Cómo elaborar el presupuesto de un proyecto de impresión 3D

A Tikoa nos llegan cotínuamente correos pidiendo información sobre cómo poder evaluar el presupuesto de un proyecto de impresión 3D, por lo que consideramos que puede ser de gran utilidad compartir nuestra experiencia para despejar algunas de las dudas más frecuentes con las que nos hemos encontrado:

¿Por dónde empezamos para elaborar el presupuesto de un proyecto?

Lo primero que tenemos que saber es que resulta muy importante entender cómo se asignan los costos en el proceso de fabricación aditiva.

Si es un comprador o posible cliente, comprender esto le ayudará de forma notable a hacer las preguntas correctas durante el proceso de negociación.

En cambio, si usted dirige una planta de fabricación aditiva, también es necesario entender los factores de coste asociados a cualquier proceso de fabricación.

Calcular el desglose y entender los costes es el primer paso para encontrar formas innovadoras de mejora en las eficiencias de sus operaciones.

Esto también le ayudará a sopesar el verdadero valor que tienen algunas de las mejoras en las impresoras 3D que estamos viendo en los últimos meses como la velocidad de la impresión, los sensores, la calidad de la superficie, el manejo del polvo residual, etc.

¿Cómo uno o varios de estos factores pueden afectar a la rentabilidad de la máquina en cuestión?

¿Cuáles de las innovaciones tecnológicas en este campo pueden mejorar mi producción y su rentabilidad, y cuánto?

Presupuestando costes en impresión 3D con un ejemplo

Para tener un ejemplo que nos pueda servir de referencia, estudiaremos un caso concreto de planificación y elaboración del presupuesto de un proyecto de maqueta interactiva que se realizó para una refinería de petróleo.

Los costes asociados a la mayoría de los componentes fabricados con impresión 3D pueden rebajarse teniendo en las cuatro diferentes fases básicas del proceso:

• Diseño
• Producción
• Postproducción
• Control de calidad.

Dependiendo de si el proceso completo se realiza en un mismo lugar o en diferentes lugares, dependiendo de proveedores internos y externos, el coste total de la pieza a fabricar se irá incrementando.

También debemos destacar que hay costes indirectos ligados a cada paso del proceso que también influyen en el coste final del producto, como los gastos de envío, distribución o los generados por los consumibles utilizados para fabricar las piezas.

Tengamos también muy en cuenta que el número de piezas finales producidas va a incidir directamente en la amortización de la inversión en la fabricación, de manera que cuantas más piezas se fabrican más fácil será amortizar los gastos de producción que se generen.

Diseño

El diseño es el primer paso en el proceso de fabricación.

Las piezas deben ser diseñadas o rediseñadas enfocadas siempre a generar los mayores beneficios de uso final (alta resistencia, peso reducido, integración de los componentes, etc).

Resulta primordial que el equipo de diseño reciba formación específica orientada a optimizar modelos para ser producidos mediante fabricación aditiva.

Muchas veces las empresas que adquieren tecnologías de impresión 3D, olvidan poner énfasis en el rediseño de sus modelos 3D e intentan producir las piezas tal como eran para ser producidas mediante procesos de fabricación tradicional, cerrándose horizontes y perdiéndose así, a menudo, muchos de los beneficios que la fabricación aditiva puede aportar.

Por lo que, si se está preguntando por qué la reciente compra de una impresora por parte de su empresa no está dando los beneficios esperados, es momento de poner atención en si están empleando correctamente esta tecnología y si están sacándole todo su potencial al área de diseño.

Además, el software utilizado juega un papel importantísimo en la reducción de costes asociados al proceso de diseño, ya hemos hablado de esto en artículos anteriores.

Presupuesto de diseño de pieza (precios aproximados)

Tiempo de diseño: 1 mes

Ingeniero de diseño dedicado a tiempo completo: 35.000 € al año

Solidworks Premium software(licencia única): 7,515 €

Solidworks (suscripción anual): 1.875 €

Software para 10 años (teniendo en cuenta que a lo mejor se necesitan productos adicionales relacionados que conlleven un inversión extra): 751,5 € por año.

