Möglichkeiten und Hindernisse in der additiven Fertigung

3D-Druck treibt die digitale Revolution an

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Das Potenzial additiver Verfahren ist riesig, wie Beispiele von BMW und Deutscher Bahn auf der Konferenz Digital Factory zeigten. Fertigung findet jetzt dort statt, wo Teile benötigt werden.

Markus Strehlitz

„Der 3D-Druck ist eine der Technologien, welche die digitale Revolution antreiben“, sagte Philipp Jung, Chief Strategy Officer bei HP Inc., auf der 3D-Druck-Konferenz Digital Factory in München. Damit stehe die Technologie in einer Reihe mit Themen wie Künstliche Intelligenz, Internet der Dinge, Robotik und Big Data.

Der Nutzen durch 3D-Druck sei beachtlich. So wird die Entwicklung additiver Verfahren seiner Meinung nach Innovationen beschleunigen, Tempo in die Lieferketten bringen und die Lagerhaltung reduzieren.

„Dabei geht es nicht mehr nur um Prototyping“, so Jung. „3D-Druck spielt eine immer größere Rolle in Fertigungsprozessen.“ Hier gebe es große Möglichkeiten.

Ein Beispiel dafür ist Autobauer BMW. Dort ist die additive Fertigung mittlerweile ein fester Bestandteil des Produktionssystems. Sie kommt etwa in der Produktion des BMW i8 Roadster zum Einsatz – in einer Serienproduktion von mehreren tausend Stück.

„Das neue Bauteil aus dem 3D-Drucker befindet sich am Soft-Top-Verdeck des BMW i8 Roadsters und dient als Halterung der Verdeckabdeckung“, erklärt Jens Ertel, Leiter des Additive Manufacturing Center bei BMW. Das Metall-Bauteil aus einer Aluminiumlegierung weist laut BMW gegenüber einem üblicherweise eingesetzten Kunststoffspritzgussteil weniger Gewicht bei einer deutlich höheren Steifigkeit auf.

Daneben gibt der Autobauer seinen Kunden die Möglichkeit, bestimmte Fahrzeugteile individuell zu gestalten. Die Teile – zum Beispiel Dekorleisten des Armaturenbretts im Mini – werden dann per 3D-Druck produziert.

Sicht auf die Fertigung verändert sich

Dass die Technologie in der Produktion an Bedeutung gewinnt, liegt auch daran, dass Anbieter das Thema verstärkt ins Visier nehmen. So hat zum Beispiel Formlabs eine automatisierte Fertigungsinsel entwickelt. Das System mit dem Namen Form Cell umfasst mehrere 3D-Drucker. Hinzukommen eine Reinigungsanlage für die produzierten Teile, ein mobiles Lagerregal und ein Roboterarm für den automatischen Arbeitsablauf.

Großes Potenzial für den 3D-Druck in der Fertigung sieht auch Jerry Perkins, Corporate Senior Vice President für den Bereich Adhesive Technologies bei Henkel. Die Geschäftseinheit des Konzerns entwickelt Materialien für den 3D-Druck und berät Unternehmen beim Aufsetzen entsprechender Fertigungsprozesse.

„Der 3D-Druck erweitert das Set an Werkzeugen, die Unternehmen für ihre Fertigung zur Verfügung stehen“, so Perkins. Seiner Meinung nach hat die additive Fertigung das Potenzial, die Sicht auf die Produktion zu verändern. Sie biete die Chance, Fertigungsprozesse, die in andere Länder – etwa nach Asien – ausgelagert wurden, wieder zurückzuholen. Grundsätzlich könnten Produkte dank additiver Fertigung verstärkt dort hergestellt werden, wo ihre Verbraucher sind.

Auch für diese Entwicklung dient BMW als Beispiel. Der Autobauer druckt bereits in den Werken Spartanburg (USA), Shenyang (China) und Rayong (Thailand) Prototypenteile vor Ort. „Bei Kleinserien, Ländereditionen und für individualisierbare Komponenten ist zukünftig eine Integration in lokale Produktionsstrukturen denkbar, wenn sich dadurch Vorteile erzielen lassen“, sagt Ertel.

