Calcul des coûts de l’impression 3D : une nouvelle étude révèle une méthode plus efficace
Apprenez à évaluer avec précision le prix de chaque travail d'impression, qu'il s'agisse d'un loisir ou d'une entreprise, afin de connaître enfin votre véritable rentabilité.
Fixer le prix des impressions 3D sur la base d’hypothèses est une menace cachée qui érode les profits et fait perdre de l’argent à votre travail. De nombreux fabricants travaillent à l’aveuglette et ne connaissent pas vraiment le coût réel de leurs projets ou ne parviennent pas à fixer le prix de leur travail pour leurs clients. Pour les entreprises, l’impact d’un chiffrage précis s’étend à des décisions stratégiques de plus haut niveau, par exemple lorsqu’il s’agit de déterminer si une pièce doit être produite par FDM ou par une méthode alternative telle que l’usinage CNC.
Une nouvelle étude présente une méthode plus précise de calcul des dépenses par pièce. Elle offre un cadre clair qui permet aux petites entreprises de comprendre réellement leur rentabilité et aux amateurs d’avoir une vision précise de leurs dépenses, jusqu’au dernier gramme de filament.
L’étude intitulée « Refined Cost Calculation Framework for FDM Parts », réalisée par Bálint Leon Seregi et Péter Ficzere, propose une méthode qui sépare le coût total d’une pièce fabriquée en cinq catégories distinctes et quantifiables. Cette structure sert de modèle de base à toute entreprise qui souhaite comprendre et contrôler ses coûts d’exploitation.
Quelle est la particularité de cette méthode de calcul des coûts ?
Le changement le plus important par rapport à la pratique courante se situe à l’étape 4, où l’usure des buses est calculée sur la base du volume de matériau utilisé, et non pas seulement du temps d’impression. Les auteurs affirment que cette approche basée sur le volume est supérieure pour plusieurs raisons importantes. Elle reflète la réalité physique, en notant que l’usure des buses se produit presque exclusivement lorsque le filament est extrudé, et non pendant les mouvements de « déplacement » lorsque la tête d’impression se repositionne. Un calcul basé sur le temps ne fait pas la distinction entre ces actions et constitue donc une mesure moins précise de l’usure réelle. Cela permet d’éviter de surestimer les coûts des travaux dont le temps d’impression est long mais qui utilisent peu de matériaux (comme les pièces complexes et détaillées) et de sous-estimer les coûts des travaux dont le temps d’impression est court mais qui utilisent beaucoup de matériaux (comme les pièces volumineuses et denses).
Les auteurs affirment que leur méthode de calcul des coûts est également meilleure que les approches conventionnelles parce qu’elle sépare les coûts de l’outillage des coûts globaux de la machine. Contrairement aux modèles qui regroupent toutes les dépenses liées aux machines, cette structure traite l’outillage – en particulier la buse et la plate-forme de fabrication – comme une catégorie de coûts distincte. Cela permet de « prendre en compte le coût de ces consommables de manière plus précise », indique le rapport de l’étude.
Surestimez-vous ou sous-estimez-vous les coûts ?
L’argument central des auteurs est qu’avec les méthodes actuelles ou standard basées sur le temps, les entreprises surestiment et sous-estiment parfois leurs coûts, ce qui conduit à ce qu’ils appellent des « erreurs systématiques dans la prévision des coûts des pièces ».
La principale conclusion de la recherche est que la surestimation ou la sous-estimation des coûts par une entreprise dépend entièrement de la nature du travail d’impression. Les auteurs identifient le « taux d’extrusion du matériau » (le volume de matériau imprimé par heure) comme le principal indicateur de l’erreur qui se produira.
Voici le détail de leur thèse : les fabricants surestiment les coûts des travaux dont le taux d’extrusion de matière est faible. C’est le cas des pièces présentant des géométries complexes, des détails fins ou des parois minces, qui exigent que l’imprimante se déplace lentement et effectue de nombreux mouvements « décalés » sans extrusion. Le temps d’impression est long, mais le volume réel de matériau utilisé (et donc l’usure réelle des buses) est faible. Un modèle standard basé sur le temps attribue à tort un coût élevé à ces travaux en raison de leur longue durée.
Les fabricants sous-estiment les coûts des travaux dont le taux d’extrusion du matériau est élevé. C’est le cas des pièces volumineuses et denses qui sont imprimées rapidement avec des couches épaisses. Le temps d’impression est court, mais un volume énorme de matériau est poussé à travers la buse, ce qui provoque une usure intense. Un modèle standard basé sur le temps voit le temps d’impression court et attribue à tort un coût faible, en ignorant complètement la réalité de l’usure élevée du travail.
En substance, les auteurs partent du principe que la méthode standard est fondamentalement erronée parce qu’elle utilise le mauvais paramètre (le temps) pour mesurer l’usure. Ce défaut ne crée pas seulement des inexactitudes aléatoires ; il crée un biais prévisible qui amène les entreprises à fixer des prix incorrects pour des travaux situés aux deux extrémités du spectre.
