I. CNC-Bearbeitung: Der Kosten-Nutzen-Abwägungsprozess zwischen Präzision und Flexibilität
1. Kleinserienfertigung: Fixkostenverteilung hinter hohen Stückpreisen
Nehmen wir beispielsweise eine Fabrik, die sich mit der Bearbeitung von OEM-Teilen beschäftigt. Ein Hersteller von Medizingeräten fertigt maßgeschneiderte Drehteile aus Edelstahl mit einer Erstbestellung von nur 50 Stück.
Programmierkosten : Der Programmierer rechnet projektbezogen ab, die einmaligen Programmierkosten belaufen sich auf ca. 140 US-Dollar (1000 Yen). Diese Kosten machen bei Kleinserien einen relativ großen Anteil aus und tragen maßgeblich zum steigenden Stückpreis der Produkte bei .
Kosten für Vorrichtungen und Lehren : Die Kosten für kundenspezifische Vorrichtungen und Lehren belaufen sich auf ca. 280 US-Dollar (2000 Yen). Aufgrund der geringen Bestellmenge wird dieser hohe Kostenaufwand auf jedes einzelne Produkt umgelegt, was die Gesamtkosten erheblich erhöht .
Inbetriebnahmekosten : Die Inbetriebnahme der 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschine dauert 8 Stunden. In der CNC-Bearbeitungsindustrie wird nach Zeit abgerechnet. Die Abschreibung der Maschine und die Arbeitskosten belaufen sich auf insgesamt ca. 140 US-Dollar (1000 Yen), die Inbetriebnahmekosten pro Stück betragen ca. 8,40 US-Dollar (60 Yen). Obwohl die Maschine während der Inbetriebnahme keine Produkte herstellt, müssen diese Kosten dennoch kalkuliert werden, was die Gesamtkosten zusätzlich erhöht .
Gewinnspanne : Da Kleinserienhersteller in der Regel eine Gewinnspanne von etwa 20 % ansetzen, um die laufenden Kosten zu decken, ergibt sich unter Berücksichtigung der oben genannten Kosten ein Endpreis von ca. 35 US-Dollar (250 Yen) pro Stück .
Der entscheidende Faktor hierfür ist, dass einmalige Investitionen wie Programmierkosten, Kosten für Vorrichtungen und Lehren sowie Kosten für die Fehlersuche 60 % der Gesamtkosten ausmachen, was extrem hoch ist. Hinzu kommt, dass die Maschinen bei der Fehlersuche neuer Produkte, obwohl sie keine Produkte herstellen, trotzdem belastet werden müssen, was zu weiteren Kosten führt .
2. Serienfertigung: Kostenoptimierung durch Skaleneffekte
Im Bereich der OEM-Teilebearbeitung in der Automobilindustrie kauft ein Automobilhersteller CNC-gefräste Autoteile mit einer Bestellmenge von 2.000 Stück .
Programmierkosten : Durch den standardisierten Programmierprozess sind die Programmierkosten pro Stück nahezu vernachlässigbar. Mit zunehmender Produktionsgröße reduzieren sich die Programmierkosten effektiv .
Kosten für Vorrichtungen und Lehren : Maßgefertigte Vorrichtungen können wiederverwendet werden, und die Kosten pro Stück sind nahezu vernachlässigbar. Im Vergleich zur Kleinserienfertigung reduzieren sich die Kosten erheblich .
Fehlerbehebungskosten : Nach erfolgreicher Fehlerbehebung und Optimierung der Produktionslinie ist für die nachfolgende Serienfertigung keine langwierige Fehlerbehebung mehr erforderlich, wodurch die Kosten deutlich sinken. Die Kontinuität und Stabilität der Produktion reduzieren den durch die Fehlerbehebung verursachten Kostenaufwand .
Verbesserung der Verarbeitungseffizienz : Die automatisierte Produktionslinie ermöglicht eine kontinuierliche 24-Stunden-Verarbeitung, und die Bearbeitungszeit pro Stück wird von 20 Minuten auf 8 Minuten reduziert, was die Produktionseffizienz erheblich steigert und die Produktionskosten pro Zeiteinheit senkt .
Gewinnspanne : Aufgrund der hohen Produktionsmenge passt das Werk die Gewinnspanne auf etwa 10 % an, und der Endpreis des Produkts beträgt ungefähr 8,4 Dollar (60 Yen) pro Stück .
Der entscheidende Vorteil von Mehrstationen-Werkzeugmaschinen liegt darin, dass sie Drehen, Fräsen, Bohren und andere Bearbeitungsvorgänge in einer einzigen Aufspannung durchführen können. Dadurch reduzieren sich die Aufspannungen, und die Anlageneffizienz wird deutlich gesteigert. Mit steigender Produktionsmenge sinken die Kosten für Programmierung, Vorrichtungen und die Inbetriebnahme jedes einzelnen Produkts erheblich. Gleichzeitig senkt die automatisierte Prüftechnik die Fehlerrate von 0,8 % auf 0,2 % und reduziert so die Nachbearbeitungskosten. Darüber hinaus optimiert das Werk seine Produktionsabläufe durch eine effiziente Planung und die Minimierung von Anlagenstillstandszeiten.
