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Strategie Die Zukunft der additiven Fertigung

| Redakteur: Anna-Lena Dosch

Dr. Jürgen Bischoff und Friedrich Bähr geben Einblicke in die Zukunft der additiven Fertigung und über Punkte wie die Marktentwicklung im Bereich additive Fertigung sowie die ideale additive Fabrik.

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Dr. Jürgen Bischoff und Friedrich Bähr sprechen über die Zukunft der additiven Fertigung und welche Entwicklungen in diesem Feld zu erwarten sind. Einen wichtigen Punkt stellt die Integration additiver Bereiche in bestehende Fabriken dar.
Dr. Jürgen Bischoff und Friedrich Bähr sprechen über die Zukunft der additiven Fertigung und welche Entwicklungen in diesem Feld zu erwarten sind. Einen wichtigen Punkt stellt die Integration additiver Bereiche in bestehende Fabriken dar.
(Bild: gemeinfrei // unsplash )

Der Sektor der additiven Fertigung unterliegt einem intensiven Marktwachstum. In den letzten Jahren stieg das Interesse in die additive Fertigung zu investieren und auch das Interesse an der Zusammenarbeit mit Firmen aus der 3D-Druck-Branche.

Die additive Fertigung weist viele Vorteile auf. Beispielsweise werden so lange Lieferketten verkürzt und auch der Umweltaspekt spielt hier eine große Rolle. Besonders in den Branchen, in denen die konventionelle Produktion an ihre Grenzen stößt, hilft die additive Fertigung, wenn Konstruktion, Design oder Fertigung neu gedacht angegangen werden müssen. Vor allem, seit nicht nur der Einsatz von Kunststoffen eine Möglichkeit darstellt, sondern auch Metalle, Beton, Keramik und weitere Stoffe mittels additiver Fertigung verarbeitet werden können. Ein Übersicht additiver Verfahren und druckbarer Materialien finden Sie hier.

Marktanalyse und Marktentwicklung

Chancen und Potenziale für 3D-Druck gibt es vor allem in den Bereichen:

  • Kosten und Technologieführerschaft
  • Nischenanwendung
  • Neuartige Geschäftsmodelle
  • Kostensenkung: Lagerhaltung, Kapitalbindung, Transportwege
  • Reduzierung time-to-market: Von Wochen zu Tagen
  • Außenwirkung: Nachhaltiger Einsatz von Rohstoffen (Zero Waste, On-Demand Fertigung) mit innovativen Technologien

Branchen, in denen die Chancen und Potenziale der additiven Fertigung gesehen werden:

  • Automobilindustrie
  • Industriegüter
  • Luft- und Raumfahrt
  • Konsumgüter
  • Gesundheitswesen

Einige Punkte, wieso ein Marktwachstum in der additiven Fertigung vorliegt:

  • Besonders produzierende Unternehmen setzten immer mehr auf das Schichtverfahren. Dadurch wächst die Branche um mehr als 20 Prozent pro Jahr.
  • Allein im vergangenen Jahr haben Siemens, BASF, BMW und Henkel dreistellige Millionenbeträge in die Entwicklung von Anlagen zur Herstellung von additiv gefertigten Teilen investiert.
  • Produzierende Unternehmen, in denen Leichtbau, Produktkomplexität oder Individualisierung eine wichtige Rolle spielen, können oft vom Potenzial der additiven Verfahren profitieren.
  • Immer mehr Anwendungsmöglichkeiten der additiven Fertigung werden erkannt und genutzt.

Jedoch wuchs auch das Interesse für 3D-Druck im privaten Bereich. Die Möglichkeit, konventionelle Produkte nicht mehr kaufen zu müssen, sondern ganz individuell selbst drucken zu können war für einige Interessierte ein Anreiz zum Kauf eines 3D-Druckers – für den Privatgebrauch. Die Preise für 3D-Drucker liegen mittlerweile im mittleren dreistelligen Bereich (zumindest für den Privatgebrauch) und sind somit erschwinglich.

Im Privatbereich flachte der Hype um 3D-Druck zuletzt wieder etwas ab. Die Maker Szene bleibt bestehen aber die Nutzung von additiver Fertigung bei Privatnutzern ist nicht so präsent wie es vor einigen Jahren noch vorausgesagt war. Anders sieht es in der Industrie aus. Der kommerzielle Einsatz von additiver Fertigung steigt immer weiter an und kommt in der Serienproduktion zum Einsatz – unter anderem im Gesundheitswesen. AM bietet Vorteile wie beispielsweise schnelle Lieferung, Produktion vor Ort und die Möglichkeit der Individualisierung von Produkten.

