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Was sind die 6 wesentlichen Kostenfaktoren von 3D-Metalldruck?

Ist Ihr Unternehmen eines der Innovatoren, die bereits 3D-Metalldruck anwenden? Diese Technologie wird momentan mit einem Wachstum von jährlich 26,4% in den nächsten Jahren bis 2024 prognostiziert.

Die Entscheidung in metallbasierte additive Fertigung zu investieren ist ausschlaggebend für Unternehmen in sämtlichen Branchen. Dabei müssen Sie entscheiden, ob diese Technologie passend für die Art Ihrer Produkte ist. Neben dieser Überlegung müssen Sie auch die Kosten für 3D Metalldruck berücksichtigen. Somit stellt sich die Frage “Macht 3D-Metalldruck für unser Unternehmen Sinn im Vergleich zu konventionellen Technologien wie formende Fertigung?“

Dieser Leitfaden zeigt Ihnen die Kosten für metallische additive Fertigung auf und wird Ihnen eine einfachere Kalkulation ermöglichen. So können Sie rasch prüfen, ob die Anwendung dieser Technologie für Ihr Unternehmen passend ist.

Welche Kosten müssen Sie für 3D-Metalldruck berücksichtigen?

Da es zahlreiche Variablen gibt, die zu berücksichtigen sind, kann die Kalkulation der exakten Kosten für 3D-Metalldruck durchaus herausfordernd sein. Dabei ist die Variable mit dem wahrscheinlich größten Einfluss auf Ihre Kosten die von Ihnen gewählte Art der additiven Fertigung. Im Wesentlichen gibt es drei Methoden, die für Ihre Wahl entscheidend sind:

  • Direct Metal Laser Sintering (DMLS) oder Selective Laser Melting (SLM)

Bei der Überlegung hinsichtlich 3D-Metalldruck, hat man dabei diese Technologien am häufigsten im Kopf. Diese beiden Techniken nutzen dabei ähnliche Methoden: Metallpulver wird als sehr dünne Schicht auf einer Bauplattform aufgebracht. Mittels Laser wird die Pulverschicht geschmolzen wodurch sich eine feste Struktur formt. Dann wird eine weitere Schicht aus Metallpulver aufgetragen und das Schmelzen mittels Laserstrahl wird wiederholt. Dieser Prozess wird so lange wiederholt, bis die vorgegebene Form aufgebaut ist. Diese Methode erlaubt Ihnen Bauteile mit hochkomplexen Geometrien zu fertigen.

  • Binder jetting

Bei dieser Technologie wird eine dünne Schicht Metallpulver auf einer Bauplattform, die sich auf einem höhenverstellbaren Tisch befindet, aufgebracht. Ein Bindematerial wird dann auf definierten Punkten mittels Druckkopf aufgebracht, ähnlich eines Tintenstrahldruckers. Der Tisch wird um eine Schichtdicke abgesenkt, die nächste Schicht Metallpulver wird aufgebracht und das Aufbringen des Binders wiederholt. Der fertige Bauteil wird dann von der Bauplatte entfernt und von überschüssigem Pulver befreit. Nach dem Entfernen muss der “Grünling” noch mittels eines Sinterprozess bearbeitet werden.

  • Metal extrusion

Diese Technologie wird prinzipiell für den Prototypenbau verwenden. Sie ist dem Kunststoff 3D-Druck sehr ähnlich. Nur werden hier anstelle von flüssigem Kunststoff Metallpulver und Bindemittel durch die Spritzdüse gedrückt. Durch diesen Vorgang wird die gewünschte Struktur schrittweise aufgebaut.

Für die meisten metallverarbeitenden Unternehmen wird DMLS oder SLM die 3DDruck Technologie sein, die ausgewählt wird. Generell sind diese Drucker die teuersten, wobei diese jedoch auch am besten geeignet sind für eine professionelle Anwendung. Daher werden wir uns im Folgenden auf die Kosten für die Anwendung von DMLS und SLM konzentrieren.

In den Prozessen DMLS und SLM werden sehr dünne Schichten Metallpulver mittels Laserstrahl geschmolzen

Die Kosten für 3D-Metalldruck

Die folgenden Informationen bieten Ihnen einen Leitfaden, der Ihnen hilft, die Technologie des 3D-Metalldrucks näher zu prüfen. Natürlich variieren die exakten Kosten von Unternehmen zu Unternehmen sowie von einem Bauteil zum nächsten. Zudem gestalten sich die Kosten je nach Ihrem Output-Level aber auch Ihren spezifischen Bauteilen und dem 3D Drucker, den Sie wählen.

