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Fachartikel, 22.03.2018
3D-Metalldruck im Maschinenbau
Additive Fertigung bietet Industrie und Handwerk viele Chancen
Verschläft der Mittelstand den Trend zur additiven Fertigung? Noch sind die meisten mittelständischen Betriebe weit davon entfernt, den industriellen 3D-Druck als Innovationstreiber zu nutzen. Dabei ist es höchste Zeit, sich mit den vielversprechenden Möglichkeiten dieser Zukunftstechnologie zu beschäftigen.
Mittelstndische Zulieferbetriebe mssen sich auf massive Vernderungen in den Lieferketten einstellen. Der Grund liegt im 3D-Metalldruck. Beim 3D-Druck werden Daten, nicht Produkte um die Welt geschickt.  Es gibt es zwar bereits einzelne Pioniere im Mittelstand, die diese Technologie bereits frh einsetzten und daraus heute echte Wettbewerbsvorteile generieren. Die Masse der mittelstndischen Industriebetriebe beschftigt sich jedoch noch gar nicht damit oder wartet erst mal ab. Gleichzeitig entscheiden sich derzeit immer mehr groe OEM`s dafr, diese Technologie im eigenen Hause einzusetzen, zum Teil bereits fr die Serienfertigung. Das wirkt sich unmittelbar auf deren Zulieferer aus, die meist im Mittelstand angesiedelt sind: Entweder die OEM`s fordern ihre Zulieferer dazu auf, ebenfalls auf diese Technologie zu setzen oder es wird ein Wettbewerber fr sie tun.

3D-Druck wird das Thema Ersatzteile erheblich beeinflussen


Der 3D-Druck gilt als bahnbrechende Technologie. Vergleichbar mit der Erfindung des Digitaldrucks in der Druckindustrie. Erhebliches Potenzial birgt dieses auch als "selektives Laser schmelzen" (SLM) bezeichnete Verfahren insbesondere fr den Maschinenbau und fr die Fertigungsindustrie.

Die Grundlage hierfr legte der US-amerikanische Ingenieur Charles W. Hull bereits 1983. Zwar dauerte es bis zum endgltigen Durchbruch des 3D-Druck noch einige Zeit. Dieser drfte jedoch sptestens 2015 gekommen sein. Insbesondere seit dem auch groe Unternehmen, wie die Deutsche Bahn, auf die werkzeuglose SLM-Technologie setzen. Das Logistik-Unternehmen lsst inzwischen einen Teil der bentigten Ersatzteile auf Basis dieses Verfahrens von spezialisierten Partnerunternehmen fertigen.

Prozessoptimierung durch Funktionsintegration


Die additive Fertigung birgt ohne Zweifel enormes Potenzial. Insbesondere im Maschinenbau, wo hufig komplexe Baugruppen aus vielen einzelnen Bauteilen bestehen und entsprechend zu entwickeln sind, greifen die durch den 3D-Druck gegebenen Vorteile der Geometriefreiheit. Der Grund:  Beim SLM-Verfahren entfallen nicht nur eine Reihe herkmmlicher Arbeitsschritte, wie gieen, formen, spanen oder schweien. Es ermglicht auch vllig neue Konstruktionsprinzipien – wie etwa die  „Funktionsintegration.

Bereits hinter diesem Ansatz der Funktionsintegration stecken erhebliche Einsparpotenziale. So mssen einzelne Bauteil-Gruppen nicht mehr konstruiert, getestet und bei verschiedenen Zulieferern geordert und dann zum fertigen Produkt montiert werden. Das eigentliche, in der additiven Fertigung produzierte, Endprodukt wird in diesem Szenario nur noch bei einem einzigen Lieferanten geordert.  Dieses Verfahren ermglicht gleich in mehreren Bereichen Kosteneinsparungen: etwa in der Konstruktion, im Einkauf und in der Logistik, sowie bei der Montage oder der Fertigung.

Mehr Funktionswirkung – kaum Grenzen fr neue Designs

Neben krzeren Entwicklungszeiten ermglicht die additive Fertigung auch komplett neue Designs. Ein Beispiel hierfr sind die in einem Bauteil bereits integrierten Khlleitungen oder Leitungen fr die Temperaturbertragung. Damit werden deutlich schlankere Produkt-Designs mglich, die wiederum fr einen entsprechend geringeren Aufwand bei der Fertigung respektive bei der Endmontage sorgen.