Reifegrad von additven Prozessen für die Serienproduktion

Reifegrad additiver Fertigungstechnologien in verschiedenen Branchen. Vor allem im Gesundheitswesen haben sich schon unterschiedliche Verfahren als Standard etablieren können.
Reifegrad additiver Fertigungstechnologien in verschiedenen Branchen. Vor allem im Gesundheitswesen haben sich schon unterschiedliche Verfahren als Standard etablieren können.
(Bild: BMWi 2016, TAB German Bundestag 2017, Wohlers Associates 2017, Agiplan )

In Teilen der Gesundheitsbranche, zum Beispiel bei der Herstellung von Hörgeräten oder Zahnimplantaten, hat sich die additive Fertigung schon als Standardverfahren etabliert. Aber die Gesundheitsbranche ist nicht die einzige Branche, die an einer Verwendung von AM in der Produktion interessiert ist. In anderen Branchen wird auch schon mit additiver Fertigung gearbeitet, zwar zum Großteil vorerst in Pilotprojekten, um zu prüfen ob die additive Fertigung auch gewinnbringend ist, jedoch ist es für viele Branchen nur noch eine Frage der Zeit bis die Produktion damit beginnt und konventionelle Fertigungen zum Teil abgelöst wird. Vor allem die Automobilindustrie und Luft- und Raumfahrt nutzen AM jetzt schon für sich und nutzen es für die Produktion von Prototypen, Kleinserien oder Ersatz- und Sonderteile.

Integration additiver Fertigung in bestehenden Fabriken

Die Umstellung von konventionellen Fertigungen auf die komplette additive Fertigung ist nicht immer nötig und unter anderem auch nicht immer möglich. Oft wird die additive Fertigung als Teilproduktion zusätzlich bzw. ergänzend zur konventionellen Produktion eingesetzt. Vor allem für Produktionsbereiche für Prototypen und die nachträgliche Individualisierung von Standardbauteilen sowie die Fertigung von spezifischen Komponenten in Kleinserien. Eine Erweiterung der konventionellen Produktion um die additive Fertigung wirft allerdings oft Fragen rund um die Organisation und Logistik auf, da die neue Technologie gut integriert werden sollte.

Oft gestellte Fragen bei der Integration von 3D-Druck in konventionelle Fertigungsanlagen:

Welche Art der Separation ist notwendig?

  • Eigener Bereich für AM oder Integration in die bestehende Fertigung
  • ESD-Schutz etc.

Welche Vorkehrungen zum Gesundheitsschutz sind zu treffen?

  • Sauerstoffüberwachung bei Strahlschmelzanlagen
  • Geruchsentwicklung in FDM usw.

Welche Art von Emissionen entstehen in additiven Anlagen?

  • Geräuschdämmung, Dämpfe, Staub etc.
  • KSS Dämpfe im Schichtbauprozess
  • Metallstaubpartikel von SLM in Luft, u.a.

Besteht das Risiko der gegenseitigen Beeinflussung von Fertigungsprozessen?

  • Die Prozesse der unterschiedlichen Fertigungen sollten synchronisiert und ein Logistikkonzept sollte ausgearbeitet werden. Ein verständlich – und logisch aufgebautes Prozessbild der additiven und konventionellen Verfahren sollte erkennbar sein.

Planungsmethodik für additive Fabriken

Laut Agiplan gibt es für additive Fabriken fünf Grundprinzipien auf deren Basis sie aufgebaut bzw. geplant sein sollten:

  • Kompatibilität (=stringenter digitaler Datenfluss in Standardformaten)
  • Modularität (=Subsysteme sind kombinierbar und austauschbar)
  • Skalierbarkeit (=vorgehaltene Erweiterungsflächen)
  • Universalität (=verschiedene Arten der Nachbearbeitung bauteil-spezifisch applizierbar)
  • Mobilität (=simple räumliche Neupositionierung von Arbeitsstationen)

Diese Grundprinzipien werden auf innovative Technologien angewendet. Außerdem wird ein Logistikkonzept über alle Prozessschritte (Pre-, In- und Post-Process) eingeführt, welches alle Möglichkeiten der Automatisierbarkeit im Materialfluss berücksichtigt. Durch diese Schritte ist eine optimale Anordnung und ein Werkstückflow über den gesamten Fertigungsprozess hinweg gegeben.

Ausblick

  • Additive Manufacturing steht an der Schwelle zur industriellen Produktion.
  • Innovatoren werden sich auf die Technologie konzentrieren.
  • Erfolgreiche Innovatoren werden sich zusätzlich auf die Effizienzfaktoren einer industriellen Produktion konzentrieren.
  • Strukturelle Planung und klare Gestaltungsprinzipien werden die Wettbewerbsfähigkeit vom ersten Tag an sicherstellen.

Durch den Interessenanstieg in diesem Sektor und auch die Weiterentwicklung der Technik gibt es immer mehr 3D-Drucker, welche sich auf diverse Branchen spezialisieren können. Durch die Spezialisierung von Druckern und zugehörige Software etc. können somit mehrere Branchen abgedeckt werden.

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