Der 3D Drucker

DMLS und SLM Drucker sind in verschiedenen Größen und mit fortschrittlichen Funktionen. Im Grunde werden Sie 3D-Drucker in drei unterschiedlichen Kostenspektren finden: Drucker im niedrigeren Preissegment liegen bei etwa $200.000, im mittleren Segment finden Sie Drucker mit Kosten rund um $500.000 und hochentwickelte 3D-Metalldrucker finden sie im hochpreisigen Segment mit Kosten um $1,5 Millionen oder mehr. Des Weiteren müssen Sie noch die Kosten für Installation und Support einkalkulieren.

Wenn Sie gerade in diese Technologie einsteigen, erscheinen Ihnen diese Kosten wahrscheinlich sehr hoch. Eine gute Möglichkeit für den Anfang ist daher das Auslagern an einen 3D-Druck Dienstleister. So können Sie experimentieren und herausfinden, ob Ihre Idee vermarktbar ist. Wenn Ihr Projekt erfolgreich ist, werden Sie sich dann womöglich entscheiden, Ihren eigenen 3D-Metalldrucker zu kaufen.

Die Software

Lizenzen für 3D-Metalldruck können sich in sehr hochpreisigen Segmenten bewegen. Lizenzgebühren kosten normalerweise jährlich etwa $15.000 pro Nutzer. Zudem werden Sie für die Verwendung der Software einen Hochleistungsrechner benötigen, welche meist $4.000 – $5.000 kosten.

Das Mieten eines cloud-basierten Rechners stellt dabei eine Alternative zum Kauf einer Software dar. Hier zahlen Sie für einen Remote-Desktop und eine Software auf monatlicher Basis. Da Sie nur für Ihren tatsächlich benötigten Aufwand bezahlen, können sich Ihre Kosten für dieses Modell auf lediglich $280 monatlich belaufen.

Das Material

Für DMLS und SLM ist das Material Ihrer Wahl Metallpulver. Abhängig von Ihren Projekten und Bauteilen müssen Sie das passende Metallpulver auswählen. Anbei finden Sie die Kostenspanne für die vier gängigsten Metallpulverarten:

  • Aluminium – oft nur $5 pro Kilogramm
  • Nickel – voraussichtlich über $50 pro Kilogramm
  • Stahl – voraussichtlich $75 und mehr pro Kilogramm
  • Titan – voraussichtlich $150 und darüber pro Kilogramm

Hinweis: Ein wesentlicher Vorteil von metallbasierter additiver Fertigung sind geringe Abfallmengen. Ungefähr 90% des nicht genutzten Metallpulvers eines individuellen Baujobs können wiederverwertet werden.

Hier sollte noch angemerkt werden, dass Aluminiumpulver die geringste Qualität aufweist und daher nicht empfehlenswert für den Druck von Bauteilen mit hoher Qualität ist.

Die Kostenspanne für Metallpulver kann zwischen $5 bis zu $150 und mehr reichen

Die Nachbearbeitung

Bei der Nachbearbeitung eines gedruckten Bauteils müssen mehrere berücksichtigt werden. Für jeden dieser Prozesse müssen Sie Arbeitszeit und Spezialwerkezeug einsetzen und somit in Ihrer Kostenkalkulation berücksichtigen:

  • Entpacken des Bauteils

Abhängig von der Komplexität des Designs Ihres Bauteils, kann das Entpacken des gedruckten Teils eine Stunde bis hin zu einem oder zwei Tagen dauern. Daher stellt dieser Schritt einen wesentlichen fixen Arbeitskostenanteil dar

  • Oberflächenbehandlung

Auch die Kosten für die Oberflächenveredelung hängen von der Komplexität Ihres Bauteils ab. Dieser Prozess kann eine Dauer von einigen Stunden bis hin zu mehreren Tagen Arbeit einnehmen.

  • Hitze-, Druck- oder chemische Behandlung

Für das Härten des Bauteils sind mehrere Behandlungen notwendig. Es ist daher schwierig diesem Prozess einen exakten Kostensatz zuzuordnen. Basierend auf Erfahrungswerten kann dieser Prozess die Gesamtkosten um etwa 10% erhöhen.