Die Fertigung dorthin zu verlagern, wo sie benötigt wird, war auch Ziel der Deutsche Bahn. Denn die stellt einen Teil ihrer Ersatzteile selbst her – mithilfe des 3D-Drucks.

Die Züge des Unternehmens sind zum Teil gut 30 Jahre auf den Schienen unterwegs. Das sei länger als die Möglichkeit der Ersatzteillieferung bestehe, berichtet Stefanie Brickwede, Leiterin des Konzernprojekts 3D-Druck bei der Deutschen Bahn. Es kann vorkommen, dass die Wartezeit für ein benötigtes Ersatzteil bis zu zwei Jahre beträgt.

Daher nutzt die Bahn additive Methoden wie das Pulverbett- oder das Extrusionsverfahren, um sich fehlende Teile selbst zu beschaffen. Das erste gedruckte Teil aus einem 3D-Drucker war ein Mantelhaken, wie man ihn aus dem Zugabteil kennt. Derzeit druckt die Bahn etwa drei Prozent aller Ersatzteile, die sie benötigt – Tendenz steigend.

„Die 3D-Druck-Fertigung erlaubt es, schwer beschaffbare oder nicht mehr vorhandene Ersatzteile kurzfristig und dort, wo sie gebraucht werden, herzustellen.“, so Brickwede. „Dadurch fallen Transportwege weg, Wartezeiten verkürzen sich und Lagerbestände können abgebaut werden.“

Material muss vielfältiger werden

Brickwede glaubt ebenfalls, dass der 3D-Druck ein großes Potenzial hat. Allerdings sieht sie auch die Grenzen. Diese würde durch das Material, die Stückzahl und die Größe der zu druckenden Teile bestimmt.

Jung von HP sieht das ähnlich. Man müsste an einigen Punkten ansetzen, um das volle Potenzial des 3D-Drucks auszuschöpfen. Dazu zählt er ebenfalls das Material. Sinkende Preise und eine größere Auswahl an verfügbaren Materialien würden die Entwicklung vorantreiben.

Daneben müssten die Standardisierung weiter voranschreiten und Produkte speziell für additive Verfahren designt werden.

„Der 3D-Druck muss in die Hände der Design-Ingenieure und der Fertigungsmanager“, sagt Perkins von Henkel. Diese seien sehr erfahren im Umgang mit konventionellen Verfahren. Und jetzt müssten sie sich mit der Thematik 3D-Druck vertraut machen und darin geschult werden. Dann könnten die Möglichkeiten der Technologien voll genutzt werden. „Es gibt zwar schon viele großartige Beispiele für die additive Fertigung“, so Perkins, „aber bisher kratzen wir gerade mal an der Oberfläche der Möglichkeiten.


Digitalisierung nimmt Fahrt auf

Etwa jedes vierte deutsche Unternehmen aus dem produzierenden Gewerbe (27 %) verwendet 3D-Druck-Verfahren. Das hat eine Umfrage von Bitkom Research im Auftrag des Software-Anbieters Autodesk ergeben, für die 505 Unternehmen befragt wurden. „Die Digitalisierung der Industrie hat Fahrt aufgenommen“, sagte Axel Pols, Geschäftsführer von Bitkom Research. „Die Unternehmen nutzen digitale Technologien, um die Produktentwicklung zu beschleunigen, Fertigungsprozesse zu optimieren oder die Anpassungsfähigkeit ihrer Organisation zu erhöhen.“ Angetrieben werde die Entwicklung von großen Unternehmen ab 500 Mitarbeitern. Hier setzen beispielsweise 72 % Big-Data-Analytics ein, 67 % Industrie-4.0-Anwendungen und 23 % künstliche Intelligenz.

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