Wann ist 3D-Druck rentabel?

3D-Druck ist unrentabel für die Serienfertigung.
Das rentiert sich im industriellen Bereich nur für Einzelteile wie Design-Prototypen.

Steile These.
Aber ist das tatsächlich so?

Was ist dran, am, von der 3D-Druck-Branche oft zitierten, rentablen 3D-Druck für die Industrie?

Ist 3D-Druck rentabel?

Gehen wir der Sache doch seriös auf den Grund.

Mittlerweile gilt als Fakt: Der industrielle 3D-Druck ermöglicht bei Einzelstücken, in der Klein- und Mittelserienfertigung eine rentable Produktion. Im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren wie Fräsen, Drehen oder Gießen sind die Produktionskosten nicht an die Komplexität eines Bauteils gekoppelt.

Um diese Aussage zu bekräftigen, schauen wir uns ein Beispiel in Form einer Rentabilitätsrechnung aus der Praxis an.

Fallstudie SLS vs Spritzgießen

Das innovative Technologieunternehmen Haply Robotics entwickelt und fertigt Roboterkonsolen, die Chirurgen bei der Vorbereitung lebensrettender operativer Eingriffe helfen.

Die Produkte von Haply Robotics ermöglichen es Medizinern, komplexe Operationen zu trainieren und ein physisches Feedback in Echtzeit zu erhalten. Das soll helfen, die Risiken, die momentan noch bei komplexen medizinisch notwendigen Operationen auftreten und für mehr als 400.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich sind, erheblich zu minimieren.

Für die Herstellung von Werkzeugen, die eine solch extreme Sensibilität und Präzision erfordern, verwendet Haply Robotics eine Vielzahl verschiedener Konstruktions- und Fertigungsverfahren, darunter SLS-3D-Druck auf dem Formlabs Fuse 1 sowie traditionellem Spritzgießen.

Obwohl das Team von Haply Robotics den Fuse 1 zunächst nur für das Prototyping einsetzte, erkannte es schnell, dass es bei den geringen Produktionsmengen sinnvoll ist, bestimmte Endverbraucherkomponenten via SLS-3D-Druck zu fertigen.

Zunächst wurde ein Bauteil für das Robotersystem nur mit dem Fuse 1, für 58,- USD an Material- und Arbeitskosten, gefertigt.
Die Herstellung des Teils im Spritzgussverfahren würde 10.000 Dollar an einmaligen Werkzeugkosten verursachen, danach aber nur noch 0,05 USD pro Teil kosten.

Rentabilitätsrechnung im Diagramm

In Anbetracht dieser Kosten war es sinnvoll, das Bauteil direkt auf den Fuse 1 zu drucken, allerdings nur bis zu einer Chargengröße von zehn Einheiten.

Auf den ersten Blick scheint diese Stückzahl niedrig. Um jedoch die hohen Vorlaufkosten für die Bestellung eines Spritzgießwerkzeugs zu vermeiden, Lagerhaltungskosten einzusparen und Unabhängigkeit von externen Lieferketten zu erreichen, produziert Haply Robotics derzeit ganz bewusst diese Bauteile Inhouse in Kleinserien. Dadurch bleibt ein gewisser Spielraum im Budget für andere Kosten.

Das Haply-Team hat auch eine andere Lösung für mittlere Produktionsmengen gefunden. Sie drucken eine Form aus Nylon 12-Pulver auf dem Fuse 1 und gießen dann Silikon für das Endbauteil hinein. Die Herstellung der Form kostet 178,- USD für Material sowie Arbeitskraft und reicht für 20 Schuss Silikon – der Silikon-Gießprozess erweist sich jedoch als kostengünstig und ist schnell abgeschlossen.

Dieser Arbeitsablauf ist sinnvoll für Stückzahlen zwischen 10-200 Einheiten und bietet dem Team bei Haply Robotics eine weitere Möglichkeit, um vom teuren industriellen Spritzguss Abstand zu nehmen.

Zusammengefasst bedeutet das:
Beim Spritzguss ist das Anfangsinvestment für das Spritzgusswerkzeug (die Form) sehr hoch, dafür sind meistens die Einzelstückkosten gering.

Beim 3D-Druck fällt dieses hohe Anfangsinvestment weg, dafür sind die Kosten pro Einzelstück häufig höher. Ab einer hohen Stückzahl hat man beim Spritzguss die Investitionskosten für das Werkzeug mit den geringeren Stückkosten ausgeglichen.

Bis zu solch hohen Chargen ist also der 3D-Druck im Einzel-, Klein- und Mittelseriensegment wesentlich rentabler.