Fallstudie: So schätzen Sie die Kosten für Großprojekte im 3D-Druck

Die Kalkulation kleinerer 3D-Drucke – wie etwa einer Handyhülle oder einer kleinen Spielfigur – verzeiht kleine Rechenfehler. Wenn Sie sich um zwei Euro verschätzen, hat das kaum wirtschaftliche Konsequenzen. Völlig anders verhält es sich jedoch bei Großprojekten.

Ob es sich um den Druck eines lebensgroßen Messemodells, die Kleinserienfertigung von $500$ Gehäusen oder ein komplexes Architekturmodell handelt: Hier multiplizieren sich Abweichungen exponentiell. Ein ungeplanter Fehldruck nach $80,\text{Stunden}$ Laufzeit oder falsch eingeschätzte Nachbearbeitungszeiten können ein Projekt schnell unrentabel machen.

In dieser Fallstudie zeigen wir Ihnen Schritt für Schritt, wie Sie die Kosten für ein reales Großprojekt präzise schätzen, Risikofaktoren mathematisch berücksichtigen und ein rentables Angebot erstellen.

Das Fallbeispiel: Architekturmodell für ein Immobilienprojekt

Ein Architekturbüro beauftragt uns mit der Erstellung eines detaillierten Messemodells für ein neues Wohnquartier.

• Projektstruktur: Das Modell besteht aus $16$ separaten Platten und Gebäudeteilen, die gedruckt und anschließend zusammengefügt werden müssen.
• Geplantes Gesamtgewicht: $4,5,\text{kg}$ Filament (PETG für die Gebäude, PLA für die Landschaft).
• Geplante Druckzeit: In Summe $250,\text{Stunden}$ (verteilt auf ein kleines Drucker-Cluster aus drei FDM-Druckern).
• Ziel: Abgabe eines verbindlichen Festpreisangebots.

Die 4 Säulen der Projektkalkulation

Für ein fundiertes Angebot müssen wir das Projekt in vier grundlegende Kostenblöcke unterteilen:

1. Materialkosten ($K_{\text{Material}}$): Inklusive Stützstrukturen (Support) und einem Sicherheitszuschlag für Fehldrucke.
2. Maschinen- & Stromkosten ($K_{\text{Maschine}}$): Die Abschreibung der Drucker während der Laufzeit und die Energiekosten.
3. Arbeitskosten ($K_{\text{Arbeit}}$): Vorbereitung, Datenaufbereitung (Slicing), Drucker-Rüstzeiten, Entnahme, Nachbearbeitung (Support entfernen, Schleifen) und Montage (Kleben der Segmente).
4. Risikozuschlag ($\beta_{\text{Risiko}}$): Ein prozentualer Aufschlag für unvorhergesehene Verzögerungen oder mechanische Probleme.

Das mathematische Kalkulationsmodell

Die Gesamtkosten des Projekts ($K_{\text{Projekt}}$) berechnen sich nach der folgenden Formel:

$$K_{\text{Projekt}} = \left( K_{\text{Material}} + K_{\text{Maschine}} + K_{\text{Arbeit}} \right) \cdot \left(1 + \beta_{\text{Risiko}}\right)$$

Lassen Sie uns die einzelnen Terme detailliert aufschlüsseln und berechnen.

Schritt 1: Berechnung der Materialkosten ($K_{\text{Material}}$)

Bei Großprojekten darf man nicht nur mit der Nettomasse des fertigen Modells rechnen. Wir müssen eine realistische Ausschussquote $\alpha_{\text{Ausschuss}}$ einplanen. Da das Projekt aus vielen langen Drucken besteht, kalkulieren wir mit einer Ausschussquote von $10,%$ ($\alpha = 0,10$) durch mögliche Druckfehler, Filamentbrüche oder Haftungsprobleme.

• Filament-Durchschnittspreis: $28,00,\text{€/kg}$
• Benötigtes Nettogewicht: $4,50,\text{kg}$

$$K_{\text{Material}} = m_{\text{Gesamt}} \cdot (1 + \alpha_{\text{Ausschuss}}) \cdot P_{\text{Filament}}$$

$$K_{\text{Material}} = 4,50,\text{kg} \cdot 1,10 \cdot 28,00,\text{€/kg} = 138,60,\text{€}$$

Schritt 2: Berechnung der Maschinen- & Stromkosten ($K_{\text{Maschine}}$)

Wir nutzen Drucker mit einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von $250,\text{W}$ ($0,25,\text{kW}$).