Cálculos de coste de diseño de pieza:

1 mes de trabajo: 2.916 €

1 mes de software: 751,5/12 + 1.875/12= 218,875 €

Total coste de diseño de pieza: 3.134,875 €

Debemos aclarar que éste es el coste de diseño para la producción de una sola pieza. A mayor número de piezas, el coste de diseño por pieza es menor, por lo tanto, la cantidad de producción influirá enormemente en los beneficios.

Producción

La producción se puede desglosar en diferentes puntos: materiales, puesta en marcha (diseño y máquina), tiempo de funcionamiento de la máquina y retirada de la pieza de la plataforma de impresión.

Más adelante analizaremos el cálculo de la tasa de fallos pero apuntamos en primer lugar la importancia de este punto, ya que un fallo potencial podría darse en fases tempranas de la producción y ser, sin embargo, localizado en fases finales, lo que puede crear pérdidas innecesarias y problemas fácilmente abordables cuanto antes se ataje.

Tecnología de fabricación y Materiales

La elección de la tecnología de fabricación correcta es uno de los puntos más complejos a los que habitualmente nos encontramos, para ello se precisa de mucha información acerca de los distintos equipos de impresión 3D existentes en el mercado, información que habitualmente no es compartida por los fabricantes o distribuidores de las marcas, ya que podría poner en evidencia algunos de sus principales fallos y errores no resueltos.

Si, por ejemplo, precisamos fabricar modelos de prototipo o muestra para un departamento de ingeniería, no solo nos vale con identificar la tecnología con más precisión o mejores acabados superficiales, tendremos que averiguar qué tipo de postprocesado precisan las piezas obtenidas de uno u otro equipo, durabilidad de los materiales, necesidad de soportes de construcción y un sinfín de detalles que pueden hacer de nuestra inversión una apuesta rentable o catastrófica.

Para ello, nuestra más ferviente recomendación es ponerse en manos de profesionales de este sector que no hagan distribución directa de una marca en concreto, ya que esto les permitirá reseñar las ventajas y debilidades de cada tecnología sin deberse a la marca que representan.

En TIKOA trabajamos con más de 10 tecnologías de fabricación pertenecientes a una docena de fabricantes, utilizando cada tecnología para el tipo de fabricación que mejores resultados hemos obtenido.

En este caso escogimos la tecnología Multijet de 3D Systems, ya que es capaz de fabricar geometrías complejas con superficies delgadas sin deformaciones ni riesgos de rotura durante la retirada de soportes.

Presupuesto de materiales:

Precio del material de impresión utilizado para fabricar este modelo (VisiJet® M3 Crystal): 188 € aprox.

Peso de la pieza: 200 gr.

Tasa de desechos: 2% (Esta tecnología de impresión genera soportes de impresión con un material similar a la cera, por lo que no existe el gasto de material de construcción)

Cálculo de coste de materiales:

Coste total del material de la pieza: 200 gr x 1,1 x 188 euros= 206,8 €

Puesta en marcha (Diseño e impresión)

Aunque nuestra pieza haya sido diseñada mediante un software específico impresión 3D, esto no nos asegura que el diseño esté realmente preparado para su fabricación por medio de la tecnología aditiva, ni nos asegura sacar el máximo provecho de cara a beneficios finales de uso asociados al proceso.

De esta forma, nuestra pieza puede necesitar estructuras de soporte específicas o una orientación determinada para asegurar que pueda ser construida con éxito.

Como comentábamos antes, cada impresora 3D posee distintas capacidades, por lo que este proceso debe ser llevado a cabo y controlado por un operador de máquina experimentado. También hay una mano de obra de tipo físico, asociada con la configuración de la máquina con el material adecuado y con la plataforma de impresión a preparar.

Presupuesto de puesta en marcha

Diseño para la puesta en marcha:1 hora

Puesta en marcha de la máquina: 1 hora

Operador a dedicación plena (2.000 horas): 29.000 € / año

Cálculo de puesta en marcha:

Coste total de la puesta en marcha para la impresión de la pieza: 2 horas x (29.000/2.000 horas) = 29 €

Estamos asumiendo que nuestra pieza es la única parte a producir. Si tuviéramos que producir más partes para conformar la pieza final, hemos de tener en cuenta que, cada parte conlleva un tiempo de puesta en marcha de la máquina.

