3D 프린팅의 경제학

3D 프린팅은 가공 작업과 맞춤형 최종 사용 부품을 지원하기 위한 작업 유지 측면에서 생산 영역으로 발전하고 있습니다. 프린터의 가치가 처음에는 명확하지 않은 것처럼 보일 수 있지만 계산을 실행하면 이야기가 달라집니다. 이 게시물은 비용 및 투자 수익 계산을 통해 3D 프린팅의 경제성을 안내합니다. 투자 수익(ROI)은 투자에 대해 얻은 수익을 백분율로 계산하는 데 사용되는 평가 도구입니다. 이것은 비용을 정당화하기 위해 3D 프린터와 같은 것을 사용하여 얼마나 절약할 수 있는지 결정하는 데 도움이 되는 제조 기술에도 적용될 수 있습니다. 3D 프린터의 가격이 가파르게 들릴 수 있지만, 프린터를 투자 가치로 만들 수 있는 것은 작업 유지, 프로토타이핑 및 툴링 비용과 같은 "일상적인" 제품 제조 비용을 제거함으로써 절약하는 비용입니다. 아래에는 프린터의 ROI를 계산하기 위해 취할 수 있는 단계가 요약되어 있습니다.

ROI 찾기:

1. 인쇄 부품 비용 계산

3D 프린터의 ROI를 결정하는 첫 번째 단계는 부품당 재료 비용을 계산하는 것입니다. Markforged의 Eiger 소프트웨어는 이 프로세스를 단순화하기 위한 재료 추정치를 제공합니다. 이 예에서는 샘플 부품 중 하나인 브레이크 레버를 사용하겠습니다. 그림과 같이 오닉스 13.16입방센티미터와 탄소섬유 17.30입방센티미터를 사용합니다.

각 재료의 스풀당 비용과 부피는 재료 페이지에서 찾을 수 있으며 이 정보를 통해 입방 센티미터당 가격을 찾을 수 있습니다. Onyx의 경우 스풀은 현재 800cc의 경우 $190 또는 $0.24/cc이고 탄소 섬유 스풀의 경우 현재 50cc의 경우 $150 또는 $3.00/cc입니다. 다음 방정식을 사용하여 부품의 재료 비용을 결정할 수 있습니다.

(플라스틱 cc당 비용 * 플라스틱 부피) + (섬유 cc당 비용 * 섬유질 부피) =총 비용 ($0.24/cc * 13.16cc) + ($3/cc * 17.30cc) =$3.16 + $51.90 =$55.06

따라서 이 브레이크 레버의 총 비용은 $55.06입니다. 데스크탑 3D 프린팅에 익숙한 사람들에게는 이것이 비싸게 보일 수 있습니다. 그러나 계산에서 알 수 있듯이 그 비용의 대부분은 이 브레이크 레버를 금속처럼 강력하게 강화하는 연속 탄소 섬유에서 발생합니다. 그러나 그 강도를 달성하기 위해 모든 부품을 탄소 섬유로 포장할 필요는 없습니다. 이전 게시물에서 설명했듯이 효율적인 광섬유 라우팅은 비용과 인쇄 시간을 줄일 수 있습니다.

또한 Markforged 프린터의 가치 중 하나는 다용성입니다. 다른 섬유를 사용하여 다른 재료 특성을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 당사의 다른 연속 섬유 옵션 중 하나인 유리 섬유는 탄소 섬유와 거의 동일한 강도를 얻을 수 있지만 결국 더 무거워지고 덜 단단해집니다. 무게가 아니라 강도만 고려한다면 유리 섬유가 $1.50/cc의 비용 효율적인 옵션입니다. 유리 섬유에 최적화된 동일한 파일 및 광섬유 라우팅을 사용하면 숫자가 약간 변경됩니다. 내가 얻은 것은 다음과 같습니다.

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

유리 섬유를 사용하면 거의 동일한 강도를 달성하고 $31.27를 절약할 수 있습니다. 이것이 부품에서 원하는 속성을 결정하는 것이 중요한 이유입니다. 각 재료에는 고유한 특성이 있으며 가장 강한 부품에 유리하게 섬유를 사용하는 방법을 이해하면 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 제품에 필요한 강도 요구 사항을 충족하기 위해 부품을 탄소 섬유로 포장할 필요는 없습니다. 강도는 지오메트리에 따라 다르지만 부품의 지오메트리 및 하중 조건을 사용하여 부품 전체의 섬유 라우팅을 최적화할 수 있습니다. 예를 들어, 한 면에서 굽힘에 저항해야 하는 경우 여기에 설명된 대로 모든 층을 섬유로 채우는 대신 샌드위치 패널을 사용하십시오. 이러한 기술을 통해 견고하고 아름답고 정밀한 부품을 얻기 위한 추가 비용 절감이 가능합니다.

2. 대체 생산 비용 결정

이제 부품의 최종 비용이 $55.06로 결정되었으므로 이 비용을 다른 제조 방법의 비용과 비교할 차례입니다. 이 부품은 일반적으로 CNC 밀링 가공되어 있으므로 타사 제조 서비스에 제출하여 비용 견적을 받았습니다. 100개 미만의 수량의 경우 단위당 비용은 $195.95입니다. 100개를 초과하는 수량의 경우 단위당 비용은 $117.11이며 대량 수량에서는 추가로 감소합니다. 이러한 비용은 사용하는 가공 서비스 또는 방법에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어, 이 부품을 주조한다면 초기 비용은 금형을 생산하는 데 매우 높지만 금형이 생산된 후에는 부품당 비용이 최소화됩니다.

