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12.02.2018

3D-Druck in der industriellen Produktion

Zukunftsaussichten der Additiven Fertigung

Die produzierende Industrie blickt optimistisch auf die nächsten Jahre. Ein Grund dafür ist der stetig steigenden Einsatz des industriellen 3D-Drucks, der auch unter dem Stichwort Additive Fertigung (engl. Additive Manufacturing, AM) bekannt ist. Als einer der führenden Hersteller von AM-Anlagen wagt die EOS GmbH aus Krailling einen Ausblick.

  • EOS wurde 1989 gegründet und ist einer der führenden Hersteller für High-End-Lösungen im Bereich des Addtive Manufacturing. Das modulare Lösungsportfolio umfasst Produktionssysteme, entsprechende Softwarelösungen und Werkstoffe sowie verschiedene Beratungsdienstleistungen (© EOS)

  • Das Lieferprogramm umfasst sowohl Systeme für die Kunststoff- als auch für Metallverarbeitung. In den Modellbezeichnungen von EOS ist dies am „P“ (=polymer/plastic) oder am „M“ (=metal) zu erkennen (© Hanser/A.Stein)

  • Bei beiden Werkstofftechnologien kommt als Verfahren das selektive Lasersintern (SLS) zum Einsatz. Dabei wird das pulverförmige Material flächig im Bauraum verteilt und mit einem leistungsfähigen Laser selektiv zu einzelnen Schichten aufgeschmolzen (© Hanser/A.Stein)

  • In Abhängigkeit von der Korngröße des pulverförmigen Baumaterials entstehen Schichten vom ca. 1 bis 200 µm. Ohne Nachbearbeitung sind diese auch am fertigen Bauteil noch gut erkennbar (© Hanser/A.Stein)

  • Durch die additive Fertigungstechnologie können Bauteile ohne Werkzeuge hergestellt werden, einzig auf Basis der Konstruktionsdaten. Zudem spielt die Komplexität der Bauteile nahezu keine Rolle mehr und es lassen sich sogar Hinterschnitte und andere fertigungstechnische Herausforderungen meistern (© Hanser/A.Stein)

  • Mit dem richtigen Material und einer entsprechenden Konstruktion lassen sich auch bewegliche oder elastische Bauteile durch selektives Lasersintern herstellen (© Hanser/A.Stein)

  • Natürlich eignen sich SLS-Anlagen auch für die Herstellung von detailgetreuen und funktionalen Prototypen, die beispielsweise bei der Konstruktion und Auslegung von Spritzgießwerkzeugen wichtige Erkenntnisse zulassen (© Hanser/A.Stein)

  • Bei niedrigen Stückzahlen ermöglicht die SLS-Technologie die wirtschaftliche Fertigung von Serienbauteilen. EOS fertigt einige schwierige Bauteile für die additiven Fertigungsanlagen sogar im eigenen Haus (© Hanser/A.Stein)

  • Ein klassisches Anwendungsgebiet für das selektive Lasersintern ist die Medizin. Implantate oder Prothesen müssen individuell an jeden Patient angepasst werden und sind daher für additive Fertigungsverfahren prädestiniert. Dabei kommen Kunststoffe genauso zum Einsatz… (© Hanser/A.Stein)

  • … wie metallische Werkstoffe. Für die Konstruktion der künstlichen Gelenke und anderer Prothesen können beispielsweise auch Patientendaten aus der Computertomographie (CT) herangezogen werden (© Hanser/A.Stein)

  • In der Zahnmedizin werden generative Fertigungsverfahren schon lange für die Herstellung von Inlays, Kronen und Brücken verwendet. Da viele individuelle Bauteile gleichzeitig gefertigt werden, müssen die einzelnen Bauaufträge für die spätere Zuordnung nummeriert oder anderweitig markiert werden (© Hanser/A.Stein)

  • In der Luft- und Raumfahrttechnik sind die additiven Fertigungstechnologien sehr weit verbreitet. Dies liegt zum einen an den vergleichsweise niedrigen Stückzahlen, zum anderen gibt es keine anderen Fertigungsverfahren, mit denen sich die Bauteile mit der gleichen Funktionalität herstellen lassen (© Hanser/A.Stein)

  • Ein großer Vorteil der additiven Fertigung ist die schnelle Verfügbarkeit der hergestellten Produkte. Funktionale Bauteilvarianten lassen sich schnell und direkt aus den Konstruktionsdaten fertigen, ganz ohne zeitaufwändige Werkzeugherstellung oder Änderungen. Dies ermöglicht Konstruktionskonzepten schnell zu vergleichen, wie hier beispielhaft an zwei Varianten für ein sehr steifes und leichtes Bremspedal für den Motorsport demonstriert ist (© Hanser/A.Stein)

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Starkes Wachstum prognostiziert

Bis zum dritten Quartal 2018 wird der Markt für industrielle 3D-Druck-Lösungen auf über 3,7 Mrd. USD anwachsen, bis zum dritten Quartal 2025 wird er bereits eine Umsatzgröße von 15,7 Mrd. USD erzielen, so die Prognose der Analysten von SmarTech Markets Publishing. Dieses starke Wachstum gilt sowohl für Systeme zur Verarbeitung von Metall- als auch Polymerwerkstoffen und unterstreicht den künftig steigenden Einsatz beider Werkstoffgruppen für die Serienproduktion.

