3Dプリントの経済学

3D印刷は、機械加工作業を支援するためのワークホールドとカスタムの最終用途部品の両方の観点から、生産の領域に進んでいます。プリンタの価値は最初は明らかではないように思われるかもしれませんが、計算を実行すると別の話になります。この投稿では、コストと投資収益率の計算による3D印刷の経済性について説明します。投資収益率（ROI）は、投資から得た収益をパーセンテージで計算するために使用される評価ツールです。これは製造技術にも当てはまり、3Dプリンターのようなものを使用してコストを正当化することでどれだけ節約できるかを判断するのに役立ちます。 3Dプリンターの価格は高額に聞こえるかもしれませんが、プリンターを投資する価値のあるものにすることができるのは、作業の保持、プロトタイピング、工具のコストなどの「日常的な」製品製造コストを排除することによって節約できるお金です。以下に、プリンタのROIを計算するために実行できる手順の概要を示します。

投資収益率の確認：

1。印刷部品のコストの計算

3DプリンターのROIを決定するための最初のステップは、部品あたりの材料費を計算することです。 MarkforgedのEigerソフトウェアは、このプロセスを簡素化するための重要な見積もりを提供します。この例では、サンプルパーツの1つであるブレーキレバーを使用します。示されているように、私は13.16立方センチメートルのオニキスと17.30立方センチメートルの炭素繊維を使用しています。

各材料のスプールあたりのコストと量は、材料ページで確認できます。この情報を使用して、立方センチメートルあたりの価格を確認できます。 Onyxの場合、スプールの価格は現在800ccで$ 190、つまり$ 0.24 / ccであり、カーボンファイバーの場合、スプールの価格は現在50ccで$ 150、つまり$ 3.00 / ccです。次の式を使用して、部品の材料費を決定できます。

（プラスチック1 ccあたりのコスト*プラスチックの体積）+（繊維1 ccあたりのコスト*繊維の体積）=総コスト （$ 0.24 / cc * 13.16 cc）+（$ 3 / cc * 17.30 cc）=$ 3.16 + $ 51.90 =$ 55.06

したがって、このブレーキレバーの総コストは55.06ドルです。デスクトップ3D印刷に精通している人にとって、これは高価な面に思えるかもしれません。ただし、計算に示されているように、その費用の多くは連続炭素繊維から発生します。これにより、このブレーキレバーは金属と同じくらい強力になります。ただし、その強度を実現するためだけに、すべての部品に炭素繊維を詰める必要はありません。以前の投稿で説明したように、効率的なファイバールーティングにより、コストと印刷時間を削減できます。

さらに、Markforgedプリンターの価値の1つは、その汎用性です。さまざまな繊維を使用すると、さまざまな材料特性を実現できます。たとえば、他の連続繊維オプションの1つであるグラスファイバーは、炭素繊維とほぼ同じ強度を実現できますが、最終的には重くなり、剛性が低くなります。重量だけでなく強度だけを気にするなら、グラスファイバーは$ 1.50 / ccのより費用効果の高いオプションです。同じファイルとファイバールーティングがグラスファイバー用に最適化されているため、数値は少し変わります。これが私が得るものです：

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

グラスファイバーを使用すると、ほぼ同じ強度を達成し、31.27ドル節約できます。これが、自分のパーツに必要なプロパティを決定することが重要である理由です。それぞれの素材には独自の特性があり、最強の部品に繊維をどのように活用するかを理解することで、コストを削減できます。製品に必要な強度のニーズを満たすために、部品に炭素繊維を詰める必要はありません。強度は形状によって異なりますが、部品の形状と荷重条件を使用して、部品全体のファイバールーティングを最適化できます。たとえば、1つの平面での曲げに抵抗するだけでよい場合は、ここで説明するように、すべての層を繊維で満たすのではなく、サンドイッチパネルを使用します。これらの技術により、堅牢で美しく、精密な部品を入手するためのさらなるコスト削減が可能になります。

2。代替生産のコストの決定

部品の最終コストが55.06ドルであると判断したので、そのコストを他の製造方法のコストと比較します。この部品は通常CNCフライス盤であるため、コスト見積もりを取得するためにサードパーティの製造サービスに提出しました。 100未満の数量の場合、単価は195.95ドルです。 100を超える数量の場合、単位あたりのコストは$ 117.11であり、バルク数量がさらに減少します。これらの費用は、使用する機械加工サービスまたは方法によって異なる場合があります。たとえば、この部品を鋳造した場合、金型を製造するための初期コストは非常に高くなりますが、金型を製造した後の部品あたりのコストは最小限に抑えられます。