Voyons donc comment les auteurs de l’étude proposent de calculer les coûts.
Étape 1 : Calculer les coûts des matériaux
Il s’agit de l’élément de coût le plus simple. Son logiciel slicer fournit les données nécessaires après avoir préparé un modèle pour l’impression.
Ce dont vous avez besoin
- Volume du matériau du modèle (par exemple en cm³) fourni par votre trancheuse.
- Volume de matériau des supports (par exemple en cm³) fourni par votre trancheuse.
- Votre coût pour une unité de matériau de modèle (p. ex. $/cm³).
- Coût d’une unité de matériau de support (p. ex. $/cm³).
Le calcul :
- (Volume du matériau du modèle × coût par unité) + (Volume du matériau des supports × coût par unité) = Coût total du matériau
Étape 2 : Calculer les coûts d’enlèvement des supports (en cas d’utilisation d’un solvant)
Cette étape ne s’applique que si vous utilisez un bain chimique pour dissoudre le support. Si vous retirez les supports manuellement, ce temps sera pris en compte à l’étape 5 (Coûts de main d’œuvre).
Ce dont vous avez besoin
- Volume de matériau de support à dissoudre.
- Prix spécifique de votre solvant.
- Le temps que la pièce passe dans la cuve chauffée.
- La consommation d’énergie de la cuve et le prix de l’électricité.
Calcul :
- (Volume du support × Prix du solvant) + (Temps de dissolution × Consommation d’énergie de la cuve × Prix de l’électricité) = Coût d’enlèvement du support
Étape 3 : Calcul des coûts d’exploitation de la machine
Il s’agit de couvrir le coût basé sur la durée de fonctionnement de l’imprimante elle-même, y compris l’amortissement, l’entretien et l’énergie.
Ce dont vous avez besoin :
- Le temps d’impression total fourni par votre trancheuse.
- Un taux horaire pour l’amortissement et l’entretien de la machine.
- La consommation moyenne d’énergie de l’imprimante et le prix de l’électricité.
Le calcul :
- (Amortissement par heure + Entretien par heure + Coût énergétique de la machine) × Temps total d’impression = Coût d’exploitation de la machine
Étape 4 : Calcul des coûts des outils
Il s’agit de la mise à jour la plus importante des modèles de coûts traditionnels. Au lieu de supposer que votre buse s’use en fonction du temps nécessaire à l’impression, cette méthode lie correctement l’usure à la quantité de matériau qui la traverse.
Ce dont vous avez besoin
- Le prix d’achat de la buse d’impression principale et des buses de support.
- La durée de vie volumétrique de chaque buse (le volume total de matériau, en cm³, que le fabricant prétend qu’elle peut extruder avant de devoir être remplacée). Si elle n’est pas fournie, elle doit être déterminée en contrôlant l’utilisation au fil du temps.
- Le volume du gabarit et des supports de travail (fournis par votre trancheuse).
- Le coût proportionnel d’une planche de construction pour un seul travail.
Le calcul :
- Déterminer le coût d’usure par cm³ pour chaque buse :
Prix de la buse principale / Durée de vie volumétrique de la buse principale = Coût par cm³ pour la buse principale
Prix de la buse d’appui / Durée de vie volumétrique de la buse d’appui = Coût par cm³ pour la buse d’appui - Calculer le coût de l’outillage utilisé pour le travail :
(Coût par cm³ pour la buse modèle × volume du matériau modèle) + (Coût par cm³ pour la buse support × volume du matériau support) + coût proportionnel de la plaque de construction = coût total de l’outillage
Étape 5 : Calculer les coûts de main-d’œuvre
Il s’agit de prendre en compte le temps d’intervention de l’opérateur.
Ce dont vous avez besoin :
- Temps passé à régler la machine et à préparer l’impression.
- Le temps consacré au post-traitement manuel (y compris le retrait manuel du support).
- Le salaire horaire de l’opérateur.
Le calcul :
(Temps de préparation + Temps de post-traitement) × Salaire horaire = Coût total de la main-d’œuvre.
Bien qu’il existe de nombreux outils, des calculateurs autonomes comme Prusa Calculator et Omni Calculator aux plateformes intégrées comme AutoQuote3D, ils ont tendance à se concentrer sur les éléments de coût les plus simples. En général, ils prennent en compte les coûts des matériaux sur la base du poids ou du volume, et les coûts de la main-d’œuvre et des machines sur la base du temps. Cependant, aucun d’entre eux ne semble mettre en avant le modèle dynamique d’usure des outils basé sur le volume, tel qu’il est décrit dans l’étude. Il est probable que si cette recherche se confirme, vous verrez de nouveaux algorithmes dans vos calculateurs de coûts automatisés préférés.
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Licence : Le texte de l'article "Calcul des coûts de l’impression 3D : une nouvelle étude révèle une méthode plus efficace" écrit par All3DP Pro est publié sous la licence Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).