Allerdings entwickeln sich nicht alle Bereiche des 3D-Drucks im gleichen Tempo. Die Technologie hat sich zwar in den letzten Jahren zunehmend etabliert, wird aber nur in bestimmten Regionen oder Branchen umfassend eingesetzt. Da häufig das entsprechende Fachwissen fehlt, zögern viele Unternehmen beim AM-Einsatz.

Prognose in drei Teilen

Die Technologie wird die Fertigung grundlegend verändern. Und sie entwickelt sich – als noch vergleichsweise junge Industrie – schnell weiter. Als einer der weltweit führenden Technologieanbieter für den industriellen 3D-Druck von Metallen und Polymeren hat EOS drei Prognosen in Hinblick auf die Entwicklung der 3D-Druck-Technologien formuliert:

1. Die Serienproduktion auf Basis der Additiven Fertigung und die digitalisierte Fertigung nehmen Fahrt auf

Der Reifegrad industriellen 3D-Drucks ermöglicht mittlerweile die Herstellung von Komponenten und Endteilen in Serie. Das liegt vor allem an der hohen und reproduzierbaren Bauteilqualität. Diese wird durch einen robusten und stabilen AM-Bauprozess sowie die sich stets reduzierenden Kosten pro Bauteil ermöglicht.

Der Einsatz von AM-Technologie für Kleinserien oder Rapid Prototyping unterscheidet sich deutlich von den Ansprüchen einer Serienproduktion 
(© Hanser/A.Stein)

Der Einsatz von AM-Technologie für Kleinserien oder Rapid Prototyping unterscheidet sich deutlich von den Ansprüchen einer Serienproduktion
(© Hanser/A.Stein)

Der Einsatz in der Serienfertigung ermöglicht breitere Anwendungsfelder, bedingt aber auch neue Kundenanforderungen. Dabei geht es nicht nur darum, bei welchen Anwendungen die konventionelle Fertigung durch AM ersetzt werden kann. Vielmehr geht es bei den Kundenanforderungen gleichzeitig auch um eine Integration der Additiven Fertigung in bestehende Produktionsumgebungen, die Verbindung von industriellem 3D-Druck mit konventionellen Fertigungstechnologien und die kontinuierliche Optimierung des Teile- und Datenflusses.

Weitere Faktoren sind verfügbare Werkstoffportfolios, die Erhöhung der Systemproduktivität gepaart mit einer erheblichen Reduzierung der Stückkosten und einer weiteren Automatisierung.

Kurz gesagt: Es geht um die digitale Vernetzung von konventionellen und additiven Technologien.

Ein Beispiel für diese Entwicklung ist die Zusammenarbeit von EOS, Daimler und Premium Aerotec, die im Rahmen des NextGenAM-Projekts gemeinsam die nächste Generation der additiven Fertigung entwickeln. Dabei soll der gesamt additive Fertigungsprozess in Hinblick auf Automatisierungspotenziale überprüft werden – von der Zuführung des Metallpulvers bis zu den Verarbeitungsschritten nach dem eigentlichen Bauvorgang. Die Partner versprechen sich dadurch deutliche Kostenvorteile und wichtige Grundlagen, um die AM-Technologie zukünftig für Großserien nutzen zu können.

Diese Transformation findet vor dem Hintergrund eines fundamentalen Wandels in der Fertigungsindustrie in den kommenden Jahren statt. Die zunehmende Digitalisierung in der Industrie bringt entlang der gesamten Prozesskette immer mehr Kooperationsmodelle hervor. Gleichzeitig werden Produktionsprozesse konsequent digitalisiert mit dem Ziel, digital vernetzte, smarte Fabriken aufzubauen, in denen industrielle 3D-Druck-Lösungen eine Schlüsselrolle spielen.

2. Training und Weiterbildung für Additive Fertigung wird immer wichtiger

Ein bremsender Faktor bei der breiteren Einführung ist in vielen Unternehmen fehlendes Fachwissen über industriellen 3D-Druck. Dies muss sich 2018 und darüber hinaus ändern. Nach einer EY-Studie von 2016 kennen drei von vier Organisationen die Vorteile des 3D-Drucks hinsichtlich Kosteneffizienz, Flexibilität und Entwicklung innovativer Bauteile und Produkte nicht.

