Sie berechnen die Kosten für den 3D-Druck völlig falsch – eine neue Studie zeigt, was Sie übersehen haben
Lernen Sie, wie Sie die Preise für jeden Druckauftrag, ob für ein Hobby oder ein Unternehmen, genau festlegen, um endlich Ihre wahre Rentabilität zu erkennen.
Die Preisgestaltung für 3D-Drucke auf der Grundlage von Vermutungen ist eine versteckte Gefahr, die den Gewinn schmälert und Geld für Ihr Hobby verschwendet. Zu viele Hersteller arbeiten im Blindflug und kennen die wahren Kosten ihrer Hobbyprojekte nicht oder machen ihren Kunden zu niedrige Angebote. Für Unternehmen wirkt sich eine genaue Kostenkalkulation auch auf übergeordnete strategische Entscheidungen aus, z. B. bei der Entscheidung, ob ein Teil mit FDM oder einer alternativen Methode wie der CNC-Bearbeitung hergestellt werden soll.
In einer neuen Studie wird nun eine genauere Methode zur Berechnung der Ausgaben pro Teil vorgestellt. Sie bietet einen klaren Rahmen, um kleinen Unternehmen ein echtes Verständnis ihrer Rentabilität zu vermitteln, und hilft Hobbyisten, einen genauen Überblick über ihre Ausgaben zu erhalten, bis hin zum letzten Gramm Filament.
Die Studie „Refined Cost Calculation Framework for FDM Parts“ von Bálint Leon Seregi und Péter Ficzere schlägt eine Methode vor, die die Gesamtkosten eines hergestellten Teils in fünf verschiedene, quantifizierbare Kategorien unterteilt. Diese Struktur dient als Grundlage für jedes Unternehmen, das seine Betriebskosten verstehen und kontrollieren will.
Was ist das Besondere an dieser Kostenrechnungsmethode?
Die kritischste Änderung gegenüber der üblichen Praxis findet sich in Schritt 4, wo der Düsenverschleiß auf der Grundlage des verwendeten Materialvolumens und nicht nur der Druckzeit berechnet wird. Die Autoren argumentieren, dass dieser volumenbasierte Ansatz aus mehreren wichtigen Gründen überlegen ist. Er spiegelt die physikalische Realität wider, da der Düsenverschleiß fast ausschließlich während des Extrudierens des Filaments auftritt und nicht während der „Fahrbewegungen“, wenn der Druckkopf neu positioniert wird. Eine zeitbasierte Berechnung unterscheidet nicht zwischen diesen Vorgängen und ist daher ein weniger präzises Maß für den tatsächlichen Verschleiß. Dadurch wird vermieden, dass die Kosten für Aufträge mit langen Druckzeiten, aber geringem Materialverbrauch (z. B. komplexe, detaillierte Teile) überschätzt und die Kosten für Aufträge mit kurzen Druckzeiten, aber hohem Materialverbrauch (z. B. große, dichte Teile) unterschätzt werden.
Die Autoren behaupten, ihre Kostenberechnungsmethode sei auch deshalb besser als herkömmliche Ansätze, weil sie die Werkzeugkosten von den allgemeinen Maschinenkosten trennt. Im Gegensatz zu Modellen, die alle maschinenbezogenen Kosten bündeln, behandelt dieser Rahmen die Werkzeuge – insbesondere die Düse und die Bauplatte – als eine eigene Kostenkategorie. Dadurch können die Kosten für diese Verbrauchsmaterialien „genauer berücksichtigt werden“, heißt es in dem Bericht.
Werden die Kosten über- oder unterschätzt?
Das Hauptargument der Autoren ist, dass die Unternehmen mit den derzeitigen oder standardmäßigen zeitbasierten Methoden ihre Kosten manchmal überschätzen und manchmal unterschätzen, was zu dem führt, was sie als „systematische Fehler bei der Vorhersage von Teilkosten“ bezeichnen.
Die wichtigste Erkenntnis der Untersuchung ist, dass es ganz von der Art des Druckauftrags abhängt, ob ein Unternehmen seine Kosten über- oder unterschätzt. Die Autoren identifizieren die „Materialausstoßrate“ (das Volumen des pro Stunde gedruckten Materials) als Hauptindikator dafür, welcher Fehler auftreten wird.
Hier ist die Aufschlüsselung ihrer Vermutung: Die Makers überschätzen die Kosten für Aufträge mit einer niedrigen Materialextrusionsrate. Dies ist bei Teilen mit komplexen Geometrien, feinen Details oder dünnen Wänden der Fall, bei denen sich der Drucker langsam bewegen und viele nicht-extrudierende „Fahrten“ ausführen muss. Die Druckzeit ist lang, aber die tatsächlich verbrauchte Materialmenge (und damit der tatsächliche Düsenverschleiß) ist gering. Ein standardmäßiges zeitbasiertes Modell ordnet diesen Aufträgen aufgrund der langen Dauer fälschlicherweise hohe Kosten zu.
Die Makers unterschätzen die Kosten für Aufträge mit einer hohen Materialausstoßrate. Dies ist der Fall bei großen, dichten Teilen, die schnell mit dicken Schichten gedruckt werden. Die Druckzeit ist kurz, aber es wird eine große Menge an Material durch die Düse gepresst, was einen hohen Verschleiß verursacht. Ein standardmäßiges zeitbasiertes Modell sieht die kurze Druckzeit und ordnet fälschlicherweise niedrige Kosten zu, wobei der hohe Verschleiß des Auftrags völlig außer Acht gelassen wird.
