从技术角度分析金属3D打印加工服务体系如何建立 

由 3D打印联盟智库 发布于 2020-11-05 08:25 

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编者按:本文来自微信公众号“3D打印联盟智库”(ID:iPrinting)作者:晚风饮墨香,3D打印资源库经授权发布。

目前,世界范围内金属3D打印厂家的业务模式主要分成三个方向:打印设备设计-制造-销售;加工服务-销售;集设备设计-制造与加工服务一体化。
本文只是以SLM金属打印服务-销售为业务销售模式,从技术角度讨论金属打印加工服务体系建立的方法论。

产品定位

一种加工服务体系的建立是与产出的产品定位相关的。比如说,你的服务定位是面向高端做航空航天类的产品(我们暂且抛开资质与客户资源问题),那你的服务体系就必须满足航空航天类产品所需要的完整流程。这也是最复杂最全面的服务流程建立领域,成本投入相对较高,但是回报率也相当可观,这种服体系一旦建成,基本上能够满足3D打印加工服务所面向的所有应用领域了。
从技术角度分析金属3D打印加工服务体系如何建立 (2).jpg
因此,在你建立金属加工服务体系之前,一定要清楚自己的产品定位。
从行业应用情况来看,金属打印服务应用比较多的领域主要有航空航天,注塑/压铸模具(随形冷却),定制化医疗,金属手板零件等。金属加工服务与产品定位关系是单向正相关关系。产品定位越高端,需要建立的流程体系就越复杂,反之则越简单。
一般而言,高端产品的加工服务能力可以覆盖掉低端产品,但是反之则不可行。

投入与产出的计算方法

投入与产出,估计这也是大家最care的部分。我们这里将产品定位为中端应用,以SLM技术为主要建设目标,建立投入与产出的理论数学模型。
首先,我们先要明确几个财务上的基本概念:
固定资产(也称作固定成本):主要包括设备成本,人员成本,厂房成本。
变动成本:水电气功耗,材料成本,设备开机率,设备年平均效率。
综合成本:包括了管理成本,研发成本,其他成本(差旅,推广等)。
毛利润:毛利=营业收入-营业成本,也就是通常说的账面利润。
净利润:净利=(营业收入-营业成本)-税金-其它费用
盈亏平衡点:净利润=0的那个点。大致相当于你做多少的业务量才能满足工厂的运营,不至于每年亏损,这个业务量会通过计算转化成设备的使用效率。

固定成本

以单台SLM设备为例,运行成本的模型如表中所示,但是值得注意的是,在设备运行时是多台设备同时运行综合考量,所以单台设备计算出的结果并不是真实有效的衡量值,只是提供一种计算模型。
从技术角度分析金属3D打印加工服务体系如何建立 (3).jpg
固定总成本=设备折旧+人员薪资+厂房年租

(1)设备折旧:每个公司的计算方式可能不同,所以计算方式存在差异。
事实上,金属3D打印设备折旧不仅仅只包含打印设备,还包括后处理设备和检验检测设备。这里必须指出的是,后处理设备和检验检测设备对于保证金属打印质量而言尤为关键,不可忽视。
(2)人员薪资:采用平均算法,即AA制。金属3D打印服务体系有一个非常明显的规模化效应,即规模越大,人均成本就越低。举个简单例子,1台3D打印设备需要配比3个操作工人,但是5台3D打印设备同时运行时也是可以只配比3个操作工人,但是5台设备的产值是1台设备产值的5倍,在不增加人力成本的条件下达到5倍产值,人均成本也就相应的降低很多。
根据上述经验,你会发现一个很有意思的现象,就是规模越大的3D打印厂商会越来越赚钱,而一些小厂商会越来越不景气,这是事物发展的自然规律,后续我们会做详细分析。
(3)厂房年租:这个根据选址与各地政策不同存在差异。

变动成本

变动成本属于浮动值,和业务量成正相关关系。主要体现在水电气消耗与材料成本。
(1)水电气消耗:一般单台SLM设备的消耗功率在10Kw,加上气站,辅助设备等会在20Kw左右。以工业用电1.2元/Kwh计。
这里需要特别提醒的是,工业用电的单价会对材料单克售价产生很显著的影响。
(2)材料成本:材料成本为零件重量、支撑重量和产生的烟尘颗粒重量,其中不同结构的零件需要的支撑数量不同,产生的烟尘颗粒重量也不一样。但是SLM的粉末是可以回收重复使用的,根据我的经验,SLM的粉末利用率差不多在80%以上,当然这里面包括支撑。
(3)销售能力:与销售能力有关的有设备开机率和年产能。
设备开机率=设备年开机时间/365*24
年产能=设备效率*365*24*开机率
这里出现了设备效率,一般购置时候,设备厂家都会有一个设备效率,但是这个设备效率一般都会偏大,并不是实际的真实效率,设备效率和零件结构密切相关,根据实际的产能情况大概计算为:
设备效率=年产能/(365*24*开机率=年开机时间)
(4)终端售价:终端售价是一个变动值,但不是你根据你的效能计算得出的,而是由市场规律决定的。事实上,市场的终端售价往往会低于你的理论计算效能。所以还是那句话,规模越大的3D打印厂商会越来越赚钱,这就是其中原因之一。
盈亏平衡点

以单台设备打印316L为例,以最核心的固定成本与变动成本为主要计算依据,则盈亏平衡点出现在单价接近为5的时候,但是考虑到其它消耗成本,所以真实的盈亏平衡点会出现在定价高于5的时候。但是市场终端在售价高于5时很难接到业务,所以只能以低于这个的单价承接业务量,所以金属打印不锈钢的市场已经出现了恶性竞争的态势,这就应了那句话:规模越大的3D打印厂商会越来越赚钱。
从技术角度分析金属3D打印加工服务体系如何建立 (1).jpg
根据现有市场反馈情况和个人经验,以金属手板为主要业务的厂家,因为市场终端售价的限制,大都处于亏损状态,而航空航天业务因产品的高附加值性,所以大都会处于盈利状态。
因此,这也验证了3D打印真正适合的领域是那些高附加值的产品,而不是低端的金属手板。

设备效率

另外,不得不提的是设备效率,设备效率=年产能/(365*24*开机率=年开机时间)。
设备效率与成本有着超强的密切关系,当你的效率比别人慢20g/h的时候,那么你一年的产值有可能会比别人少42万,所以市场就会倒逼着设备生产厂家不断地去升级设备硬件,保证自己的设备效率比别人高或者是持平。这也就验证了为什么金属打印设备会向着多激光方向发展了。
未来,当应用市场不再受限,金属打印设备必定是多激光设备成为主流加工服务设备,单激光设备将面临被淘汰的风险。这又是另一个主题,我们之后慢慢分析。

后处理能力代表着交付产品的能力

金属打印成形之后,只是代表着打印设备完成了效能释放,但是并不代表着能够交付最终的产品,真正代表金属加工服务体系交付产品能力的关键节点是后处理环节。

这里讲的后处理能力指的是成熟的高技能团队,不是仅仅数人头的。目前,金属打印零件大都需要进行去支撑和打磨修型,看似简单的两道工序,需要却是有着成熟高技能的能手,稍有不慎,就会对零件造成损伤,面临报废风险。

一个强大的金属打印厂家,背后必定有一个超强的后处理团队!

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