Kedy sa vyplatí 3D tlač?
Ako si jednoducho spočítať návratnosť do aditívnej výroby
Keď plánujete nákup 3D tlačiarní a príslušenstva, nemusí byť hneď jasné, ako rýchlo sa vám investícia vráti. Najmä ak kupujete prvú profesionálnu technológiu a ešte nepoznáte všetky výhody a obmedzenia aditívnej výroby z každodennej prevádzky. Doba návratnosti môže byť prekvapivo krátka, často v priebehu niekoľkých mesiacov, ako ukazujú skúsenosti z praxe. Poďme sa pozrieť na to, s čím môžete počítať.
Pravdepodobne o výhodách 3D tlače pri podpore vývoja a výroby, a to pre koncové aj náhradné diely ste už počuli mnoho. Aditívna výroba veľmi dobre dopĺňa tradičné výrobné metódy a prináša úplne nové možnosti a veľkú flexibilitu. Kedy však začať s 3D tlačou pod vlastnou strechou?
Nechajte si pri rozhodovaní poradiť
V praxi osvedčeným spôsobom, ako určiť očakávanú návratnosť investícií do zavedenia (alebo rozšírenia) aditívnej výroby vo vašej spoločnosti, je prizvať skúseného aplikačného inžiniera. Vďaka dlhoročným znalostiam profesionálnej 3D tlače a jej možností vám pomôže identifikovať konkrétne aplikácie, ktoré budú mať z nasadenia aditívnej výroby najväčší/najrýchlejší úžitok, a pripraví vám výpočet návratnosti investícií na mieru priamo vo vašich priestoroch.
Takýto odborník by mal mať prístup k čo najširšiemu portfóliu technológií, aby vám mohol objektívne pomôcť pri výbere materiálov a odporučiť optimálnu metódu 3D tlače. Tak ako neexistuje jeden materiál vhodný na všetko, neexistuje zatiaľ ani jedna univerzálna tlačiareň. Posledné čo chcete, je predajca, ktorý od prvého stretnutia ohýba všetky vaše aplikačné potreby a špecifikácie, aby vám predal “najlepšiu” tlačiareň.
Ak chcete najprv sami aspoň odhadnúť návratnosť, je dobré zohľadniť nielen cenu 3D tlačiarní, ale aj cenu výrobku.
Investícia do 3D tlačiarne
3D tlačiarne dnes môžeme (pre zjednodušenie) rozdeliť do troch hlavných skupín:
- Hobby tlačiarne (približne od 200 do 2 000 eur) sú ideálnym vstupným bodom pre domácich majstrov a osobné osvojenie si základov. Sú postavené na najlacnejšom hardvéri a softvéri s otvoreným zdrojovým kódom, takže počítajte s výrazným zapojením používateľa do času zostavovania, neustálym ladením a častou údržbou zariadenia – samotná cesta je tu cieľom. Existuje aj minimálna podpora používateľov zo strany dodávateľa, väčšinou prostredníctvom používateľských fór. Vzhľadom na konštrukciu ste pri výbere materiálov obmedzení na tie najjednoduchšie na tlač. Chýbajú aj funkcie očakávané pri profesionálnom nasadení vrátane správy používateľov.
- Profesionálne 3D tlačiarne (veľmi zhruba od 2 do 15 tisíc eur) už ponúkajú robustnejšiu konštrukciu, spoľahlivosť a opakovateľnosť výroby, možnosť plnohodnotne pracovať od prvého dňa – veď platíte za pracovný nástroj, ktorý by vám mal umožniť sústrediť sa na prácu, nie na neustále ladenie 3D tlače. Získate vyšší objem tlače, pokročilé funkcie a možnosť tlačiť pokročilejšie, funkčné materiály s dôkladne predladenými tlačovými profilmi. K dispozícii je aj priama podpora dodávateľa, ktorý rozumie potrebám výskumu, vývoja a výroby. Nájdete tu už aj kľúčové softvérové nástroje pre podnikové nasadenie, ako je knižnica digitálnych dielov, správa používateľov, vzdialený dohľad nad tlačou, vykazovanie nákladov na materiál, podnikové zabezpečenie a ďalšie. Tieto tlačiarne výrazne šetria čas operátorov, jeden operátor je často schopný pokryť farmu tlačiarní s rôznymi technológiami (tu najčastejšie FFF a SLA). Alebo naopak – k jednému stroju môže pristupovať celý tím inžinierov.