두 프로세스를 비교함으로써 3D 프린팅이 더 저렴한 옵션이라는 것이 즉시 분명해집니다. 가격 차이(부품당 CNC 가공 비용 – 부품당 인쇄 비용)는 $140.89입니다. 그러나 그것보다 조금 더 있습니다. 3D 프린터는 초기 간접비가 있으며 CNC 가공 서비스는 부품별로만 운영됩니다. 여기서 많은 엔지니어와 디자이너가 3D 프린터 비용을 정당화하는 데 어려움을 겪습니다. 엔터프라이즈 키트의 초기 가격은 $13,499인 반면 CNC가 부품을 가공하는 데는 회당 몇 백 달러에 불과합니다.

3. 손익분기점 찾기

$140.89 외부 기계 공장에 보내는 각 프로토타입, 도구 또는 제품과 함께 비용을 절감할 수 있으며 "손익분기점"에 얼마나 많은 부품이 필요할지 추측할 수 있습니다. 기계의 비용을 보충하십시오. 이 한 부분만 인쇄한다고 가정하면 Enterprise Kit는 96개 부분으로 비용을 지불합니다.

$13,499/$140.89 ≈ 96

4. 투자 수익:3D 프린팅의 가치

96개의 부품은 그만한 가치가 없어 보일 수 있지만 이 간단한 계산에는 많은 추상화가 포함되어 있습니다. 여기서는 상당히 간단한 한 부분에 대해서만 이야기하고 있습니다. 3D 프린팅은 모든 설계 변경에 대해 모든 부품에 필요한 간접 제조 비용을 제거합니다. 이전에 사용된 동일한 브레이크 레버의 금형 비용은 사출 금형 프로토타입에 대해 $2,865입니다. 해당 설계에 수정 사항이 있는 경우 각 설계 변경에 해당 비용이 포함되어야 합니다. 3D 프린터 가격은 한 번만 지불하면 되지만 모든 디자인에는 툴링 및 프로토타이핑 비용이 필요합니다. 제조 리드 타임과 결합된 이러한 간접비는 제품 개발 주기를 지연시키며 일부 고객이 증명하듯이 투자 가치가 있습니다.

“우리는 현지 공급업체 중 한 곳에서 2주 반 동안 머시닝을 하는 데 400달러가 들었을 부품을 맡을 수 있었습니다. 우리는 주말에 그것을 인쇄했고 제조 현장은 그렇지 않은 경우에도 똑같이 좋아합니다. 조금 더 나은… 그리고 그들은 그것을 오늘날까지 사용하고 있습니다.”라고 Arow Global의 신제품 설계 엔지니어인 Joe Walters는 말합니다. "3개의 서로 다른 플라스틱 사출 성형 프로토타입 구성 요소 각각을 5개 부품으로 인쇄함으로써, 특히 사출 성형 부품을 생성하는 데 전통적으로 사용되는 소프트 툴링에 투자할 필요가 없다는 점에서 완전한 수익을 얻었다고 추정합니다."

5. ROI 계산

귀하의 ROI는 다른 제조 방법의 오버헤드 툴링 비용과 프린터가 생산할 수 있는 제품 비용에 대한 정보를 사용하여 계산할 수 있습니다. 이것은 실제로 생산하는 인쇄물 수의 함수입니다. 한 부분만 인쇄하기 위해 프린터를 구입하는 경우 투자할 가치가 없습니다. 그러나 더 많은 부품을 인쇄하고 새로운 디자인과 반복할 때마다 Markforged 3D 프린터를 사용하면 제품 개발 시간과 비용 효율성을 높일 수 있습니다.

사출 성형할 부품을 설계한다고 가정해 보겠습니다. 이 예에서는 브레이크 레버에 대한 인용문을 사용하겠습니다. 간접비 $2,865와 개별 부품 비용 $3.46로, 부품의 각 설계 반복은 전문 3D 프린터 없이 프로토타입을 만드는 데 효과적으로 $2869.46입니다. 이를 알면 ROI는 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.

ROI =100% * (투자 이익 – 투자 비용)/투자 비용

이 경우 투자 이익은 사출 성형보다 적층 제조를 사용하여 절약한 비용입니다. 세 가지 다른 제품을 작업 중이라면 생산을 위해 미세 조정하고 싶습니다. 각 제품은 세 번의 반복, 즉 고유한 몰드 또는 가공 프로세스가 있는 9개의 부품을 거쳐야 한다는 것을 알고 있습니다. 추상화로 위에 제공된 사출 금형 견적을 사용하여 투자 이익을 계산합니다. 투자 비용은 3D 프린터의 비용입니다. 이 경우에는 Mark Two Enterprise입니다.

투자 이익 =(9*$2,869.46) – (9*$55.09) =$25,329.33

이제 ROI를 계산할 수 있습니다.

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

이 숫자는 프린터를 구입하여 얻을 수 있는 순 "금액"입니다. 9개의 제품 프로토타입에서 Mark Two Enterprise는 자체적으로 비용을 지불하고 손익분기점을 넘겼을 뿐만 아니라 그 외에 비용의 87.6%를 반환했습니다. 이것이 적층 제조의 힘이 실제로 빛을 발하는 곳입니다. 프로토타이핑뿐만 아니라 이러한 간접 제조 비용을 유발하는 일부 부품을 생성하는 데에도 사용됩니다. Markforged 3D 프린터의 아름다움은 고강도 재료를 사용하여 생산할 수 있는 것입니다. 도구, 고정 장치, 심지어 사출 금형도 간접 제조 비용을 획기적으로 제거할 수 있습니다. 속도와 품질은 제품 개발 주기를 개선하여 고객이 하루도 안 되는 시간에 보기 좋은 고성능 부품을 생산할 수 있도록 합니다. 부품에 관계없이 적응성을 제공하므로 업계에서 타의 추종을 불허하는 속도와 비용으로 성공하는 데 필요한 강도와 품질의 부품을 생산할 수 있습니다.

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