Desktop Metal 3D打印经济学分析-1

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分析一个行业基本属于微观经济学的范畴,微观经济学里两个最重要的概念就是需求和供给。需求是价格越低,需求越大;而供给则相反,价格越高,供给越大。

金属3D打印作为一个新兴的技术领域,总体上来讲对需求的影响非常有限,甚至有可能减少需求。可以想象一下,一辆汽车需要的零部件肯定不会因为3D打印而增加,反而是因为引入3D打印,对零部件的设计约束会减少,进而将零部件减少。如下图,本来需要很多零部件来完成 的工作,3D打印可以一体化成型。另外,3D打印也可以降低通过点阵结构等特殊的加工方式完成一些传统工艺所不能完成的设计,降低零部件的质量。当然,新的技术也可能会带来一些新的应用增加市场需求。总体来讲,本文为了简化分析,假设总体需求影响不大。

3D打印对供给领域则会带来显著变化。就像管理项目一样,作为一个生产流程主要应该关注三个方面:1. 质量;2. 成本;3. 效率;在技术允许的情况下,这三者原则上可以一定程度上互换。

质量是基础,属于进入市场的最基本前提。对于金属零部件的制造质量更多的是需求主导,也就是产品设计需要一个高质量的零部件,则采用生产高质量零部件的技术制造。反之,则使用低质量的制造技术。BJT 3D打印技术在发展的初期阶段,已经满足了一些局部市场的质量需求,可以参与市场竞争。但质量仍然是局限其发展的关键瓶颈之一,本文暂不做具体分析。

效率,按照目前Desktop Metal的宣传,如果24小时开工生产,对于尺寸比较小的零部件(2CM大小),一台机器的年产能已经达到了百万产出的量级,具备了规模部署的前提;

成本:本文的分析重点.

先看传统制造的成本结构,首先是设计成本D,开模成本M,如果开模成功,则是单位成本U。一个零部件的可变成本VC=D+M+U*Q,而生产多个零部件的总成本则为TC=FC(公司的固定成本)+ VC1+VC2+…=FC+D1+M1+U1*Q1+D2+M2+U2*Q2+...

3D打印制造的成本结构,设计成本D都是一样的,设计完成就是直接打印生产,所以VC'= D + U'*Q,而TC’=FC’+VC1’+VC2’+…=FC’+D1+U1’*Q+D2+U2’*Q2+...

TC’-TC = FC’-FC +(U1’-U1)*Q1-M1 + (U2’-U2)*Q2-M2 +…

当TC’-TC<0时,3D打印才有成本竞争优势,即FC’-FC +(U1’-U1)*Q1-M1 +(U2’-U2)*Q2-M2 +… <0

=> FC’-FC < M1+(U1-U1')*Q1 + M2+(U2-U2')*Q2+…

这个不等式受到四个关键要素的影响,固定成本FC(也就是制造设备的价格),开模成本M,单位生产成本U和生产数量Q。

要满足上述不等式的关键发现:

先看(U-U')*Q,假设Q1,Q2...都等于1,反映到具体的业务上也就是每个产品都是定制化的,通常情况下开模成本M1+M2+...会主导不等式的右边,这时候单台3D打印机能够生产的零部件种类最大化,使得上述不等式更容易满足。这就是理论上为什么3D打印更适合于产品定制化领域的基础。

如果U<U’,也就是3D打印成本高于传统制造成本,(U-U')*Q<0,Q越大,上述不等式越难以满足。也就是3D打印成本高的情况下更应该聚焦定制化领域。当然,你如果发现那个3D打印公司完全聚焦定制化领域(例如:牙科,耳蜗等产品打印),这可能也反映出该公司当前的成本无法降低。

相反如果Q无穷大,也就是制造规模非常大的情况下,则(U-U')*Q 必然主导不等式右边,开模成本变得几乎没有影响。这种情况下,3D打印则很难产生成本优势。

按照第一性原理,3D打印是增材制造,相同的零部件,因为使用的材料更少,成本虽然短期内可能U’>U,但长期进化必然会使得U’<U。按照上述不等式,U’比U小的越多,也就是单体成本差异越大,越容易产生竞争优势。这种差异更多是从由零部件的设计来决定的,而不是产品的体积或者重量,越是复杂的零部件,传统制造的成本越高,而3D打印成本则几乎对零部件的复杂度无差异。所以3D打印的商业化必然是从复杂的零部件领域先开始。如果是制造一颗钉子,可能3D打印永远都不会产生优势。

另外一个要素就是M,也就是开模成本越高,3D打印越容易产生优势;

最后一个要素是3D打印和传统制造本身的设备成本,也就是FC和FC’,这一块比较难以比较,但总体来讲因为制造业的软件化,可能3D打印设备的成本会更高。在定制化领域M主导了不等式,复杂零部件制造U远大于U’,客户对FC’可能不会太敏感。其他情况下,3D打印制造设备的价格仍会对不等式产生比较大的影响。

通过以上分析,可以看出从成本角度考虑,Desktop Metal重点解决的应该是U’<U,如果不能做到3D打印的成本低于传统制造,预计3D打印会被锁死在定制化和复杂设计零部件的制造领域很难出圈。

$Desktop Metal(DM)$   

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2022-04-06 02:35

这里面还有个关键结论,打印速度是参与市场竞争的必要条件,和传统制造相比并不能形成竞争优势。