Experteninterview: Wie sie den 3D-Druck in Ihr Unternehmen integrieren können

Heute verändern die 3D-Druck Technologien die Art und Weise, wie Unternehmen einige Teile herstellen. Durch die Integration der additiven Fertigung in ein Unternehmen ist es sogar möglich, den Produktionsprozess verschiedener Teile – von Prototypen bis hin zu Endanwendungsteilen – auf optimalere Weise zu überdenken. Gemäß Sculpteo’s State of 3D Printing 2020 verwenden 80% der Umfrageteilnehmer den 3D-Druck seit mindestens 2 Jahren, um komplexe Teile zu erstellen, Iterationen zu vervielfachen, die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen und die Produktionskosten zu senken. In einer anderen Studie von Dimensional Research stimmten 88% der befragten Stakeholder zu, dass die Industrie durch den Einsatz der Technologie Produktionskosten in Milliardenhöhe einsparen könnte.

Obwohl die Vorteile der Einführung von 3D-Drucktechnologien gut dokumentiert sind, zögern viele Unternehmen nach wie vor, diese Investition zu tätigen. Die Umfrage von Sculpteo zeigt auch, dass 59% der Teilnehmer der Meinung sind, dass die Einstiegskosten zu hoch sind und dass es an Wissen in diesem Sektor mangelt, um eine angemessene Investition zu tätigen. Also, wann und wie sollte ein Unternehmen in den 3D-Druck investieren? Wir haben drei Experten gebeten, uns mehr darüber zu sagen, was ein Unternehmen vor der Investition berücksichtigen muss. Wir sprachen mit Dr. Heiner Lang, Vorstandsmitglied der BOSCH Rexroth AG mit der Zuständigkeit für Entwicklung und Fabrikautomation; Christophe Eschenbrenner, 3DEXPERIENCE Marketplace Enterprise Senior Sales Manager bei Dassault Systèmes; und André Venzal, Mitbegründer von Rupture Tech Consulting, einem Vertreiber von additiven Fertigungslösungen dank der Partnerschaft mit OKM3D.

Wann ist es für ein Unternehmen sinnvoll, in den 3D-Druck zu investieren?

Die additive Fertigung entstand in den 1980er Jahren und wurde fast ausschließlich zur schnellen und kostengünstigen Entwicklung von Prototypen eingesetzt. Zu dieser Zeit wurde AM oft als Rapid-Prototyping-Technologie bezeichnet. In den letzten Jahren hat die Technologie jedoch ein rasantes Wachstum erlebt: Der AM-Workflow wurde optimiert und es wurden mehr Materialien eingeführt und qualifiziert, um einen wiederholbaren und präzisen Prozess zu entwickeln. Im Anschluss an diese Entwicklung begannen Unternehmen, die Technologie nicht nur zur Herstellung von Prototypen, sondern auch zur Konstruktion und Herstellung aller Arten von Endanwendungsteilen einzusetzen.

Diese Entwicklung bedeutet nicht, dass die Unternehmen das Prototyping aufgegeben haben; viele profitieren auch heute noch von dieser Anwendung. Im Wesentlichen „ist der 3D-Druck eine nützliche Ergänzung, wenn es um die Herstellung von Prototypen, Kleinserien und innovativen Komponenten mit neuartigen Geometrien geht“, erklärt Dr. Heiner Lang. André Venzal fügt hinzu: „Es ist sinnvoll, bereits in einem sehr frühen Stadium der Produktentwicklung in den 3D-Druck zu investieren und eine Vielzahl von Anwendungen wie Bürobedarf, Werkzeuge, Zubehör, Vorrichtungen usw. zu drucken.“

Angesichts der Tatsache, dass 3D-Drucktechnologien sehr selten der einzige Fertigungsprozess eines Unternehmens sind, ist es wichtig zu verstehen, wie sie die aktuellen Fertigungsmethoden ergänzen. Für die meisten Anwendungen wird die additive Fertigung keine herkömmliche Methode wie Spritzgießen oder CNC-Bearbeitung ersetzen, sondern lediglich bestimmte Schritte im Prozess der Entwicklung eines Teils optimieren. Christophe Eschenbrenner kommentiert: „Ich rate Unternehmen, in ihren Organisationen jemanden zu benennen, der in der Lage ist, die Situation für ihren Markt einzuschätzen und potenzielle Anwendungen zu untersuchen. WAS und WARUM sind die Schlüsselpunkte für den Anfang. WIE und WANN kommt später.“ Natürlich wird die Branche eines Unternehmens viele der möglichen Anwendungen des 3D-Drucks aufzeigen. Zum Beispiel hat AM im medizinischen Bereich eine breite Palette maßgeschneiderter Geräte wie personalisierte Orthesen, Prothesen, Zahnimplantate usw. hervorgebracht, die speziell für einen Patienten angefertigt werden – etwas, das mit traditionellen Techniken sehr kostspielig ist. In einigen anderen Branchen wie dem Schmucksektor kann die Personalisierung sehr wertvoll sein, aber einige innovative Geometrien sind nur mit AM möglich, die auf die Übernahme der Technologie drängt. Ein tiefes Verständnis der Trends innerhalb des Tätigkeitssektors ist daher unerlässlich.

Aber warum in additive Fertigung investieren, wenn man sich an einen Dienstleister wenden kann?