Der Stromverbrauch

Ein weiterer wichtiger und kostenintensiver Faktor ist der Stromverbrauch Ihres 3D Metalldruckers. Um den Drucker betreiben zu können, benötigen Sie zuerst einen Starkstromanschluss. Die Leistung reicht von ungefähr 3kW kleinerer 3D Metalldruckern bis hin zu etwa 10kW größerer Maschinen. Die exakten Kosten für den laufenden Stromverbrauch sind schwer zu prognostizieren, da sie von Ihren individuellen Anwendungsfällen und Bauteilen abhängen.

Das Personal

Personal anzustellen, welches 3D-Geometrien erstellt, die auch für die Ansprüche von 3D-Metalldruck geeignet sind, ist ein weiterer signifikanter Kostenfaktor. Hier müssen Sie Kosten für eine Fachkraft mit einem durchschnittlichen Jahresgehalt von $62.000 in Betracht ziehen.

Ein weiterer Aspekt, den Sie hierbei beachten müssen, ist dass das Behalten Ihres bestehendes Personals, wenn sich Ihr Unternehmen auf konventionelle Fertigungsmethoden spezialisiert hat.

Hinweis: Kosten für Basisschulungen für 3D-Metalldruck belaufen sich auf $300 bis $1.000 pro Angestellten.

Was wird Sie 3D-Metalldruck kosten?

Die Kosten ihrer 3D gedruckten Komponenten kann je nach Ihren Bedürfnissen und Anforderungen stark variieren. Im folgenden Abschnitt finden Sie eine Abschätzung darüber, was Ihnen Ihr erstes Jahr 3D-Metalldruck kostet. Diese soll Ihnen helfen den Einsatz dieser Technologie grob zu budgetieren.

  • Kostengünstig – $100.000 im ersten Jahr

In diesem Modell lagern Sie den 3D-Druck an einen Dienstleister aus und nutzen cloud-basierte Softwarelösungen. Weiters wählen Sie Materialen im niedrigeren Preissegment und führen eine geringere Anzahl an Fertigungsdurchgängen durch. Ihr Ziel ist es, herauszufinden, ob 3D Metalldruck passend ist für Ihr Unternehmen.

  • Durchschnittspreis – $500.000 im ersten Jahr

Im Durchschnittspreismodell kaufen Sie Ihren eigenen „standard“ 3D Drucker, den Sie in Ihrem Unternehmen nutzen. Sie lagern aber weiterhin einige Ihrer Aktivitäten durch die Nutzung von cloud-basierter Software für 3D-Druck aus.

  • Hochpreis – $2 Millionen im ersten Jahr

Im Hochpreismodell entscheiden Sie sich für einen hochentwickelten 3D Drucker, der preislich bei etwa $1 Million liegt. Sie stellen einige CAD Grafiker auf Vollzeitbasis an und kaufen entsprechende Rechner sowie Softwarelizenzen. Sie wählen teurere Metallpulver und nutzen Ihren 3D Drucker auf hohem Stundenniveau, was wiederum Ihren Stromverbrauch steigert. Zudem investieren Sie in Schulungen für einige Ihrer Mitarbeiter.

Rechtfertigen die Vorteile die Kosten von 3D-Metalldruck?

Die Entscheidung darüber wie viel Sie bereit sind in 3D-Metalldruck für Ihr Unternehmen zu investieren hängt von Strategie und Budget Ihrer Firma ab. Für den Einstieg in metallbasierten 3D-Druck wird für Sie als kleineres metallverarbeitendes Unternehmen die Wahl des Outsourcing-Modells der richtige Weg sein, da es Ihnen ermöglicht diese Technologie in Bezug auf die Funktionalität in Ihrer Firma zu erforschen. So können Sie auch den Markt hinsichtlich Ihrer Designs und Bauteile testen. Mit dem Kauf eines 3D Druckers werden Sie als größeres Unternehmen von mehr Kontrolle und Flexibilität profitieren.

Obwohl die Kosten für 3D-Metalldruck relativ hoch sind, ist der potenzielle Nutzen erheblich. Die Möglichkeit höchst spezialisierte und komplexe Bauteile zu fertigen kann Ihrem Unternehmen bedeutende Märkte eröffnen. Dies macht das Investment meist mehr als lukrativ.

Jetzt, da wir Ihnen einige Informationen hinsichtlich der wesentlichen Kostenfaktoren bereitgestellt haben, sollte die Kalkulation, ob Sie in den Markt für 3D-Metalldruck einsteigen wollen, einfacher für Sie sein. Nehmen Sie sich Zeit, prüfen Sie Vor- und Nachteile sowie Kosten für 3D-Metalldruck und treffen Sie dann Ihre Entscheidung.

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