Additive Fertigung

Pulver, Drucker, Daten
statt Ersatzteilregal

3D-Druck als Spielzeug für Industriedesigner? Von wegen, längst stellen einige Branchen ihr Ersatzteil- und Lagermanagement auf nach Bedarf gedruckte Teile ein. Vieles spricht für einen Siegeszug additiver Technologien. Denn bei Kalkulation aller Faktoren wächst die Summe der Teile schnell, die wirtschaftlich aus einem 3D-Drucken laufen könnten.

Bild: ©auremar/stock.adobe.com

Viele sehen den 3D-Druck immer noch als eine Technologie für Entwurf und Entwicklung, sozusagen als Spielzeug der Industriedesigner. Doch hier hat eine Entwicklung an Geschwindigkeit aufgenommen, die so manchen Entscheider überraschen wird. Warum erscheint 3D-Druck so vielsprechend? Dazu als Beispiel das Stichwort Ersatzteile im Bereich Automotive. Die Hersteller versuchen, Ersatzteile bis zu zehn Jahre nach Auslaufen einer Modellreihe zur Verfügung zu halten. Nach Angaben des VDA gibt es pro Fahrzeugplattform zwischen 4.000 und 9.000 Komponenten von über 1.000 Lieferanten. 80 Prozent der Fahrzeugteile kommen über die Lieferkette. Die Lösung liegt eigentlich auf der Hand: am besten druckt sich das Ersatzteil gleich in der Werkstatt. Bestell- und Lieferfristen, Kosten für Spedition, Bevorratung und Lagerhaltung sind passé.

30 Jahre additiv gefertigt

3D-Druck ist übrigens gar nicht so neu, er existiert schon seit mehr als 30 Jahren. Laut früheren Vorhersagen sollte heutzutage in jedem Haushalt ein 3D-Drucker zu finden sein. Allerdings musste diese Form der additiven Herstellung warten, bis andere Bereiche aufholen, einschließlich der Materialwissenschaften, der Drucktechnik, aber auch der Übergabe von Konstruktionsdaten via Internet und entsprechender Software-Plattformen, um etwa eine Lieferkette neu abzubilden. Die Massenproduktion etwa von Autos bleibt auf absehbare Zeit schneller und wirtschaftlicher als im 3D-Druck, denn die Stückkosten im 3D-Druck liegen höher. Doch selbst aus Sicht der Stückkosten kann die Gesamt- oder Neu-Betrachtung einer Lieferkette neue Impulse liefern.

Lieferketten schon im Wandel

3D-Druck übt in vielen Bereichen einen Einfluss auf das Produktdesign und die Optimierung der Lieferketten aus. Bereits jetzt lässt sich erkennen, dass Fluggesellschaften, Versorgungsunternehmen und Hersteller ihre Ersatzteilbestände reduzieren, da erforderliche Komponenten bei Bedarf mit einem 3D-Drucker erstellt werden können. Diese Einzelteile müssen nicht mehr an mehreren Standorten gelagert werden, um Ausfälle bei der Instandhaltung von Flugzeugen beispielsweise zu vermeiden. Infolgedessen haben sich die Anlagennutzungen erhöht und die Kosten wurden gesenkt. Während die Druckgeschwindigkeit der Massenproduktion noch nicht gerecht wird, ist sie für Prototypen, individualisierte Stücke, Ersatzteile und kurze Laufzeiten mehr als ausreichend. In naher Zukunft könnten Unternehmen einen großen Teil ihrer Einzelteil-Produktion in nahegelegene ‚Printer Farms‘ auslagern, die den Anforderungen entsprechen. Das würde die Masse an Lieferungen rund um die Welt reduzieren und somit die Emissionen verringern.

Wettbewerbsfaktor Zeit

Die Produktentwicklungszyklen in der traditionellen Herstellung dauern Monate, bedingen hohe Anlaufkosten für Maschineneinrichtung und Werkzeugbereitstellung und haben Einschränkungen in der Produktion. Speziell bei komplexen Produktionsstrukturen fallen hohe Kosten und viel Kommunikation bei der Entwicklung an. 3D-Druck ermöglicht das Designen von sehr komplexen Architekturen auf Abruf und konzentriert sich auf detaillierte Produkte. Das Zusammenfassen von zuvor einzelnen Komponenten zu einem einzigen Teil kann die Herstellkosten deutlich reduzieren. Hersteller können so Betriebskosten reduzieren und die Funktionalität ihrer Produkte verbessern. Ein Ziel der traditionellen Herstellung ist, die Produktion zu standardisieren, um die Kosten der Fertigung und Vorabkosten von Maschineneinrichtung und Werkzeugbereitstellung zu senken. Das soll durch eine Konsolidierung von Produktionskapazitäten erfolgen, um Massenproduktionsvorteile und Leistungsfähigkeit zu erzielen. Ein 3D-Druck benötigt lediglich eine digitale Datei mit dem Design eines Produkts. Er ist überaus nützlich bei der Produktion von Prototypen, seltenen Ersatzteilen, hochwertigen Produkten in geringer Menge und komplexen Komponenten zur Vorbereitung von Massenproduktionen. Siemens druckt zum Beispiel Ersatzteile für Schienenfahrzeuge und kann damit die Herstellungszeit der Teile nahezu halbieren. Airbus druckt Teile für den Flugzeugrumpf ihres A320, die leichter sind und somit den Kraftstoffverbrauch und die Kohlendioxidemissionen verringern.

Geeignete Bauteile erkennen

Komponenten mit hohen Arbeitskosten, die eine umfangreiche Werkzeugausstattung oder teure Montage sowie zusätzliche Vorabproduktionsprozesse benötigen, sind für den 3D-Druck in Betracht zu ziehen. Die Reduzierung der Montageschritte bei der Herstellung von komplexen Teilen auf einen einzigen Schritt senkt die Kosten für die Montage. 3D-Druck erlaubt spezielle Kundenbestellungen ohne Kostensteigerung – und stellt damit die traditionelle Herstellung auf den Kopf. Die Fertigung von individuellen Teilen wird besonders für Hersteller mit einem kleinen Produktumschlag zu einer Option. Lassen sich ganze Fertigungsabfolgen an Dienstleister auslagern, kommen Hersteller mit weniger komplexen Produktionsumgebungen zurecht. Beziehen Kostenkalkulationen alle aufgeführten Faktoren ein, wird die Palette an Bauteilen schnell deutlich größer, die sich additiv wirtschaftlichfertigen lassen.

Ressourcen besser nutzen

Während sich die Materialkosten beim 3D-Druck ändern, bleiben die Fixkosten fast gleich. Die traditionelle Herstellung rechnet mit zusätzlichen Kosten und Zeit bei dem Produktionsprozess aufgrund von Abfällen. Beim 3D-Druck entsteht deutlich weniger überschüssiges Material und geringerer Kohlendioxidausstoß. Treibhausgasemissionen können um 30 Prozent durch die Verwendung von 3D-Druck-Technologie gesenkt werden. Verglichen mit älteren Technologien, fällt beim 3D-Druck für Metallteile beispielsweise 40 Prozent weniger Abfall an. Insgesamt lassen sich 98 Prozent des Abfalls recyceln. Abhängig von der verwendeten Technologie ist 3D-Drucken fast abfallfrei, so eine Studie der Berkeley Universität.

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