Tiempo de funcionamiento de la impresora 3D

El coste de funcionamiento de la impresora 3D por hora estará determinado por los costes iniciales y los asociados con su mantenimiento. Y también estará determinado por el tiempo su tasa de utilización o su vida útil.

Este es el punto donde fallan las tiendas de impresoras tradicionales que pasan a vender impresoras 3D, las impresoras 3D no se parecen en nada a las otras.

Su vida útil está determinada por otros factores diferentes, como los ciclos del producto, la ineficiencia relativa o la obsolescencia.

En la fabricación aditiva hay innovaciones tecnológicas continuamente. Cada pocos meses nos podemos encontrar con una tecnología o una impresora nueva.

Lo mejor es contar con que cada 2 años tendremos que comprar nueva tecnología si queremos seguir siendo competitivos en ese campo. Si tratamos de alargar demasiado la vida útil de nuestra impresora podemos quedarnos desfasados respecto a otros competidores.

Además hay un delicado equilibrio entre sacar el máximo provecho las capacidades de la máquina y los precios que fijemos para justificar la inversión en su compra.

Presupuesto de tiempo de funcionamiento de la impresora 3D

Coste inicial de compra: 88.450 €

Coste de mantenimiento anual: 2.500 €

Periodo de recuperación de inversión: 24 meses

Tasa de fallos: 5%

Utilización de potencial 80% (este número puede cambiar dependiendo de la utilización real del potencial de la impresora, así, el 80% está cerca del uso completo de una impresora de estas características, contando con su mantenimiento).

Tiempo de impresión de la pieza: 16 horas (en este punto tenemos que tener muy en cuenta que los tiempos de impresión varían enormemente dependiendo del tamaño y la complejidad de la pieza y además debemos contar con que puede haber un fallo de impresión justo antes de terminar de imprimir, lo que nos haga tener que repetir todo el proceso de impresión de nuevo).

Cálculos de tiempo de funcionamiento de impresora 3D

Coste anual de la impresora: 88.450 € x (1 + (5% de tasa de fallos x 2 años))+ 5.000 €/24 meses= 3.893 €

Tiempo de funcionamiento mensual de la máquina: 30 días x 24 horas x 80%= 576 horas

Coste por hora de impresión: 3.893 € / 576 horas = 6,75 € por hora

Coste total de impresión por pieza – 16 horas x 6,75 euros = 108 €

Presupuesto de retirada de la pieza de la plataforma de impresión

Tiempo de retirada de pieza: 1 hora

Operador dedicado a tiempo completo: 29.000 € (2.000 horas por año)

Coste total de la retirada de la pieza de la plataforma de impresión: 1 hora x 29.000 / 2.000 horas) = 14,50 €

Tasa de fallos

Para entender el impacto de la tasa de fallos , primero calculemos los costes totales de la producción de la pieza.

206,8 € de material + 29 € de puesta en marcha + 108 € de tiempo de impresión + 14,50 euros de coste de retirada de impresión = 358,30 € por pieza

Asumiendo que se descubren los fallos después de la retirada de la pieza de la plataforma de impresión hemos de tener en cuenta un 20% de costes a agregar al total.

Así tendríamos un coste de tasa de fallos de 358,30 x 1,2 = 429,56 €

Hemos de recalcar que la tasa de fallos es un punto muy a tener en cuenta a la hora de elaborar el presupuesto de un proyecto, aunque los vendedores de impresoras a menudo lo pasen por alto, ya que se trata de un coste adicional en la producción con el que hay que contar para evitar posibles pérdidas.

Postproducción

Esta parte del proceso depende en gran medida de la geometría de la pieza y cómo de bien diseñada esté para su fabricación en impresión 3D.

Este es un indicador muy importante a la hora de saber si su diseñador entiende las complejidades del proceso de la fabricación aditiva y de las posibilidades específicas de la impresora utilizada.

Las piezas que requieran un manipulado mayor posterior al proceso de impresión, cosa que depende en gran medida de su diseño inicial, conllevarán un coste añadido mayor.

