说，这可能看起来很昂贵。然而，如计算所示，大部分费用来自连续碳纤维，它增强了刹车杆的强度，使其与金属一样坚固。然而，并非所有部件都需要用碳纤维包装才能达到这种强度。正如我们在之前的博文中所解释的，高效的光纤布线可以降低成本和打印时间。

此外，Markforged 打印机的价值之一是其多功能性。使用不同的纤维，您可以获得不同的材料特性。例如，玻璃纤维是我们其他连续纤维选项之一，可以达到与碳纤维大致相同的强度，但最终会更重且硬度更低。如果我不关心重量，只关心强度，那么玻璃纤维是更划算的选择，价格为 1.50 美元/立方厘米。使用针对玻璃纤维优化的相同文件和光纤路由，数字略有变化。这是我得到的：

($0.24 /cc * 14.07 cc) + ($1.50/cc * 13.61 cc) =$3.38 + $20.42 =$23.80

使用玻璃纤维，我可以获得大致相同的强度并节省 31.27 美元。这就是为什么确定您想要的零件具有哪些属性至关重要的原因。每种材料都有其独特的特性，了解如何利用纤维来制造最坚固的部件将帮助您降低成本。零件不必用碳纤维包装以满足您产品的必要强度需求。虽然强度取决于几何形状，但您可以使用零件的几何形状和负载条件来优化整个零件的光纤布线。例如，如果您只需要在一个平面上抵抗弯曲，请使用夹心板而不是用纤维填充每一层，如此处所述。这些技术可以进一步降低成本，以获得坚固、美观和精密的零件。

2.确定替代生产的成本

所以现在我已经确定我的零件的最终成本是 55.06 美元，是时候将该成本与其他制造方法的成本进行比较了。这部分通常是 CNC 铣削的，所以我将它提交给 3rd 方制造服务以获得成本估算。对于 100 件以下的数量，每单位成本为 195.95 美元。对于 100 件以上的数量，每单位成本为 117.11 美元，批量采购时会进一步降低。这些成本可能因您使用的加工服务或方法而异。例如，如果这个零件是铸造的，那么生产模具的初始成本会非常高，但是一旦模具生产出来，每个零件的成本就会很小。

通过比较这两个过程，很明显 3D 打印是更便宜的选择。价格差异（每个零件的 CNC 加工成本 - 每个零件的打印成本）为 140.89 美元。然而，还有更多的东西。 3D 打印机有初始管理费用，而 CNC 加工服务仅在每个零件的基础上运行。这是许多工程师和设计师无法证明 3D 打印机成本合理的地方。我们企业套件的初始价格为 13,499 美元，而 CNC 加工一个零件每次只需几百美元。

3.找到收支平衡点

您可以通过发送到外部机械车间的每个原型、工具或产品节省 140.89 美元，您可以推测“收支平衡”需要多少零件，这意味着计算需要多少零件弥补机器的成本。假设您只打印这一部分，企业套件将支付 96 部分的费用：

$13,499/$140.89 ≈ 96

4.投资回报：3D 打印的价值

96 部分可能看起来不值得，但这个简单的计算包含很多抽象——我们在这里只讨论一个相当简单的部分。 3D 打印消除了每个零件、每次设计更改所需的间接制造成本。之前使用的同一制动杆用于注塑模具原型的模具成本为 2,865 美元。如果对该设计进行了任何修改，则该成本必须包含在每次设计更改中。您只需支付一次 3D 打印机的价格，而每个设计都需要工具和原型制作成本。这些间接成本加上制造提前期延迟了产品开发周期，使投资物有所值，我们的一些客户可以证明：

“我们能够参加一个成本为 400 美元的零件，从我们当地的一个供应商那里得到两周半的加工时间，我们在周末打印出来，制造车间也很喜欢它，如果不是的话Arow Global 的新产品设计工程师 Joe Walters 说：“更好一点……而且他们一直使用到今天。” “我估计我们已经看到从 3 个不同的塑料注塑成型原型组件中的每一个打印 5 个零件获得了全面回报，特别是不必投资传统上用于制造注塑成型零件的软工具。”

5.计算您的投资回报率

可以使用其他制造方法的间接工具成本和打印机可能生产的产品成本的信息来计算您的投资回报率。这是您实际生产的打印数量的函数——如果您购买一台打印机只是为了打印一个零件，那么投资将不值得。但是，您打印的零件越多、每次新设计、每次迭代，您的 Markforged 3D 打印机都可以推动产品开发更省时、更经济。

假设您正在设计一个注塑件。在这个例子中，我将使用我在刹车杆上得到的报价。由于间接成本为 2,865 美元，单个零件成本为 3.46 美元，因此在没有专业 3D 打印机的情况下，零件的每次设计迭代实际上需要 2869.46 美元进行原型制作。知道了这一点，您的投资回报率可以通过以下公式计算：

ROI =100% *（投资收益 - 投资成本）/投资成本

在这种情况下，投资收益是您使用增材制造而不是注塑成型节省了多少资金。如果我正在开发三种不同的产品，我想对生产进行微调，并且我知道每个产品都会经历三个迭代，即九个零件，每个零件都有自己独特的模具或加工工艺。作为抽象，我将使用上面提供的注塑模具报价来计算投资收益。投资成本是 3D 打印机的成本 - 在本例中为 Mark Two Enterprise。

投资收益 =(9*$2,869.46) – (9*$55.09) =$25,329.33

现在我可以计算投资回报率了：

投资回报率 =100% * ($25,329.33 – $13,499)/$13,499 =87.6%

此数字是您从购买打印机中获得的净“金额”。从 9 个产品原型中，Mark Two Enterprise 不仅收回成本并收支平衡，而且还返还了 87.6% 的成本。这就是增材制造的力量真正发挥作用的地方——不仅用于原型制作，还用于制造一些导致这些间接制造成本的零件。 Markforged 3D 打印机的美妙之处在于它可以用高强度材料生产的东西：工装、夹具，甚至注塑模具，都可以极大地消除间接制造成本。它的速度和质量改进了产品开发周期，使我们的客户能够在不到一天的时间内生产出外观精美的高性能零件。无论是什么零件，适应性都使您能够以业界无与伦比的速度和成本生产具有成功所需的强度和质量的零件。

还没有 Markforged 3D 打印机？试用我们的软件，这样您就可以计算出自己的投资回报率。