II. Spritzgussformen: Das Zusammenspiel von Formkosten und Produktionsmengen
1. Kleinserienfertigung: Werkzeugkosten schmälern die Gewinne
Im Bereich der Kunststoffteileherstellung entwickelt ein Start-up-Unternehmen medizinische Kunststoffformteilemuster mit einer Bestellmenge von 200 Stück.
Werkzeugkosten: Die Kosten für Konstruktion und Fertigung hochpräziser medizinischer Werkzeuge belaufen sich auf ca. 11.200 US-Dollar (80.000 Yen), wobei die Kosten pro Werkzeug ca. 560 US-Dollar (4.000 Yen) betragen. Bei Kleinserien machen die Werkzeugkosten den größten Anteil aus und betragen über 95 % der Gesamtkosten.
Kosten für Werkzeuginstallation und -einstellung: Jede Produktion erfordert die Werkzeuginstallation und die Parametereinstellung der Spritzgießmaschine. Unabhängig von der Produktionsmenge nehmen Werkzeuginstallation und -einstellung gleich viel Zeit in Anspruch, und der Materialverbrauch ist ebenfalls gleich. Diese Kosten belaufen sich auf ca. 140 US-Dollar (1000 Yen), die Kosten pro Stück auf ca. 7 US-Dollar (50 Yen). Diese Kosten sinken mit steigender Produktionsmenge nicht wesentlich und sind bei Kleinserien nicht zu vernachlässigen.
Kosten für Designänderungen: Während der Test- und Formphase können 3 bis 5 Änderungen erforderlich sein, wobei jede Änderung etwa 140 bis 420 US-Dollar (1000 bis 3000 Yen) kostet. Designänderungen erhöhen die Kosten der Kleinserienfertigung zusätzlich.
Gewinnspanne: Unter Berücksichtigung einer Gewinnspanne von 20 % bei der Kleinserienfertigung beträgt der Endpreis des Produkts pro Stück etwa 58,8 US-Dollar (420 Yen).
Alternative Lösung: Für die Kleinserienfertigung von Spritzgussformen gibt es neben Produktionsverfahren wie 3D-Druck oder Replika-Formen auch die sogenannte „Rapid Mold“-Lösung. Rapid Molds haben eine Lebensdauer von 2.000 bis 10.000 Anwendungen und sind nur halb so teuer. JSJM können solche Rapid Molds herstellen und bieten damit eine kostengünstigere Alternative für die Kleinserienfertigung.
2. Massenproduktion: Der „Verdünnungseffekt“ der Werkzeugkosten
Wenn ein professionelles Unternehmen für medizinische Spritzgussteile die Massenproduktion von Kunststoffformteilen für medizinische Geräte übernimmt, erreicht die Bestellmenge 100.000 Stück.
Werkzeugkosten : Die Werkzeugkosten pro Stück betragen lediglich ca. 0,1 US-Dollar (0,8 Yen) (bei einer Werkzeuglebensdauer von 500.000 Anwendungen). Mit der deutlichen Steigerung der Produktionsmenge reduzieren sich die Werkzeugkosten erheblich, und die Stückkosten nähern sich null.
Kosten für Werkzeuginstallation und -inbetriebnahme : Aufgrund der großen Anzahl an Produktionschargen sind die Kosten für Werkzeuginstallation und -inbetriebnahme pro Stück nahezu vernachlässigbar. Mehrere Produktionschargen tragen effektiv zur Kostenkontrolle bei.
Verarbeitungskosten : Die Hochgeschwindigkeits-Spritzgießmaschine produziert 12 Teile pro Minute. Die Strom- und Arbeitskosten pro Teil belaufen sich auf ca. 0,1 US-Dollar (0,5 Yen). Die effiziente Produktionsanlage senkt die Verarbeitungskosten pro Produkteinheit.
Effizienzsteigerung durch Automatisierung : Robotergestützte Teilekommissionierung und Online-Inspektion reduzieren manuelle Eingriffe und steigern die Effizienz um 40 %. Der Einsatz von Automatisierungstechnologie verbessert die Produktionseffizienz und senkt die Arbeitskosten.
Effizienzsteigerung ohne Maschinenstillstand : Durch die Optimierung des Produktionsprozesses kann die Anlage ohne Stillstand kontinuierlich betrieben werden, was die Produktionseffizienz deutlich steigert und die Stückkosten senkt.
Gewinnspanne : Aufgrund der hohen Produktionsmenge passt das Werk die Gewinnspanne auf 10 % an, und der endgültige Stückpreis des Produkts beträgt nur etwa 0,8 Dollar (5,5 ¥) pro Stück.