Hay un nivel de riesgo asociado a esto, ya que usar un programa o una herramienta equivocados puede hacer que la pieza fabricada salga dañada o inutilizable, cosa que puede resultar realmente cara.

Ésta será un área importante donde las máquinas híbridas (con impresión y programación a la vez) entrarán en juego en el futuro.

El proceso de postproducción incluye:

• retirada del material de soporte,
• limpieza de las piezas
• y unión de las mismas.

Para no alargarnos asumiremos que el diseño de la pieza ha sido el idóneo y no se requiere un tratamiento extra de acabado para el uso final de la pieza.

De todas formas, si fuera necesario para incluirlo en el presupuesto de un proyecto que lo precise, cada una de esas fases requerirán un cálculo muy parecido al de los pasos de producción.

Control de calidad

Esta parte final de todo el proceso en la fabricación aditiva puede variar drásticamente dependiendo de la pieza y su uso final.

Por ejemplo, en el caso de piezas de fabricación aeroespacial, los controles de calidad tienen que ser muy exhaustivos, conllevando la revisión minuciosa de cada pieza e incluso pruebas como tomografías computerizadas para asegurarse de la calidad total estructural de la pieza o de su densidad.

Daremos por hecho que nuestra pieza no tiene que pasar estas pruebas tan minuciosas y complejas, pero tengamos en cuenta que, de ser necesarias, conllevarían un coste extra.

Si lo que precisamos es un control de calidad básico, la pieza solo tendrá que cumplir ciertos requisitos de resistencia y geometría adecuados, añadiendo (excepto en el caso de usar tecnología de sinterizado láser, porque no haría falta) el trabajo de quitar las barras de soporte que se colocan estratégicamente alrededor de toda la pieza para que se sostenga durante la impresión.

Estos soportes también tienen un coste añadido, en cuanto a material se refiere y en cuanto al trabajo de retirarlos para dejar la pieza preparada para uso final.

En el caso de la pieza que hemos presupuestado daremos por hecho que solo necesitará simples controles dimensionales y, por lo tanto, el coste de control de calidad será mínimo.

Podemos añadir que conforme va evolucionando la tecnología de fabricación aditiva es muy posible que, muy pronto, las impresoras 3D estarán provistas de sensores estratégicamente situados que irán monitoreando la temperatura, los niveles de oxígeno, la fuerza del láser u otros factores, proporcionando así análisis cualitativos a tiempo real del proceso de construcción de la pieza, evitando posibles fallos de forma temprana y como consecuencia, sobrecostes innecesarios.

Gastos generales y consumibles

En este último apartado entrarían en juego diferentes ítems dependiendo de la tecnología utilizada, las instalaciones, el personal de apoyo, entre otros.

Los gastos generales (servicios púbicos, alquiler, etc.) asociados a cada fase del proceso dependen totalmente del operativo particular y es muy importante asignar un presupuesto adecuado para ellos ya que se pueden convertir en un punto donde perdamos mucho dinero.

Los consumibles, por su parte, variarán mucho dependiendo del proceso de fabricación aditiva que utilicemos.

Estos factores deberán agregarse al coste del producto final, incorporándose al presupuesto total.

Conclusión

En este artículo hemos desglosado con detalle los costes que conlleva un proceso de fabricación aditiva concreto, de principio a fin, necesarios de calcular a la hora de evaluar el presupuesto de un proyecto determinado.

Esperamos que su lectura sea de ayuda a la hora de hacerse una idea de los costes que conlleva poner en marcha una tecnología de este tipo, identificando los mayores escollos a los que puede enfrentarse alguien que quiera fabricar mediante la impresión 3D.

De la misma forma, en caso de requerirse una orientación específica a la hora de tomar alguna decisión relativa a la adquisición de una nueva máquina, o para la elaboración del presupuesto de un proyecto, así como para su planificación, es siempre importante contar con un buen asesoramiento por parte de especialistas experimentados con esta tecnología que tengan en cuenta todas las posibilidades y los aspectos a tener en cuenta a la hora de llevar a cabo un proyecto.