2つのプロセスを比較することにより、3D印刷がより安価なオプションであることがすぐにわかります。価格の差（部品あたりのCNC機械加工コスト–部品あたりの印刷コスト）は$ 140.89です。ただし、それだけではありません。 3Dプリンターには初期間接費がかかり、CNC機械加工サービスは部品ごとにのみ動作します。これは、多くのエンジニアや設計者が3Dプリンターのコストを正当化するのに行き詰まっている場所です。エンタープライズキットの初期価格は13,499ドルですが、部品のCNC機械加工は毎回わずか数百ドルです。

3。損益分岐点を見つける

外部の機械工場に送るプロトタイプ、ツール、または製品ごとに節約できる140.89ドルが蓄積され、「損益分岐点」にかかる部品の数を推測できます。つまり、部品の数を計算することができます。機械の費用を埋め合わせます。この1つの部分だけを印刷すると仮定すると、エンタープライズキットは96の部分で自己負担します：

$ 13,499/$140.89≈96

4。投資収益率：3Dプリントの価値

96の部分は価値がないように思われるかもしれませんが、この単純な計算には多くの抽象化が含まれています。ここでは、かなり単純な部分について1つだけ説明します。 3D印刷により、すべての部品、すべての設計変更に必要なオーバーヘッド製造コストが排除されます。以前に使用した同じブレーキレバーの射出成形金型のプロトタイプの工具費は2,865ドルです。その設計に変更が加えられた場合、そのコストは各設計変更に含まれている必要があります。 3Dプリンターの価格は、1回だけ支払う必要がありますが、すべての設計に工具とプロトタイピングのコストが必要です。一部のお客様が証明できるように、これらの間接費と製造リードタイムの​​遅延により、製品開発サイクルに投資する価値があります。

「地元のベンダーの1社からの機械加工のリードタイムが2週間半で、400ドルの費用がかかる部品に参加することができます。週末に印刷しましたが、製造現場でも同様に気に入っています。もう少し良くなりました…そして彼らは今日までそれを使用しています」とArowGlobalの新製品設計エンジニアであるJoeWaltersは言います。 「3つの異なるプラスチック射出成形プロトタイプコンポーネントのそれぞれ5つの部品を印刷することで、特に射出成形部品の作成に従来使用されていたソフトツールに投資する必要がないことから、完全な利益が得られたと推定します。」

5。ROIの計算

ROIは、他の製造方法によるオーバーヘッドツーリングコストと、プリンタが製造する可能性のある製品のコストに関する情報を使用して計算できます。これは、実際に作成するプリントの数の関数です。1つのパーツのみを印刷するためにプリンターを購入した場合、投資する価値はありません。しかし、新しいデザインや反復ごとに印刷するパーツが増えるほど、Markforged 3Dプリンターは、製品開発をより時間効率と費用効果の高いものにすることができます。

射出成形する部品を設計しているとしましょう。この例では、ブレーキレバーで得た見積もりを使用します。間接費は2,865ドル、個々の部品のコストは3.46ドルで、部品の各設計反復は、プロの3Dプリンターなしでプロトタイプを作成するのに実質的に2869.46ドルかかります。これを知っていると、ROIは次の式で計算できます。

ROI =100％*（投資からの利益–投資のコスト）/投資のコスト

この場合の投資からの利益は、射出成形よりも積層造形を使用して節約した金額です。私が3つの異なる製品に取り組んでいる場合、生産のために微調整したいと思います。各製品は3回の反復、つまりそれぞれ独自の金型または機械加工プロセスを持つ9つの部品を経ることを知っています。抽象化として、上記の射出成形金型の見積もりを使用して、投資からの利益を計算します。投資のコストは、3Dプリンター（この場合はMark Two Enterprise）のコストです。

投資からの利益=（9 * $ 2,869.46）–（9 * $ 55.09）=$ 25,329.33

これでROIを計算できます：

ROI =100％*（$ 25,329.33 – $ 13,499）/ $ 13,499 =87.6％

この数値は、プリンタの購入から得られる正味の「金額」です。 9つの製品プロトタイプから、Mark Two Enterpriseが自己負担し、破綻しただけでなく、それに加えてコストの87.6％を返しました。これは、アディティブマニュファクチャリングの力が本当に輝いているところです。プロトタイピングだけでなく、これらのオーバーヘッド製造コストの原因となる部品の作成にも役立ちます。 Markforged 3Dプリンターの美しさは、高強度の素材で製造できるものにあります。工具、固定具、さらには射出成形金型でさえ、オーバーヘッドの製造コストを大幅に削減できます。そのスピードと品質は製品開発サイクルを改善し、お客様が見栄えのする高性能部品を1日以内に製造できるようにします。部品に関係なく適応性を提供することで、業界で比類のない速度とコストで成功するために必要な強度と品質を備えた部品を製造できます。

Markforged 3Dプリンターをまだお持ちではありませんか？独自のROIを計算できるように、ソフトウェアを試してみてください。