• Strompreis: $0,40,\text{€/kWh}$
• Maschinenabschreibung: $0,30,\text{€}$ pro Betriebsstunde (basierend auf einem Anschaffungspreis von $1.200,\text{€}$ und einer Lebensdauer von $4.000$ Stunden).
• Gesamtlaufzeit ($T_{\text{Druck}}$): $250,\text{Stunden}$

$$K_{\text{Maschine}} = T_{\text{Druck}} \cdot \left( E_{\text{Drucker}} \cdot P_{\text{Strom}} + A_{\text{Maschine}} \right)$$

$$K_{\text{Maschine}} = 250 \cdot \left( 0,25 \cdot 0,40 + 0,30 \right) = 250 \cdot \left( 0,10 + 0,30 \right) = 250 \cdot 0,40 = 100,00,\text{€}$$

Schritt 3: Berechnung der Arbeitskosten ($K_{\text{Arbeit}}$)

Die Arbeitszeit ist bei Großprojekten fast immer der dominierende Kostenfaktor. Wir setzen für qualifizierte Arbeit einen Stundensatz von $45,00,\text{€/h}$ an.

• Datenvorbereitung (CAD-Anpassung, Slicing, Druckreihenfolge): $6,\text{Stunden}$
• Rüsten und Überwachung (16 Druckstarts, Plattenreinigung, Filamentwechsel): $4,\text{Stunden}$
• Nachbearbeitung (Support entfernen, Schleifen der Kanten): $8,\text{Stunden}$
• Montage und Endkontrolle (Kleben der 16 Teile auf eine Trägerplatte): $7,\text{Stunden}$
• Gesamtarbeitszeit ($T_{\text{Arbeit}}$): $25,\text{Stunden}$

$$K_{\text{Arbeit}} = T_{\text{Arbeit}} \cdot R_{\text{Arbeit}}$$

$$K_{\text{Arbeit}} = 25,\text{h} \cdot 45,00,\text{€/h} = 1.125,00,\text{€}$$

Schritt 4: Zusammenführung und Risikozuschlag

Für Großprojekte, bei denen eine Deadline eingehalten werden muss, empfiehlt sich ein Risikozuschlag $\beta_{\text{Risiko}}$ von $15,%$ ($\beta = 0,15$). Dieser deckt unerwartete Ereignisse ab (z. B. ein defektes Bauteil am Drucker, das schnell ersetzt werden muss, oder Mehraufwand beim Kleben).

Setzen wir alle ermittelten Werte in die Projektformel ein:

$$K_{\text{Projekt}} = \left( 138,60,\text{€} + 100,00,\text{€} + 1.125,00,\text{€} \right) \cdot \left( 1 + 0,15 \right)$$

$$K_{\text{Projekt}} = 1.363,60,\text{€} \cdot 1,15 \approx 1.568,14,\text{€}$$

Die tatsächlichen Selbstkosten für die Durchführung dieses Projekts liegen bei $1.568,14,\text{€}$.

Analyse der Kostenstruktur

Wenn wir die Kostenanteile visualisieren, wird die Verteilung schnell deutlich:

• Arbeitskosten: $71,7,%$
• Materialkosten: $8,9,%$
• Maschinen- & Stromkosten: $6,4,%$
• Risiko-Puffer: $13,0,%$

Diese Verteilung verdeutlicht ein Kernprinzip im professionellen 3D-Druck: Das Einsparen von Material ist zweitrangig gegenüber der Einsparung von Arbeitszeit.

Hätten wir versucht, durch ein dünneres Infill $500,\text{g}$ Filament einzusparen, hätte das die Kosten lediglich um ca. $14,00,\text{€}$ gesenkt. Hätten wir jedoch durch optimiertes Slicing (z. B. clevere Platzierung zur Reduzierung von Support-Material) die Nachbearbeitungszeit um nur $2,\text{Stunden}$ verkürzt, hätte dies eine direkte Ersparnis von $90,00,\text{€}$ gebracht und gleichzeitig das Risiko von Oberflächenbeschädigungen beim Entfernen des Supports minimiert.

Angebotserstellung (Pricing)

Die ermittelten Selbstkosten von $1.568,14,\text{€}$ stellen die finanzielle Untergrenze dar. Um Gewinn zu erwirtschaften, schlagen wir eine branchenübliche Marge von $30,%$ auf die Selbstkosten auf:

$$P_{\text{Angebot}} = K_{\text{Projekt}} \cdot 1,30 = 1.568,14,\text{€} \cdot 1,30 \approx 2.038,58,\text{€}$$

Dem Kunden kann somit ein Angebot von ca. $2.040,00,\text{€}$ netto unterbreitet werden.

Fazit

Großprojekte im 3D-Druck bergen erhebliche finanzielle Risiken, wenn sie ungenau kalkuliert werden. Wie unsere Fallstudie zeigt, machen die Material- und Stromkosten oft weniger als $20,%$ der tatsächlichen Projektkosten aus. Der Erfolg steht und fällt mit der genauen Abschätzung der Arbeitszeit und dem Einplanen von Risikopuffern.

Um Angebote dieser Größenordnung sicher, schnell und fehlerfrei zu erstellen, ist der Einsatz professioneller Software ratsam. Mit 3D Costify können Sie komplexe Baugruppen anlegen, verschiedene Sätze für Vorbereitung und Nachbearbeitung definieren und im Handumdrehen Angebote kalkulieren, die sowohl Ihre Maschinenlaufzeiten als auch Ihre wertvolle Arbeitszeit exakt abbilden.