CNC-Herstellungskosten verstehen

Dienstag, 6. Juli 2021 David Ewing

Eine häufig gestellte Frage lautet: „Was wird es mich kosten und wie viel kostet es in der Herstellung?” Jeder liebt Schnäppchen! Zudem können wir die Preise für unsere täglichen Einkäufe beurteilen – 5 € für einen Liter Milch? Auf keinen Fall!" Geht es aber um maßgefertigte Komponenten, egal ob per CNC, 3D-Druck oder Spritzguss hergestellt, werden die Dinge ein wenig komplizierter.

Man kann es ein wenig vereinfachen, wenn man an die großen drei Faktoren denkt: Rohstoff, Herstellungszeit und Fixkosten. Jeder dieser Faktoren trägt wie folgt zu einem Preis bei:

Rohstoff

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Metalle: Gold, Silber, Bronze – wir alle wissen, dass die Knappheit dieser Metalle und die Veredelungskosten (graue Energie und Fertigungstechniken) die Rohstoffkosten bestimmen. Die Grafik der relativen Metallkosten birgt wenige Überraschungen – Stahl und Aluminium sind reichlich vorhanden (Al6082 ist unsere häufigste Sorte) und haben die niedrigsten Rohstoffkosten pro kg (oder Pfund). Die Diagrammmitte zeigt die spezielleren Aluminiumarten und Edelstähle, die teure Legierungsanteile enthalten. Am Ende steht Titan, das erstaunlich häufig vorkommt, aber schwer zu veredeln ist (was neben der Korrosionsbeständigkeit ebenfalls zu seinem hohen Preis beiträgt).

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Kunststoffe: Können ganz ähnlich aussehen, haben aber eine noch extremere Preisspanne.

  • Geringe Kosten pro kg: Nylon (PA6), Acryl und ABS sind gängige Materialien, die sowohl im Spritzguss als auch für CNC-Komponenten verwendet werden. Es gibt jedoch ein Material, das sowohl billiger ist als auch eine bessere Leistung aufweist: Acetal (oft auch Delrin® genannt) ist ein hervorragender technischer Allzweckkunststoff mit guter Stabilität.
  • Mittlere Kosten: Carbonfasergefüllte Materialien kosten etwa 50% mehr – die spröden, zerbrechlichen Carbonfasern ergeben in Verbindung mit dem zähen Kunststoff einen Verbundwerkstoff. Der ist stärker und strapazierfähiger.
  • Spezialanwendungen: Die Preise dieser Rohstoffe übersteigen den von Titan (100 £/kg sind möglich), so dass es sich lohnt zu prüfen, ob es eine Alternative gibt! Im Allgemeinen muss ein bestimmter Anspruch erfüllt werden: PC (Polycarbonat) ist so fest, dass es für kugelsicheres Glas verwendet wird! PEEK – die erste Wahl in der Formel 1 sowie in der Luft- und Raumfahrt. Da es stärker ist als manche Metalle und dazu UV- und flammfest, wird es fast allen Anforderungen gerecht. PSU, PPSU, PEI werden in der Regel im Lebensmittel- und Medizinbereich eingesetzt. POM-ESD wird modifiziert, dass es gerade leitfähig genug ist, um statische Entladungen zu verhindern.

Herstellungskosten 

Diese setzen sich zusammen aus der Bearbeitungszeit (und dem damit verbundenen Werkzeugverschleiß) sowie der Zeit für die Herstellung von Vorrichtungen zur sicheren Aufnahme der Komponenten. Dazu gehören auch Aufspannungen, wenn die Bearbeitung aus mehreren Richtungen erfolgt.

Wir fertigen Ihr Teil (digital) und rechnen die Herstellungskosten in den Preis ein. Dabei prüfen wir, ob die Fertigung machbar ist und wie lange sie dauert. Weniger komplexe Teile können wir am selben Tag fertigen, aber die meisten Angebote umfassen eine 3-tägige Lieferzeit. Die Prüfung erfolgt meist automatisch. Ein erfahrener Ingenieur zeichnet jedes Angebot ab. Dies dauert in der Regel weniger als eine Stunde.

Natürlich ist die Komplexität der Teile ausschlaggebend – kleinere, detailliertere Features benötigen kleinere Werkzeuge und dauern daher länger. Der andere Faktor ist die Bearbeitbarkeit.

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Im Allgemeinen sind Kunststoffe weicher und leichter zu bearbeiten – zu weich (wie bei PVC und PP) kann allerdings eine Herausforderung darstellen (Polypropylen, das u. a. zur Herstellung von Seilen verwendet wird, zeigt dieses Verhalten beim Schneiden). Die nächstbesten sind die „weichen” Metalle Messing und Aluminium 6082. Generell gilt: Je härter das Metall, desto schwieriger ist es zu schneiden. Kupfer schließlich ist leicht verformbar – vermeiden Sie also dünne Strukturen.

