Industrieller Einsatz der Additiven Fertigung - Möglichkeiten der Additiven Fertigung von Endprodukten bis hin zur Serien- und Massenproduktion

Norbert Babel

Wie aus dem Global Printing Report 2019 von Ernst&Young (EY) hervorgeht [1], ist die Anwendung der Additiven Fertigung in den letzten drei Jahren sprunghaft von 24 % im Jahr 2016 auf 65 % im Jahr 2019 gestiegen. Außerdem möchte rund jedes zweite Unternehmen in den nächsten drei Jahren Endprodukte generativ produzieren. Um dies zu realisieren überlegen immer mehr Unternehmen, wie sie die additiven Fertigungsverfahren nicht nur für Prototypen, sondern auch in der Auftragsfertigung bis hin zur Massenproduktion von Serienteilen einsetzen kann.

Der industrielle 3D-Druck befindet sich augenblicklich am Übergang von der reinen Prototypherstellung hin zum Einsatz in der Auftragsfertigung von Endprodukten und Serienteilen. Laut EY hat der 3D-Druck ein neues Zeitalter der Produktion eingeläutet, und die neuen Fertigungsmöglichkeiten würden die gesamte Wertschöpfungskette verändern, wodurch der Weg für neue Produkte und Geschäftsmodelle frei wird [1].

Die additive Fertigung revolutioniert inzwischen, neben der Produktion, auch das konstruktive Denken insbesondere durch den Einsatz der Topologieoptimierung welche Vorteile in der Gewichtsreduzierung, Ressourceneffizienz und Materialeinsparung mit sich bringt. Durch die Möglichkeit der Verarbeitung verschiedenster Werkstoffe und der geometrischen Freiheiten, die die neuen Verfahren bieten, können wir heute sehr komplexe Bauteile, ja sogar ganze Baugruppen in einem Produktionsschritt herstellen.

Die immer schnellere Entwicklung hin zu reduzierten Markteinführungszeiten und die Verringerung der Produktentwicklungszyklen, sowie der Trend zur Individualisierung von Massenprodukten, zwingen die Firmen dazu ihre Fertigung dahingehend zu optimieren.

Weitere Einflüsse haben die Verfahren auf das Ersatzteilmanagement, wie z. B. die Lagerhaltung, die durch eine „just in time“-Produktion teilweise ersetzt werden kann. Dies führt zu einer Reduzierung der Kapitalbindung und kann durch eine Vorortproduktion die Versandkosten und –wege verringern. Laut der Studie von EY plant jedes zweite von den 900 befragten Unternehmen in Nordamerika (266), Westeuropa (460) und Asien (174 China, Japan, Südkorea) in den nächsten 3 Jahren Endprodukte generativ zu produzieren [1].


Bild 1: Vom Kunden individualisiert gestaltete Blinker- (links) und Interieurabdeckung (rechts) © bmw [8].

Dies kann jedoch nur gelingen, wenn die additiven Fertigungsverfahren auch für die Herstellung von Endprodukten, bis hin zur Massenfertigung von Serienteilen eingesetzt werden. Erfahrungen mit diesen Verfahren für Serienprodukte existieren inzwischen schon in verschiedenen Branchen. Ob in der Schuhindustrie, in der das US-Unternehmen Pensar schon 2014 sogenannte DNA-Schuhe entwickelte, die nicht nur genau an die Füße passen, sondern sich auch an sportliche Anforderungen anpassen lassen [2]. Und auch Adidas (seit 2015 „Futurecraft 3D“) [3] und Nike (seit 2016 „Nike Zoom Superfly Flyknit“) [4] bieten inzwischen auf dem 3D-Druck basierende Sportschuhsohlen, bzw. komplett generativ gefertigte Sportschuhe an. Ziel von Adidas war es schon Anfang 2018, bis Jahresende 100.000 Paar Schuhe mit Sohlen aus dem 3D-Drucker herzustellen [5].


Ein anderes Beispiel ist die individualisierte Brillenproduktion auf Grundlage eines 3D-Scans der Kopfkontur bei der alle erforderlichen Maße, wie z. B. die Bügellänge oder die Breite der Nasenauflage, millimetergenau auf die Kopfform des Trägers angepasst sind und alle Modelldaten, inklusive der Fassungsfarbe, maßgeschneidert vom 3D-Drucker gefertigt werden [6]. Betrachtet man nun noch den wirtschaftlichen Aspekt, da bei der konventionellen Brillenproduktion üblicherweise 30 bis 40 % einer Kollektion unverkauft in den Lagern oder bei den Händlern liegen bleibt bzw. nach entsprechender Zeit vernichtet werden muss, so addieren sich durch die Additive Fertigung zu den Einsparungen in Folge der Vermeidung einer Überproduktion durch die bedarfsgerechte Herstellung, noch der Wegfall der Kosten der Lagerhaltung und den Werkzeugbau [19].

Auch die Autoindustrie, wie hier ein Beispiel von der BMW-Group (Bild 1), folgt diesem Trend mit vom Kunden individualisiert gestalteten Blinker oder Interieur-Abdeckungen, bis hin zu umfangreichen 3D-gedruckten Komponenten bei der Autoproduktion, wie es die italienische Firma XEV [7] mit seinem Elektroauto YOYO realisiert (Bild 2).

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