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Ratgeber Quick-Check: Lohnt sich die additive Fertigung?

| Autor / Redakteur: Gerald Scheffels* / Anna-Lena Dosch

Die additive Fertigung von Bauteilen aus Kunststoff und Metall setzt sich in vielen Industriebereichen durch, das Einsatzspektrum reicht vom Prototypen - über den Werkzeugbau bis zur Produktion von Ersatzteilen. Jedes Unternehmen sollte daher eine AM-Strategie haben und sich – plakativ ausgedrückt – fragen: Wo warten, wo starten?

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Eine Managementberatung hat einen „Quick Check“ zum Thema additive Fertigung im eigenen Unternehmen erarbeitet.
Eine Managementberatung hat einen „Quick Check“ zum Thema additive Fertigung im eigenen Unternehmen erarbeitet.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Die additive Fertigung ist in der Industrie angekommen. So lassen sich z.B. die Ergebnisse der aktuellen Studie „Marktforschung zum Stand des industriellen 3D-Drucks“ interpretieren.

74 Prozent der 560 befragten Industrieunternehmen nutzen bereits Teile aus 3D-Druckern (AM-Teile). Weitere 13 Prozent planen entsprechende Projekte. Allerdings fertigen nur 40 Prozent der Nutzer die Teile überwiegend selbst, die Mehrzahl bezieht den Großteil der benötigten AM-Teile von spezialisierten Dienstleistern. Und nach wie vor überwiegt als Einsatzzweck ganz klar der Prototypenbau (80,6 Prozent). Immerhin 51 Prozent der Unternehmen, die AM-Teile einsetzen, haben schon Erfahrung mit der Herstellung neuer Bauteile im 3D-Druck.

Bild 1: Aktuelle Anwendungsbeispiele für additive Fertigung in unterschiedlichen Branchen
Bild 1: Aktuelle Anwendungsbeispiele für additive Fertigung in unterschiedlichen Branchen
(Bild: Porsche Consulting)

Überraschen mag der Blick in die Zukunft, den die befragten Unternehmen preisgeben. Für die Mehrzahl ist auch in den kommenden fünf Jahren der Prototypenbau das wichtigste Anwendungsfeld für AM-Bauteile aus Polymer (49 Prozent). Die Herstellung neuer (Serien-) Bauteile rangiert erst an zweiter Stelle (26,2 Prozent). Beim 3D-Druck in Metall liegen beide Anwendungsbereiche nahezu gleichauf (29,2 und 33,3 Prozent). Auch das Investitionsvolumen ist eher überschaubar. Ein Großteil der 560 Unternehmen plant mit weniger als einer Million Euro.

Ebenfalls interessant ist eine weitere Zahl: 56 Prozent der Unternehmen, die AM-Teile aus Metall einsetzen, nennen die „Erschließung neuer Geschäftsmodelle“ als Grund. Sie nutzen die neue Fertigungstechnologie also als Hebel zur Veränderung des Unternehmens. Bei den Nutzern von 3D-Druck-Komponenten aus Kunststoff steht hingegen das „Ausprobieren von Neuem“ an erster Stelle der Beweggründe.

Ein Markt in Bewegung

Bild 2 Additive Technologien werden auch deshalb attraktiver, weil die Maschinen leistungsfähiger sind. Im Bild: eine modular aufgebaute, durchgängige Fertigungslö-sung für den 3D-Druck von Polymerbauteilen.
Bild 2 Additive Technologien werden auch deshalb attraktiver, weil die Maschinen leistungsfähiger sind. Im Bild: eine modular aufgebaute, durchgängige Fertigungslö-sung für den 3D-Druck von Polymerbauteilen.
(Bild: 3D Systems)

Das umfassende Zahlenwerk der Studie zeigt: Der Markt ist nach wie vor in Bewegung. Es gibt große Begeisterung und viele wirklich überzeugende „Use cases“. Zudem werden die Maschinen leistungsfähigerund die neue Produktionsmethode erlaubt das Realisieren echter Produktinnovationen.

