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Additive Manufacturing – vom Hype zur Anwendung

[05.03.2018]

Foto: Scanrail - stock.adobe.com
Additive Manufacturing, oder 3D Druck, ist der physischste Ausdruck der Digitalisierung. Führend sind dabei Unternehmen aus der Luftfahrt- und Medizinbranche. Aber auch Automobilhersteller, Werkzeughersteller oder Unternehmen aus der Material- und Chemiebranche identifizieren immer mehr konkrete Anwendungsmöglichkeiten. Mit Hilfe von Additive Manufacturing können sie die Produktivität von einzelnen Komponenten und Produkten steigern, können Lieferantenstrukturen, Herstellungsprozesse und Servicekonzepte verbessern und Emissionen und Ressourcennutzung reduzieren. Gleichzeitig ist Additive Manufacturing eine Gefahr für bestehende Lieferantenbeziehungen. TFE Consulting prüft für Unternehmen Geschäftsprozesse und Produkte auf die Chancen und Risiken, die sich aus additiver Fertigung ergeben.

Flugzeuge werden mit additiver Fertigung effizienter

Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist ein Pionier in der Anwendung der Metall Additive Manufacturing Technologie. OEM-Hersteller und ihre Zulieferer haben bereits mehrere Jahre Erfahrung mit 3D-Drucktechnologien und der Integration von Additive Manufacturing in ihre Produktionsprozesse.

Heute werden in der Luft- und Raumfahrt neben Triebwerks- und Turbinenteilen auch Komponenten für die Kabineninnenausstattung additiv hergestellt. Ein wichtiger Treiber ist die bessere Funktionalität der Bauteile durch neue, komplexe Geometrien. So konnte GE beispielsweise eine neue Triebwerksbrennstoffdüse für Flugzeugturbinen entwickeln, die die Kraftstoffeffizienz des Triebwerks deutlich steigerte. Ein zweiter Treiber für den Einsatz von Additive Manufacturing in der Luft- und Raumfahrt ist die Möglichkeit von Material- und Gewichtseinsparung, die den Treibstoffverbrauch und die CO2-Emissionen von Flugzeugen oder Satelliten reduzieren. So konnte Premium Aerotec beispielsweise durch bionische Designs Gewichtseinsparungen von bis zu 80% für einzelne Kabinenteile erreichen.

Bei den typischerweise kleinen Produktionsmengen in der Industrie ist ein Additive Manufacturing Prozess zudem oft kostengünstiger und flexibler als herkömmliche substraktive Verfahren, da Additive Manufacturing keine Werkzeugmaschinen erfordert. Herausforderungen in der Industrie sind die sehr langen Produktentwicklungszyklen, in die neue Technologien integriert werden müssen, sowie die strengen Zertifizierungsanforderungen entlang der Lieferkette. Fragen an die Industrie sind: Wie können die Additive Manufacturing Prozesse tiefer in die Produktionsprozesse eingebunden werden? Kann Additive Manufacturing völlig neue Designs für Produkte wie Flugzeuge oder Satelliten ermöglichen?

In der Automobilindustrie wird die Additive Fertigung intensiv getestet

Die meisten Automobilhersteller und eine Reihe von Zulieferern testen zurzeit die wirtschaftliche Anwendbarkeit von Additive Manufacturing. Im Unterschied zur Luftfahrtindustrie sind die Stückzahlen in der Produktion wesentlich größer, was konventionelle, subtraktive Herstellungsverfahren noch bevorteilt. Allerdings gibt es bereits heute Anwendungen für Additive Manufacturing, wie Individualisierungslösungen oder die funktionale Verbesserung einzelner Teile. Eine additiv hergestellte Radaufhängung wiegt z.B. über 20% weniger, bei einer 20% höheren Steifigkeit.

Mittelfristig hat Additive Manufacturing das Potenzial, die gesamte Branche neu zu strukturieren, indem es Designeinschränkungen beseitigt und dezentralisierte und flexiblere Produktionsmethoden ermöglicht. Hierfür müssen die Kosten für die additive Fertigung weiter sinken sowie die Prozessstabilität gewährleistet sein. In der Serienproduktion kann Additive Manufacturing dann die Flexibilität erhöhen und die Anzahl der Prozessschritte reduzieren. In der Produktentwicklung kann Additive Manufacturing Entwicklungszeiten verkürzen, bei Teilen Kosten und Gewicht einsparen und neue Designs ermöglichen. Zudem können Produkte besser individualisiert werden, was den Kundenwert steigert. Im Reparaturbetrieb können additiv gefertigte Ersatzteile bei Bedarf hergestellt werden und damit die Lagerbestände reduzieren, Lieferketten vereinfachen und Lieferzeiten reduzieren. Diese möglichen Vorteile von Additive Manufacturing sind für Automobilhersteller und ihre Zulieferer von großem Interesse. Viele investieren bereits in den systematischen Aufbau von Additive Manufacturing Design- und Prozesskapazitäten.

Ausblick und unser Projektansatz: Prozesse und neue Geschäftsmodelle

Die additive Fertigung wird auf absehbare Zeit die traditionellen Fertigungsverfahren wohl nicht vollkommen ersetzen. Wahrscheinlicher ist, dass Additive Manufacturing im Zuge der Digitalisierung in „Smart Factories“ parallel zu anderen Verfahren eingesetzt wird, um die Produktivität zu steigern. Die Kosten der Technologie sinken durch Skaleneffekte in der Anwendung sowie durch Innovationen in der ganzen Wertschöpfungskette, von schnelleren 3D Druckern, zur Entwicklung von additive-manufacturing-spezifischem Material, zur Industrialisierung und Standardisierung des Prozesses, bis hin zu Zertifizierungsfragen.

In einem ersten Schritt können bestehende Teile und Prozesse durch Additive Manufacturing verbessert werden. Danach können dann neue Teile, Produkte, Prozesse und Geschäftsmodelle rund um die Designfreiheit und Flexibilität von Additive Manufacturing entwickelt werden. Das erfordert ein Umdenken in allen Bereichen eines Unternehmens: vom Design und der Produktentwicklung, über den Einkauf, bis hin zur Fabrik und dem Kundendienst.

In unseren Projekten betrachten wir bestehende Prozesse und Geschäftsmodelle, um erste Ansatzpunkte für den wirtschaftlichen Einsatz der Technologie zu identifizieren. Zudem werden die Chancen und Gefahren der Technologie für den Kunden bewertet. Wichtig ist auch die Schulung von Mitarbeitern.


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