- Produkčné a priemyselné tlačiarne (od cca 15 tisíc až do pol milióna eur) sa špecializujú na vysokú kvalitu tlače a výroby. Ich hlavným zameraním je dosiahnuť vyššiu presnosť tlačených dielov pomocou pokročilých materiálov a mechanických vlastností. Sú schopné vyrobiť vysoko kvalitné tlačené diely pre rôzne aplikácie, vrátane náročných odvetví ako letectvo a zdravotníctvo. Tieto tlačiarne sú schopné tlačiť vo veľkých objemoch a ich výrobná kapacita je vysoká. Majú tiež veľký počet senzorov, ktoré neustále kontrolujú kvalitu výroby. Okrem toho, tieto tlačiarne ponúkajú rôznorodé možnosti materiálov – od termoplastov až po živice a kovy. Sú schopné tlačiť aj z recyklovaného granulátu. Dôležitým faktorom je vysoká spoľahlivosť a opakovateľnosť aj pri malosériovej alebo strednosériovej výrobe. Celkovo tieto tlačiarne ponúkajú najvyššiu kvalitu tlače, vyššiu presnosť dielov a výrobnú kapacitu, ktoré sú vhodné pre najnáročnejšie aplikácie v priemysle.
Samotná technológia však nie je jediným vstupným nákladom. Je dobré počítať so základným príslušenstvom a spotrebným materiálom na začiatok, s primeraným priestorom, úvodným zaškolením alebo personálnymi nákladmi (pre najväčšie stroje alebo tlačové farmy, pre ďalšie dokončovacie práce atď.).
Cena za diel
Okrem investície do zariadenia je pri posudzovaní nákladov dôležitá aj cena za diel. Existuje obrovské množstvo výrobných technológií, ale najčastejšie sa 3D tlač porovnáva s vlastným obrábaním a outsourcingom.
- Externí dodávatelia poskytujú všetko potrebné na výrobu dielu sami a účtujú si príplatok za služby na mieru podľa vašich požiadaviek. Nie je nezvyčajné, že za ten istý diel zaplatíte pri externej dodávke až 2,5-krát viac, ako keby ste ho vyrobili vo vlastnej réžii. Relatívne pohodlie dodávky na kľúč je tiež vykúpené predĺženými dodacími lehotami s ohľadom na dopytové konania, dopravu, vstupné kontroly atď. To môže výrazne narušiť plynulosť vášho vývoja. Dodacie lehoty sa tu pri každom postupnom zlepšovaní návrhu predlžujú na dni alebo dokonca týždne.
- Obrábanie pod vlastnou strechou je veľmi obľúbené. Cena sa tu odvíja najmä od nákladov na prevádzku stroja, ceny materiálu a pravidelnej údržby. Najvýznamnejšie náklady sú náklady na prevádzku stroja vrátane obsluhy. Ak si prepočítate náklady na hodinu práce vášho špecialistu napríklad na 60 eur a ak mu návrh, nastavenie, naprogramovanie dráhy nástroja a obrábanie súčiastky trvá päť hodín, len na prácu musíte vynaložiť 300 eur. Materiál a údržba toho istého dielu môže stáť približne 8 až 60 eur v závislosti od materiálu a stavu stroja.
- 3D tlač vo vlastnej réžii je často nákladovo najefektívnejšou metódou výroby pod vlastnou strechou. Zostaňme pri príklade odolných kompozitov s priebežným vystužovaním, ktoré čoraz častejšie nahrádzajú strojovo vyrábané diely, a to aj v prípade hliníkových zliatin. 3D tlač si vyžaduje predovšetkým jednorazovú investíciu do technológie a opakované náklady na spotrebný materiál a údržba býva pri spoľahlivých tlačiarňach pomerne zanedbateľná. Materiály na 3D tlač môžu byť síce drahšie ako tradičné, ale vzniká pri nich niekoľkonásobne menej odpadu a diely z mnohých aditívnych výrobných technológií často nevyžadujú dodatočné opracovanie ani zložitú prácu navyše. Konštruktéri pritom posielajú 3D model súčiastky priamo do tlačiarne bez potreby zdĺhavej prípravy tradičnej technickej dokumentácie.
Bod zvratu
Ak chcete ľahko odhadnúť čas potrebný na dosiahnutie návratnosti, vezmite výrobné náklady vašej súčasnej technológie a odpočítajte náklady na 3D tlač rovnakej súčiastky. Spočítajte si úspory. Potom vezmite náklady na obstaranie 3D tlačiarne, vydeľte ich úsporou a zistíte počet dielov, ktoré musíte vyrobiť, aby sa vám investícia do tlačiarne vrátila.
Príklad výpočtu vychádza z praxe kompozitných výtlačkov s použitím technológie Markforged:
627 (cena za vyrobený diel) - 112 (cena za vytlačený diel) = 515€ (úspora na diel)
94 000 (náklady na tlačiareň) : 515 (vydelenie úsporou na jeden diel) = 182 dielov (na dosiahnutie návratnosti).