AM-spezifisches Fachwissen, z.B. bei der Konstruktion oder der Bauteilnachbehandlung, sind grundlegend für einen breiten industriellen Einsatz (© Hanser/A.Stein)

Viele Unternehmen kommen mit den technologieabhängigen Veränderungen nicht alleine zurecht. Daher wird die Beratung bei der Planung und Implementierung von industriellen 3D-Druck-Projekten immer wichtiger. EOS hat mit Additive Minds eine Beratungssparte, um Organisationen zu schulen, die in den industriellen 3D-Druck investieren möchten.

Daneben entwickelt und realisiert Additive Minds auch Weiterbildungsprogramme rund um den industriellen 3D-Druck, die auf die spezifischen Bedürfnisse eines Unternehmens zugeschnitten sind. EOS erwartet, dass sich die Beratungssparte künftig nicht nur kontinuierlich vergrößert, sondern dass sich das Wachstum sogar noch beschleunigt.

3. Das Ausmaß grundlegender Veränderungen variiert je nach Region und Branche

Auch 2018 wird der industrielle 3D-Druck Branchen grundlegend verändern, allerdings in unterschiedlichem Maße. Dies gilt auch für die Geschwindigkeit der regionalen Entwicklungen: Nordamerika und Europa sind bereits weiter vorangeschritten bei der Einführung der Technologie als die asiatisch-pazifische Raum. Hier werden gerade die ersten 3D-Druck-Projekte realisiert.

In der Luftfahrtindustrie ist AM bereits seit einiger Zeit fester Bestandteil der zur Verfügung stehenden Herstellverfahren (© Hanser/A.Stein)

In der Luftfahrtindustrie ist AM bereits seit einiger Zeit fester Bestandteil der zur Verfügung stehenden Herstellverfahren (© Hanser/A.Stein)

Im Hinblick auf Industrien sind es vor allem hochregulierte Branchen wie der Flugzeugbau und das Gesundheitswesen, die die Vorteile des industriellen 3D-Drucks schnell erkannt haben und zügig ihren Weg in die Serienproduktion fortsetzen – sogar für die Herstellung erfolgskritischer Bauteile. Im Gegensatz dazu reagiert die Automobilindustrie mit etwas Verzögerung. Sie wird ab 2018 aufholen und mit dem Ziel in den 3D-Druck investieren, damit Spezialbauteile herzustellen.

EOS geht davon aus, dass 3D-gedruckte Bauteile, wie sie bereits in Formel-1-Rennwagen und Luxus-Fahrzeugen eingesetzt werden, immer häufiger auch in anderen Fahrzeugklassen eingesetzt werden. Ein aktuelles Beispiel ist der Mini Yours Customized: Käufer können einige Bauteile ihres Fahrzeugs individuell anpassen. Dazu gehören beispielsweise die Anzeigen-Inlays, Zierleisten im Innenraum oder LED-Türschwellen. Dieser Grad an Personalisierung ist nur mit modernen Fertigungsmethoden wie 3D-Druck und Laserbeschriftung möglich.

Branchen, die momentan noch mit etwas Verzögerung reagieren, sollten 2018 aufholen, um nicht von anderen überholt zu werden. Denn Innovationszyklen werden kürzer und Organisationen sind in den nächsten Jahren gefordert, immer schneller und flexibler auf die sich wandelnden Marktgegebenheiten und Kundenbedürfnisse zu reagieren. Ab 2018 müssen sie nicht nur ihre Geschäftsmodelle schützen, sondern auch neue Geschäftsfelder entwickeln, um ihren Geschäft zu stärken und wettbewerbsfähig zu bleiben.

Neuartige Technologien wie der industrielle 3D-Druck unterstützen Unternehmen auf diesem Weg. Gleichzeitig können sie jedoch auch große Auswirkungen auf Geschäftsmodelle und die Art und Weise haben, wie man arbeitet. Mitarbeiter müssen flexibler werden, da sich ihr gewohntes Arbeitsumfeld verändert. Die Transformation ist herausfordernd, bietet aber auch neue Chancen, da sich in den nächsten Jahrzehnten Design und Produktion grundlegend verändern werden.

Fazit

EOS erwartet, dass der industrielle 3D-Druck weiterhin große Fortschritte machen wird. Die Technologie ist mittlerweile erwachsen geworden. Je nach Branche steht sie entweder kurz vor dem Sprung in die Serienproduktion oder ist bereits dort angekommen. Doch die Technologie allein reicht nicht aus. Unternehmen und ihre Mitarbeiter müssen umdenken, damit sie auch in den kommenden Jahren wettbewerbs- und zukunftsfähig bleiben.


Mediathek

Schichtarbeit für Laser

Additive Fertigung auf der Formnext 2017

3D-Drucken


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Unternehmensinformation

EOS GmbH Electro Optical Systems

Robert-Stirling-Ring 1
DE 82152 Krailling
Tel.: 089 89336-0
Fax: 089 89336-285

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