Je nach den Bedürfnissen eines Unternehmens ist es möglich, eine AM-Lösung zu erwerben oder an einen Dienstleister auszulagern. Im ersten Szenario ist es wichtig, dass das Personal über eine angemessene Ausbildung verfügt; dies stellt heute für die meisten Unternehmen eine Eintrittsbarriere dar. Was die Vorteile betrifft, erklärt André Venzal: „Beide Ansätze sind sehr interessant und haben ihre Vorteile. Bei einer kurzfristigen Vision und einem geringen periodischen Bedarf ist es sinnvoller, den 3D-Druck auszulagern, da er eine breite Palette von Technologien und Materialien bietet, die an die spezifischen Bedürfnisse angepasst werden können. Bei einer längerfristigen Vision mit größerem Nutzen ist der ROI höher, wenn Sie in eine angepasste betriebsinterne additive Fertigungslösung investieren.“

Dr. Lang fügt hinzu: „Der 3D-Druck kann eine wichtige Rolle bei der langfristigen Differenzierung eines Unternehmens vom Wettbewerb spielen.“ Durch die Investition in eigene Maschinen kann ein Unternehmen sein eigenes Wissen entwickeln und das Potenzial der Technologie viel effektiver bewerten. Auch hier kommt es darauf an, zu verstehen, dass es sich um eine langfristige Investition handelt, während dies beim Outsourcing nicht der Fall ist. Christophe Eschenbrenner findet eine andere Möglichkeit zu definieren, wann es sinnvoll ist, den Sprung zur Eigeninvestition zu wagen: „Erst wenn der Wert ermittelt und die Volumina für das nächste Jahr gesichert sind.“ Er fügt hinzu: „Die Investition in eine hauseigene Ausrüstung ist für diejenigen sinnvoll, die eine Schlüsselanwendung identifiziert und den technischen und geschäftlichen Nutzen erkannt haben.“

3D-Druck Fabrik | Bildnachweis: Bosch

Natürlich ist es ideal, vor der Investition über qualifiziertes Personal zu verfügen, das mit einer mechanischer Konstruktionssoftware umgehen kann, die Eigenschaften der Materialien versteht, nach Anwendungen suchen kann und weiß, wie die Ausrüstung funktioniert. Eine entsprechende Ausbildung und ein tiefes Verständnis der Technologie sind jedoch in vielen Branchen noch immer recht rar. Da es sich bei AM um einen komplexen, mehrstufigen Prozess handelt, geht er über den einfachen Kauf einer neuen Maschine hinaus. Es ist zum Beispiel die Konstruktionsphase, die verlagert werden muss, oder die Nachbearbeitung.

Die Integration der additiven Fertigung: Vorteile vs. Herausforderungen

Die Vorteile der additiven Fertigung sind im Laufe der Jahre gut dokumentiert worden, die in der Regel zu „einer Erhöhung der Autonomie, einem schnellen und großen ROI, Flexibilität, einem niedrigen Kohlenstoff-Fußabdruck und natürlich zu mehr Freiheit führen“, erklärt André Venzal.

Für ein großes Unternehmen wie BOSCH, das seit über 10 Jahren mit additiven Fertigungstechnologien zur Herstellung von Sandkernen für hydraulische Steuerblöcke arbeitet, sind die Vorteile zahllos. „Mit dem Einsatz von Selective Laser Melting Prozessen verbessern wir beispielsweise die Energieeffizienz von Servo-Hydraulikventilen. Die gedruckten Komponenten sind viel leichter und kompakter als konventionell hergestellteVarianten. Darüber hinaus reduzieren wir mit optimierten Kanalgeometrien die Drosselverluste.“, sagt Dr. Lang.

Die Integration von der additiven Fertigung bringt auch andere Herausforderungen mit sich. Dr. Lang kommentiert: „Eine große Herausforderung besteht darin, den Prozess mit industriellen Standardsteuerungen zu automatisieren, die dem Maschinenhersteller die Freiheit geben, sein Know-how in die High-Level-Programmierung zu integrieren und gleichzeitig Schnittstellen zu Industriestandards wie OPC UA und vorprogrammierte Funktionen für die Robotik anzubieten. Durch diese Art der Automatisierung werden die Prozesse rückverfolgbar, reproduzierbar undproduktiver.“ Dies ist ein Schlüsselfaktor bei der Herstellung von Teilen in Industriequalität, die zertifiziert werden müssen und strengen Anforderungen genügen müssen.

Außerdem ist es schwierig, mit subtraktiven Methoden wie Spritzguss oder CNC-Bearbeitung in der Großserienfertigung oder bei großen Teilen zu konkurrieren. Bei AM sind Wiederholbarkeit und Kosten noch nicht auf einem Niveau, obwohl ein höherer Automatisierungsgrad auch diese beiden Parameter verbessern wird. Abschließend erklärt André: „In vielen Fällen liegt die Haupteinschränkung in der mangelnden Kenntnis und Akzeptanz der Technologie selbst, da es schwierig ist, Gewohnheiten zu ändern.“

Während die Technologie reift, werden die Lösungen optimiert, um die derzeitigen Einschränkungen zu verbessern und den Prozess zu industrialisieren. Nichtsdestotrotz sind sich die Experten sehr wohl bewusst, dass der 3D-Druck die traditionellen Fertigungstechniken nicht ersetzen wird, sondern dass sie perfektioniert werden, um sie immer besser zu ergänzen. Um Teil der AM-Transformation zu sein, kommt Christophe Eschenbrenner zu dem Schluss, dass die Teilnahme an der Gemeinschaft unerlässlich ist: „Bewegen Sie sich nicht allein vorwärts, gehen Sie in digitale Gemeinschaften,  werden sie teil von AM-Verbänden wie der AMUG in den USA, arbeiten Sie mit Partnern zusammen, die durch Messen oder Marktplätze ermittelt wurden!“ 

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