12 h/diel (čas tlače) → 10 dielov/týždeň (kapacita) → 19 týždňov aj s rezervou na dosiahnutie bodu zvratu.
Vplyv na podnikanie
Nezabúdajme, že cena dielu nie je jediným kritériom. Aditívna výroba v podniku prináša množstvo ďalších výhod pre podnik, ktoré často prevyšujú samotnú úsporu na súčiastke. Možnosť inžinierov, konštruktérov a technikov získať funkčné diely v ten istý alebo nasledujúci deň znamená, že váš tím môže rýchlejšie reagovať a zlepšovať sa, dodávať riešenia na mieru a zdokonaľovať návrhy v priebehu niekoľkých dní namiesto mesiacov. Nehovoriac o flexibilnej podpore výroby, napríklad pri údržbe.
Nemusíte všetko tlačiť sami
Ak si vyberáte prvú technológiu tlače, nerobte si nádeje, že s ňou zvládnete všetko. Naopak, hľadajte aplikácie, pri ktorých uvidíte skorú návratnosť svojej investície. Môžete zadávať diely, ktoré sú veľmi žiadané z iných materiálových skupín, nadrozmerné diely a podobne – a až keď sa to oplatí, môžete si zaobstarať ďalšiu tlačiareň. Navyše môžete aditívnu výrobu ľahko rozšíriť, keď sa vaše podnikanie bude vyvíjať. Na rozdiel od tradičných technológií tiež nie je problém meniť výrobu od nasledujúceho dňa alebo tlačiť každý kus ako originál.
Komu sa 3D tlač najviac oplatí?
Ak chcete z 3D tlače vyťažiť čo najviac, nestačí len získať technológiu pod vlastnú strechu a naučiť sa tlačiť štandardné diely z predchádzajúcej výroby. Aditívna výroba sa najviac oplatí tam, kde sa naučíte navrhovať pre zvolenú technológiu a skupinu materiálov. Aj drobné optimalizácie tvaru súčiastky, umiestnenia na tlačovej podložke alebo výberu materiálu môžu 3D tlač výrazne urýchliť a zlacniť. Lepšie prispôsobené výrobky potom môžete uviesť na trh skôr. Prax to dokazuje na nespočetných konkrétnych príkladoch. Na mnohých miestach si – bez akéhokoľvek preháňania – už nevedia predstaviť výrobu bez 3D tlače.
Pozrime sa na príklad úspory pri výrobe dielu na zákazku pre českú prevádzku známej medzinárodnej spoločnosti zaoberajúcej sa vstrekovaním plastov. Prípravok operátora vstrekovacieho stroja, pôvodne vyrobený z ocele, mal externé dodávky zmrazené. Bolo potrebné rýchlo vyrobiť 50 kusov inak. Kompozit s priebežným vystužením (technológia Markforged) sa ukázal ako správna voľba a ani pri kontrole po viac ako štyroch mesiacoch stále nevykazoval žiadne známky poškodenia. A keby si takýto diel vytlačili sami pod vlastnou strechou, materiál na jeden diel by ich stál len 2€.
Odolné výtlačky z kompozitov s kontinuálnou uhlíkovou výstužou dnes čoraz viac nahrádzajú opracované hliníkové diely – pri podpore výroby, funkčných nástrojoch a koncových dieloch. Konštruktér si ich môže pohodlne vytlačiť sám do druhého alebo tretieho dňa. Pomáhajú výrazne skrátiť vývojový cyklus. Na obrázku vidíte diely v samozhášacej verzii (materiál Markforged Onyx FR s uhlíkom)
Jednou z kľúčových výhod 3D tlače je výroba dielov presne tam, kde sú potrebné – a vtedy, keď sú potrebné. Tým sa ušetrí zložitá logistika a skladovanie dielov v štýle “čo ak budú raz potrebné”. Existuje dokonca 3D tlačiareň pre kompozitné materiály v poľnom nasadení, ktorú využije nielen moderná armáda, ale aj výrobný priemysel v odľahlých závodoch s nedostatočným vybavením. Na obrázku je tlačiareň Markforged X7 Field Edition, ktorú spoločnosť Admasys SK predstavila na jar.
3D tlač pomáha zachraňovať životy v IKEM (prípadová štúdia) ►
Puzdro Porsche E-drive vytlačené z kovového prášku na tlačiarni SLM NXG XII 600 od spoločnosti Nikon SLM Solutions
Veľkoformátová tlač z termoplastu (Weber)
Prípadové štúdie, rady a tipy
