Im Vergleich zu klassischen 3D-Druckern lohnt sich die Anschaffung eines 3D-Fließbanddruckers schon bei einer Stückzahl von wenigen tausend, besonders im Kleinserienbereich für KMU und Einzelunternehmer. Das ist das Ergebnis der vom Startup iFactory3D in Auftrag gegebenen und betreuten Bachelorarbeit „Wirtschaftlichkeit und Anwendbarkeit von 3D-Fließbanddruckern in der Serienproduktion in produzierenden Unternehmen“. Die Abschlussarbeit wurde im Studiengang Wirtschaftsingenieur Maschinenbau WIM der Hochschule Düsseldorf im August 2022 eingereicht.
Sie drucken immer weiter – ohne Limit durchs Druckbett
Fließbanddrucker, wie sie iFactory3D herstellt, sind besonders attraktiv für Industriezweige, die großformatig arbeiten. Wie sie funktionieren, erschließt am einfachsten ein Blick auf die Homepage mit dem dort präsentierten Clip: Anstatt an ein Bett gebunden zu sein, drucken die Geräte immer weiter. Sie eignen sich vor allem zum Prototyping und zum Herstellen von Ersatzteilen, aber auch für kleine Serien großformatiger Produkte. Denn auf herkömmlichen Druckern sind diese nicht in passender Größe zu realisieren. Und ein 3D-Drucker, der derartige Dimensionen umsetzen kann, kostet schnell das 50-fache eines 3D-Fließbanddruckers im Desktopformat.
Vergleichsstudie mit fünf Referenzobjekten
Zudem sind die 3D-Fließbanddrucker für die Kleinserienfertigung konzipiert. Diesen Aspekt durchleuchtet die Bachelorarbeit. Anhand von fünf Objekten (Ring, Winkel, Sohle, Gehäuse, Kabelkanal) wurde eine Wirtschaftlichkeitsrechnung erstellt und der Maschinenstundensatz ermittelt. Ergebnis: Die variablen Kosten und Stückpreise waren beim 3D-Fließbanddrucker (iFactory3D One Pro) jeweils niedriger als beim Vergleichsdrucker (Ultimaker S3 / S5).
Die Gründe: Für lange Objekte ist die Länge des Bauraums entscheidend. Wo in der Bachelorarbeit zwei kartesische Modelle für die Umsetzung der Objekte verwendet werden mussten, konnte der 3D-Fließbanddrucker alle gewählten Bauteildimensionen bewältigen und am laufenden Band Objekte am Stück fertigen. Dadurch entfallen Wartezeiten und Personalkosten, die bei jedem manuellen Neustart und Enträumen des Bauraums anfallen, aber auch Nachbearbeitungskosten. So entfällt das Verkleben von Einzelteilen oder das Entfernen der Supportstrukturen. Außerdem wird durch den 45°-Druckwinkel beim 3D-Fließbanddruck bei komplexen Geometrien weniger Material benötigt, weil Überhänge keine Stützstrukturen benötigen.
Spitze beim Produkt Kabelkanal
Bei einem langen Druckobjekt wie dem Kabelkanal geht die hohe Ersparnis pro Stück darauf zurück, dass beim One Pro – im Gegensatz zum S3 oder auch dem größeren S5 von Ultimaker – die benötigten 1,50 m am Stück durchgängig gedruckt werden konnten. Durch den Einsatz eines Fließbands statt eines starren und begrenzten Druckbetts ist den Dimensionen in z-Richtung keine Grenze gesetzt.
Für den Bauraum des Ultimaker S3 wurde der Kabelkanal dagegen in insgesamt acht Stücke unterteilt, die in zwei Durchgängen gedruckt werden mussten, da nur vier gleichzeitig auf die Fläche passen. Ergebnis: die Druckzeit ist beim S3 um 66 % länger. Zudem schlägt sich der jeweils notwendige Neustart des Druckvorgangs als Arbeitszeit in den Prozesskosten nieder. Insgesamt ist der Stückpreis für das lange Bauteil auf dem S3 gut 3,5 mal so hoch wie beim One Pro 3D-Fließbanddrucker.
Aufgrund der Einsparungen bei den variablen Kosten gibt es für den One Pro bei den betrachteten Objekten immer eine Stückzahl, ab der die Gesamtproduktionskosten günstiger sind. Der Ultimaker S3 hat rund 9 % niedrigere Gesamtfixkosten, die seinem geringen Preisvorteil in der Anschaffung entsprechen. Dank geringerer Betriebskosten und dem niedrigeren Materialverbrauch rentiert sich jedoch der Einsatz des 3D-Fließbanddruckers je nach Objekt über kurz oder lang immer.
3D-Fließbanddruck rechnet sich bei Einlegesohle ab Stückzahl 1
Der Break-Even-Point hängt von der Geometrie ab. Bei dem Ring lag er bei 1.708, beim Motorwinkel bei 1. 005, beim Gehäuse bei 33 und beim Kabelkanal bei 13. Beim Objekt „Einlegesohle“ gibt es keine Kleinstmenge, bei der sich das kartesische Druckermodell lohnt. Der Ultimaker S3 gehört zu den etablierten Modellen in industriellen Betrieben, verfügt aber über einen relativ kleinen Bauraum: Da der Platz für die Sohle nicht ausreichte, musste auf das nächstgrößere Modell ausgewichen werden. Der Verkaufspreis des S5 liegt rund 18 % über dem des 3D-Fließbanddruckers. Daher entfällt der Startvorteil von weniger Kapitaleinsatz, den der S3 gegenüber dem One Pro hat.
Verkehrstechnik-Unternehmen produzierte schon 4.000 Bauteile
Die Leverkusener Via Traffic Controlling GmbH, ein internationaler Anbieter von Geschwindigkeitsanzeigetafeln, Verkehrszählgeräten und Radardetektoren, hat seit April 2021 mit dem Fließbanddrucker mehr als 4.000 Bauteile produziert. Aufgrund eines 9-monatigen Produktionsengpasses wegen anderer Bauteile lohnte sich für Via Traffic Controlling die Entscheidung, keinen Spritzguss-Großauftrag aufgegeben zu haben: Bei Wiederaufnahme der Produktion konnte das Unternehmen mit dem Fließbanddrucker direkt reagieren, ohne Wartezeiten von Zulieferern einkalkulieren zu müssen. So profitiert die Firma von maximaler Flexibilität bei niedrigen laufenden Kosten und geringem Kapitaleinsatz.
Fazit vonseiten iFactory3D: Ein 3D-Fließbanddrucker kann durch die mit ihm verbundene Automatisierung die Herstellungskosten erheblich senken und in bestimmten Stückzahlbereichen mit dem Spritzguss konkurrieren. Für KMU und Einzelunternehmer lohnt sich der 3D-Druck also in der Serienproduktion: iFactory3D bringt die automatisierte Serienproduktion in die additive Fertigung.