Die additive Fertigung erffnet auch vllig neue Mglichkeiten fr Leichtbau-Konstruktionen. Bauteile werden deutlich leichter – was beispielsweise in der Flugzeugindustrie von unschtzbarem Vorteil ist: wo aus statischen Grnden kein Material bentigt wird, lsst man es einfach weg.

Grundlegendes Umdenken erforderlich

Um die  Vorteile der additiven Fertigung auszuschpfen, sind die neuen Mglichkeiten zwingend bereits bei der Konzeption und Konstruktion zu bercksichtigen.  Der Schlssel zur effektiven Nutzung dieser neuen Technologie liegt darin, sich bereits bei der Konstruktion des Bauteils auf dessen Funktion zu konzentrieren. Dies bedeutet fr die Entwicklungs-Ingenieure ein erhebliches Umdenken. Denn sie mssen die bentigten Funktionen von Beginn an mit passenden Geometrien verbinden. Und diese dann mit entsprechenden CAD-Programmen entwickeln, um diese letztlich mittels 3D-Drucker in physikalische Bauteile umzusetzen. Ein zentraler Aspekt hierbei ist, so viele angrenzende Bauteile und Funktionen wie mglich in einem einzigen Bauteil zu integrieren. Sonst besteht schlicht die Gefahr, dass die im 3D-Druck steckenden Potenziale nicht vollstndig genutzt werden.

Potenziale frhzeitig erkennen und ausschpfen

Unternehmen, die diese neue Technologie nutzen wollen, betreten berwiegend Neuland. Um Vorteile und Nutzen der additiven Fertigung richtig einzuschtzen zu knnen, ist viel Hintergrundwissen auf der Ebene der Unternehmensleitung erforderlich.  Zudem ist der 3D-Druck auch fr die meisten Ingenieure eine vergleichsweise junge Technologie, die das Aneignen zustzlichen Wissens erfordert.

Hinzu kommt, dass es den Beschftigten in den Unternehmen in der Regel schwer fllt, sich von bekannten und erprobten Verfahren zu lsen und neue Wege zu gehen. Das bedeutet, das Management der Unternehmen ist gefordert, mglichst frhzeitig einen Change Management-Prozess in Gang zu setzen, um letztendlich alle Vorteile der neuen Technologie auszuschpfen. Dieser Change-Prozess muss auch Phasen der Informationsbeschaffung einbeziehen. So bestehen hufig erhebliche Unsicherheiten – insbesondere hinsichtlich der Materialeigenschaften beim Einsatz der 3D-Druck-Technologie.

Hufig hinterfragt wird etwa die Materialfestigkeit. Oder auch die Fertigungsgenauigkeit und die maximale Bauteilgre. Allerdings sind diese Einwnde lngst entkrftet. Und auch mit Fakten widerlegt. Inzwischen sind gengend zertifizierte Materialen, wie Aluminium und Edelsthle, verfgbar. Deren Eigenschaften sind mit Serienwerkstoffen vergleichbar. Auch berzeugt der 3D-Druck hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit, die mit herkmmlichen Fertigungsverfahren nahezu identisch ist.

Fazit

Um als mittelstndischer Betrieb nicht in Zugzwang der groen OEMs zu geraten, gilt es alle technischen Vorzge des 3D-Metalldrucks mglichst frhzeitig zu erkunden. Mit fundiertem Wissen lassen sich die gegebenen Potenziale dann zukunftsweisend nutzen.

Die Vorteile des 3D-Drucks im berblick
  • Komplett neue Designs von Bauteilen
  • Krzere Entwicklungszeiten, schnellere Montage
  • Weniger Fehlerquellen
  • Hhere Wirkung eingebauter Funktionen
  • Gewichtsreduktion fr dynamisch beanspruchte Bauteile
  • Geringere Produktionskosten, Kosteneinsparungen in Konstruktion, Einkauf und Logistik
Tipp:  Ein Gesprch mit Betrieben im nahen Umfeld, die sich auf diese Technologie bereits spezialisierten, drften ein guter erster Ansatzpunkt fr die weitere Informationsbeschaffung sein.
ZUM AUTOR
ber Thomas Hilger
LIGHTWAY GmbH & Co. KG
Thomas Hilger ist geschäftsführender Gesellschafter der LIGHTWAY GmbH & Co. KG mit Sitz in Niederzissen. Das Unternehmen beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung von 3D-Metalldruckbauteilen. Vor der ...
LIGHTWAY GmbH & Co. KG
Im Schülert 3b
56651 Niederzissen

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