Im Wesentlichen gehen die Autoren davon aus, dass die Standardmethode grundsätzlich fehlerhaft ist, weil sie die falsche Metrik (Zeit) zur Messung des Verschleißes verwendet. Dieser Fehler führt nicht nur zu zufälligen Ungenauigkeiten, sondern auch zu einer vorhersehbaren Verzerrung, die Unternehmen dazu veranlasst, Aufträge an beiden Enden des Spektrums falsch zu kalkulieren.
Werfen wir also einen Blick darauf, wie die Autoren der Studie vorschlagen, die Kosten zu berechnen.
Schritt 1: Berechnen der Materialkosten
Dies ist die einfachste Kostenkomponente. Ihre Slicing-Software liefert die erforderlichen Daten, nachdem Sie ein Modell für den Druck vorbereitet haben.
Was Sie brauchen:
- Volumen des Modellmaterials (z. B. in cm³) von Ihrem Slicer.
- Volumen des Stützmaterials (z. B. in cm³) von Ihrem Slicer.
- Ihre Kosten für eine Einheit des Modellmaterials (z. B. $/cm³).
- Ihre Kosten für eine Einheit des Stützmaterials (z. B. $/cm³).
Kalkulation:
- (Modellmaterialvolumen × Kosten pro Einheit) + (Stützmaterialvolumen × Kosten pro Einheit) = Gesamtmaterialkosten
Schritt 2: Berechnung der Kosten für die Entfernung des Trägermaterials (bei Verwendung eines Lösungsmittels)
Dieser Schritt gilt nur, wenn Sie ein chemisches Bad verwenden, um das Trägermaterial aufzulösen. Wenn Sie die Träger manuell entfernen, wird diese Zeit in Schritt 5 (Arbeitskosten) erfasst.
Was Sie brauchen:
- Volumen des aufzulösenden Trägermaterials.
- Spezifischer Preis Ihres Lösungsmittels.
- Die Zeit, die das Teil im beheizten Tank verbringt.
- Energieverbrauch des Tanks und Ihr Strompreis.
Kalkulation:
- (Volumen des Trägers × Preis des Lösungsmittels) + (Auflösungszeit × Energieverbrauch des Tanks × Strompreis) = Kosten der Trägerentfernung
Schritt 3: Berechnen der Betriebskosten der Maschine
Dies deckt die zeitabhängigen Kosten für den Betrieb des Druckers selbst, einschließlich Abschreibung, Wartung und Energie.
Was Sie brauchen:
- Die gesamte Druckzeit Ihres Slicers.
- Einen Stundensatz für die Abschreibung und Wartung des Geräts.
- Den durchschnittlichen Energieverbrauch des Druckers und Ihren Strompreis.
Kalkulation:
- (Stündliche Abschreibung + Stündliche Wartung + Energiekosten des Geräts) × Gesamtdruckzeit = Betriebskosten des Geräts
Schritt 4: Berechnen der Werkzeugkosten
Dies ist die wichtigste Aktualisierung der traditionellen Kostenmodelle. Anstatt davon auszugehen, dass sich die Düse abnutzt, je nachdem, wie lange ein Druck dauert, wird bei dieser Methode die Abnutzung korrekt an die Materialmenge gekoppelt, die sie durchläuft.
Was Sie brauchen:
- Den Anschaffungspreis Ihres Modells und der Stützdüsen.
- Die volumetrische Lebensdauer jeder Düse (das Gesamtvolumen an Material in cm³, das sie laut Hersteller extrudieren kann, bevor sie ersetzt werden muss). Falls nicht angegeben, muss dies durch Nachverfolgung der Nutzung im Laufe der Zeit ermittelt werden.
- Das Volumen des Modell- und Stützmaterials für den Auftrag (von Ihrem Slicer).
- Die anteiligen Kosten für eine Bauplatte für einen einzelnen Auftrag.
Kalkulation:
- Ermitteln Sie die Verschleißkosten pro cm³ für jede Düse:
Modelldüsenpreis / Modelldüsenlebensdauer = Kosten pro cm³ für Modelldüse
Preis der Stützdüse / Volumetrische Lebensdauer der Stützdüse = Kosten pro cm³ für die Stützdüse - Berechnen Sie die auftragsspezifischen Düsenkosten:
(Kosten pro cm³ für Modelldüse × Volumen des Modellmaterials) + (Kosten pro cm³ für Stützdüse × Volumen des Stützmaterials) + anteilige Kosten der Bauplatte = Gesamtwerkzeugkosten
Schritt 5: Berechnen der Arbeitskosten
Hier wird die Zeit berücksichtigt, die ein Bediener für die Arbeit benötigt.
Was Sie brauchen:
- Zeit für die Einrichtung der Maschine und die Druckvorbereitung.
- Zeit für die manuelle Nachbearbeitung (einschließlich der manuellen Entfernung von Trägern).
- Der Stundenlohn des Bedieners.
Kalkulation:
(Einrichtungszeit + Nachbearbeitungszeit) × Stundenlohn = Gesamtarbeitskosten
Obwohl es viele Tools gibt, von eigenständigen Rechnern wie Prusa Calculator und Omni Calculator bis hin zu integrierten Plattformen wie AutoQuote3D, konzentrieren sie sich meist auf die einfacheren Kostenkomponenten. Sie berücksichtigen in der Regel Materialkosten auf der Basis von Gewicht oder Volumen sowie Arbeits- und Maschinenkosten auf der Basis von Zeit. Keine dieser Plattformen scheint jedoch das dynamische, volumenbasierte Modell für den Werkzeugverschleiß, wie es in der Studie beschrieben wird, in den Vordergrund zu rücken. Wenn sich diese Forschungsergebnisse bestätigen, werden Sie wahrscheinlich neue Algorithmen in Ihren bevorzugten automatischen Kostenrechnern sehen.
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