Referenz: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=4097

Fixkosten und sonstige Kosten

Es fallen immer zusätzliche Kosten an. Aber oft sind sie nicht „wertschöpfend” (tragen nicht direkt zur Herstellung des Teils bei), aber notwendig (und wichtig): Verpacken, Messen und Prüfen, Kalibrieren und Einrichten der Ausrüstung, Arbeitsvorbereitung, Erstellen von Angeboten und Kommunikation mit Kunden.

Eine Möglichkeit, diese Kosten zu minimieren, ist die Automatisierung, etwa durch Robotik und autonome Maschinen, die für hohe Stückzahlen ausgelegt sind. Diese Art der Automatisierung kann den Stückpreis reduzieren, bringt aber Kosten mit sich, die als NRE-Kosten (Non-Reoccurring Engineering) bekannt sind. Mit anderen Worten: Eine derartige Automatisierung braucht Zeit zum Einrichten und kann unflexibel sein. Sie ist angebracht zur Fertigung hoher Stückzahlen, aber wenig sinnvoll zur Herstellung von Prototypen und ersten Produktionsmengen.

Deshalb ist unsere Automatisierung auf den NRE fokussiert und verwendet einen digitalen Ansatz. Wir benötigen keine 2D-Zeichnung, denn wir generieren automatisch den Maschinencode, die Prüfanforderungen und die Werkstückaufnahme direkt aus Ihrem Upload. Der Hauptvorteil dabei ist, dass wir innerhalb weniger Minuten nach der Bestellung mit der Herstellung Ihres 3D-Designs beginnen können. Ein weiterer Vorteil ist, dass wir keine Einrichtungsgebühr in Rechnung stellen. Natürlich sinkt mit jedem weiteren Teil der Preis, aber wir sind sehr flexibel bei der Fertigung von einfachen und komplexen Einzelstücken oder Kleinserien.

Gleiches mit Gleichem vergleichen - was ist sonst noch im Preis enthalten?

Bisher haben wir die physischen Eigenschaften betrachtet – Material, Größe und Menge. Unser Fertigungsservice enthält jedoch auch unsichtbare Attribute: Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit. 

Alle europäischen CNC-Komponenten werden in Großbritannien hergestellt. Die additive Fertigung erfolgt in Deutschland. Unsere durchschnittliche CNC-Fertigungszeit beträgt 3 Tage.

Und wenn Sie 3 Wochen oder 3 Monate warten können, steht dank der Wunder des modernen Transportwesens und des globalen Handels eine ganze Welt von Möglichkeiten zur Verfügung. Wichtig ist, dass Sie „Preis und Lieferung” auf einer vergleichbaren Basis gegenüberstellen. Das bringt uns zum letzten Punkt.

Über den Wert nachdenken, statt sich auf die Kosten zu konzentrieren

„Zeit ist Geld”, sagt das Sprichwort, und Ihre Zeit ist besonders wertvoll. Was auch immer Sie entwerfen, es wird Wirkung zeigen, und Ihre Kunden wollen es jetzt. Wir haben dabei geholfen, Prototypen zu entwickeln und zu fertigen – von besseren medizinischen Geräten über effizientere Elektrogeräte bis hin zu besseren Transportlösungen.

Es ist wahrscheinlich, dass 10% mehr Investition für solides Prototyping und Testen ein besseres Produkt ergeben, aber 10% Verspätung (oder sagen wir 10 Tage nach einer wichtigen Produkteinführung!) ist ganz sicher ein kostspieliges Problem.

„Schnell scheitern, oft scheitern”, lautete das Zitat von Thomas Edison, und er tat es, mit über 9.000 Prototypen! Dyson produzierte bekanntlich über 5.000 Prototypen, um den Zyklon-Staubsauger zu perfektionieren. Dank 3D-CAD und digitalen Werkzeugen müssen Konstrukteure nicht mehr so viel testen, aber vielleicht hat sich das Gleichgewicht zu weit verschoben? Es ist wirklich so schnell und einfach, etwas hochzuladen.

Bedenken Sie abschließend:

  • Qualitätsfaktoren: Komponenten erfüllen und übertreffen die angegebene Toleranz
  • Dienstleistung: Protolabs.de bietet Informationen zu Materialeigenschaften, Konstruktionstipps und Gewindeauswahl
  • Rat: Zu jedem Angebot gehört eine Rückmeldung zum 3D-Design, und unser Kundendienstteam ist gern bereit, Ihnen Ratschläge und Informationen über die beste Fertigungslösung zu geben