III. Kostenvergleich und Anwendungsvorschläge für die Industrie
1. Der kostenkritische Punkt der CNC-Bearbeitung
Ab einer Bestellmenge von 2.000 Stück nähern sich die Stückkosten der CNC-Bearbeitung denen von Spritzgussformen an. In diesem Stadium können Unternehmen eine Strategie der Prozessintegration verfolgen und mithilfe von Mehrachsen-Werkzeugmaschinen komplexe Bearbeitungen in einer Aufspannung durchführen. Dadurch reduzieren sich die Kosten für die Nachbearbeitung, und die Kosten werden weiter optimiert.
2. Der wirtschaftliche Maßstab von Spritzgussformen
Bei Werkzeugkosten von ca. 11.200 US-Dollar (80.000 Yen) müssen mindestens 10.000 Stück produziert werden, um den Stückpreis auf unter ca. 1,40 US-Dollar (10 Yen) zu senken. Um Risiken zu minimieren, können Unternehmen eine Werkzeugklassifizierungsstrategie anwenden und kostengünstige Werkzeuge (z. B. Aluminiumwerkzeuge) verwenden, um die Anfangsinvestition zu reduzieren. Diese eignen sich besonders für die Testphase. Gleichzeitig sollte vor der Serienproduktion eine fertigungsgerechte Konstruktion (DFM – Design for Manufacturability) durchgeführt werden, um spätere Werkzeugänderungen zu vermeiden und unnötige Kosten zu reduzieren.
IV. Die Auswahllogik typischer Branchen
Medizinbranche
Bei der Fertigung kleiner Stückzahlen, beispielsweise von kundenspezifischen Implantaten, kommt die medizinische CNC-Bearbeitung zum Einsatz. Obwohl der Stückpreis hoch ist, ist die Nachfrage eindeutig, und die Gewinnspanne kann bei rund 20 % gehalten werden. Bei der Massenproduktion von Produkten wie Spritzen und Kathetern senkt das medizinische Spritzgießen durch Skaleneffekte die Kosten effektiv, und die Gewinnspanne kann auf 10 % angepasst werden.
Halbleiterindustrie
Bei Kleinserienanforderungen, wie beispielsweise Prüfvorrichtungen für die Halbleiterindustrie , kann die CNC-Bearbeitung schnell auf die Bedürfnisse von Forschung und Entwicklung reagieren. Bei der Fertigung von Großserienprodukten, wie etwa Gehäusen für Halbleiteranlagen , lassen sich die Kosten durch die Massenproduktion mit Spritzgussformen um bis zu 80 % senken, wobei die Gewinnspanne bei rund 10 % bleibt.
Automobilindustrie
In der Prototypenentwicklungsphase von Fahrzeugen trägt die Kleinserienfertigung von CNC-gefrästen Autoteilen dazu bei, den Markteinführungszyklus zu verkürzen. Bei der Massenproduktion von Produkten wie Instrumententafeln und Stoßfängern aus Kunststoffteilen lassen sich Millionenbeträge realisieren, wodurch die Kosten durch Skaleneffekte gesenkt werden und eine Gewinnmarge von 10 % erzielt wird.
V. Zusammenfassung: Kostenkurve und Entscheidungsmodell
Die Entscheidungsformel lautet: Gesamtkosten = Fixkosten + Variable Kosten × Menge. CNC-Bearbeitung zeichnet sich durch hohe Fixkosten und niedrige variable Kosten aus; Spritzgussformen weisen extrem hohe Fixkosten und extrem niedrige variable Kosten auf.
Bei der Entscheidungsfindung sollte in der Kleinserienfertigung der CNC-Bearbeitung (z. B. für kundenspezifische Kunststoffteile ) Vorrang eingeräumt oder alternative Verfahren wie 3D-Druck, Replika-Formenbau und Rapid Molding für Spritzgussformen eingesetzt werden. Die Gewinnspanne liegt hierbei bei etwa 20 %. In der Mittelserienfertigung (z. B. 2.000–10.000 Stück) sind die Werkzeugkosten und der langfristige Bedarf sorgfältig zu kalkulieren; die Gewinnspanne beträgt je nach Situation 10–20 %. In der Großserienfertigung empfiehlt sich der Einsatz von Spritzgussformen (z. B. ausgereifte Lösungen von Industrieunternehmen ) und die Nutzung der Effizienzsteigerungen durch Produktionsstillstand, wodurch eine Gewinnspanne von etwa 10 % erzielt wird.
Wenn Sie CNC-gefräste Teile oder Spritzgussformen bearbeiten lassen möchten, senden Sie uns bitte die Zeichnungen an JSJM. Unser Expertenteam erstellt Ihnen auf Basis der in diesem Artikel beschriebenen Kostenlogik und unter Berücksichtigung der konkreten Prozessdetails präzise Kostenvoranschläge, damit Ihr Projekt effizient abgewickelt werden kann.