Bild 3 Additive Fertigung bietet das Potenzial, Bauteile und Konstruktionen über die gesamte Wertschöpfungskette zu verbessern.
Bild 3 Additive Fertigung bietet das Potenzial, Bauteile und Konstruktionen über die gesamte Wertschöpfungskette zu verbessern.
(Bild: Porsche Consulting)

Aber viele Verantwortliche zögern noch – auch weil sie sich der Tatsache bewusst sind, dass ihnen in diesem neuen Bereich der Fertigungstechnik die Expertise fehlt.

Die zentrale Frage, die sich aus Unternehmenssicht deshalb stellt, lautet: Wann macht die additive Fertigung Sinn und in welchem Bereich bzw. mit welchem Ziel sollte man diese Technologie einsetzen?

Schnell-Check: Wann und wo lohnt sich additive Fertigung?

Diese Frage kann sich jedes Unternehmen selbst beantworten – wenn es das von Porsche Consulting entwickelte chAMp-Modell („Channeling Additive Manufaturing Potential“) nutzt.

Bild 4 Mit dem chAMp-Modell stellt Porsche Consulting ein Werkzeug für die individuelle Nutzenbewertung der additiven Fertigung bereit.
Bild 4 Mit dem chAMp-Modell stellt Porsche Consulting ein Werkzeug für die individuelle Nutzenbewertung der additiven Fertigung bereit.
(Bild: Porsche Consulting)

Das Modell ermöglicht eine erste individuelle Bewertung, ob und wo der Einsatz additiver Technologien zielführend und attraktiv ist und wo nicht. Dabei werden fünf Wertschöpfungsstufen berücksichtigt:

  • Konstruktion/ Design
  • Entwicklung/ Anlauf
  • Produktion/Logistik
  • Sales/ After Sales
  • Kundenerlebnis/ Geschäftsmodell

Hier geht es zum Quick-Check:

Der Schnell-Check betrachtet jede dieser fünf Stufen im Hinblick auf die Auswirkung, die der Einsatz additiver Fertigungsverfahren mit sich bringen wird. Dabei werden Punkte vergeben und addiert. Im zweiten Schritt wird die Anzahl der betroffenen Wertschöpfungsstufen bewertet, denn je breiter die additive Fertigung in den Unternehmensprozessen aufgestellt ist, desto höher ist das Potenzial. Die Punktesumme wird abschließend mit der Anzahl der betroffenen Wertschöpfungsstufen multipliziert.

Die Auswertung ist dann ganz einfach: Wird eine hohe Gesamtpunktzahl erreicht, sollte das Unternehmen investieren und eine gesamtheitliche AM-Strategie anstreben. Bei einer mittleren Punktzahl ist eine differenzierte Betrachtung notwendig. Bei geringen Punktezahlen ist eine Investition zunächst nicht sinnvoll.

Betrachtung über alle Wertschöpfungsstufen hinweg

Die Betrachtung über die verschiedenen Wertschöpfungsstufen hinweg bietet einen Mehrwert, weil häufig nur die Vorteile der Konstruktion und der Fertigung, d.h. der Bereiche Engineering/ Design (Funktionsintegration, Gewichtsersparnis, bionische Konstruktion) und Produktion/ Technologie (flexiblere Produktion, werkzeuglose Fertigung) berücksichtigt werden.

Bild 5 Nur möglich mit additiver Fertigung: Hoch beanspruchtes Leichtbauteil, entwickelt nach den Grundlagen der bionischen Konstruktion.
Bild 5 Nur möglich mit additiver Fertigung: Hoch beanspruchtes Leichtbauteil, entwickelt nach den Grundlagen der bionischen Konstruktion.
(Bild: EDAG Engineering GmbH)

In anderen Bereichen lassen sich aber ebenfalls nennenswerte Vorteile erzielen – zum Beispiel in der Supply Chain. Hier kann der Entfall von Fertigungsstufen die Produktion beschleunigen und die Lieferzeiten verkürzen. Mit Blick auf die Kundenorientierung lassen sich – um nur ein Beispiel zu nennen – durch additive Fertigung „Built-to-Order“-Bauteile auf der Basis von CAD-Daten realisieren. Zum Beispiel fertigt ein Hersteller von Messgeräten deren Kunststoffgehäuse nur noch auftragsbezogen im 3D-Druck und kann dabei die individuellen Kundenwünsche und Optionen berücksichtigen. Das verkürzt die Lieferzeit, weil keine aufwändigen und teuren Spritzgussformen gebaut werden müssen. Außerdem lassen sich Design-Änderungen bei laufender Serie viel schneller realisieren.

Darüber hinaus bietet der Einsatz von additiven Verfahren die Option der Einführung neuer Geschäftsmodelle. Auch hierzu ein Beispiel: Der Greiferhersteller Schunk bietet den Kunden die individuelle Konstruktion von Robotergreifern auf einer Online-Plattform und fertigt die Komponenten im 3D-Druck.

Hinderungsgründe liegen oft in der Organisation. Was tun?

Natürlich bietet der Schnell-Check nur eine erste Orientierungshilfe bei der Einschätzung, ob und wo der Einsatz additiver Verfahren sinnvoll ist. Eine genauere Bewertung und die Umsetzung erster Anwendungen z.B. in Workshops – die Porsche Consulting gemeinsam mit Technologiepartnern durchführt – kann ein nächster Schritt sein.

Generell empfehlen die Produktions-Experten nicht auf die Technologieentwicklung zu warten. Dennis Knoll, Associate Partner, Porsche Consulting GmbH: „Nach unserer Erfahrung sind die organisatorischen Hürden, die für die Implementierung einer neuen Fertigungsmethode aus dem Weg zu räumen sind, häufig größer als die technischen Herausforderungen, die bei der Nutzung von additiven Verfahren zu meistern sind.“ Das heißt: Jetzt sollte die Gelegenheit genutzt werden, die Prozesse an die additive Fertigung anzupassen, um bestens vorbereitet sein, wenn die Technologie eingesetzt werden soll.Dafür wurde eine eigene Vorgehensweise und ein eigenes strategisches Framework entwickelt.

Bild 6 Die technischen Hürden beim Einsatz der additiven Fertigung überwindet der Markt . Die organisatorischen Hürden müssen die Unternehmen selbst überwinden.
Bild 6 Die technischen Hürden beim Einsatz der additiven Fertigung überwindet der Markt . Die organisatorischen Hürden müssen die Unternehmen selbst überwinden.
(Bild: Porsche Consulting)

Was tun? Handlungsempfehlung

Die Unternehmen sollten zudem schon jetzt überlegen, wie sie mit Hilfe der additiven Fertigung kurz- und mittelfristig Erfolgspotenziale im Unternehmen freisetzen können. Dennis Knoll: „Diese Potenziale können sich aus dem Produkt und dessen Kundennutzen, aber auch aus den Prozessen der gesamten Wertschöpfungskette ergeben.“ Beispiele sind hier der Einsatz neuer Werkstoffe und das Realisieren zusätzlicher Funktionen oder grundsätzlich anderer Konstruktionen (siehe Bild 3).

Auch die Kombination der Fertigungsverfahren mit neuen Robotik-Technologien oder die konstruktive Optimierung mit den Methoden der Künstlichen Intelligenz können im Vergleich zu konventionell konstruierten Bauteilen deutliche Vorteile bringen. Das erschließt den Unternehmen, die additive Fertigung nutzen, weitere Wettbewerbsvorteile. Und: Beim Evaluieren einer 3D-Fertigungsstrategie sollten die Verantwortlichen nicht nur die Produktebene im Blick haben. Dennis Knoll: „Die additive Fertigung bietet auch die Möglichkeit, neue Geschäftsmodelle wie ´Print on demand ´ für Ersatzteile oder die Individualisierung von Bauteilen zu etablieren.“

*Gerald Scheffels ist freier Fachjournalist aus Wuppertal // www.pb-scheffels.de

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