AMFG / / Wie ausgereift ist Ihre Branche bei der Einführung des 3D-Drucks?

Wie ausgereift ist Ihre Branche bei der Einführung des 3D-Drucks?

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In vielen Branchen wird der 3D-Druck mittlerweile in den Produktentwicklungs- und Produktionsprozessen eingesetzt. Von der Automobilindustrie bis zum Baugewerbe können die Industrien von kürzeren Vorlaufzeiten, größerer Gestaltungsfreiheit und werkzeugloser Fertigung durch 3D-Druck profitieren.
 
Viele Unternehmen zögern jedoch weiterhin mit der Einführung des 3D-Drucks, was häufig darauf zurückzuführen ist, dass sie nicht genau wissen, wie die Technologie derzeit in ihrer Branche eingesetzt wird, und sich nicht sicher sind, ob der richtige Zeitpunkt für Investitionen gekommen ist.
 
Damit Unternehmen besser verstehen, wie sich der 3D-Druck branchenübergreifend entwickelt, haben wir eine Wachstumstabelle mit 8 Schlüsselbranchen zusammengestellt.
 

Die Wachstumstabelle der 3D Druckindustrie

Das Wachstumsdiagramm zeigt die Akzeptanzraten des 3D-Drucks in verschiedenen Branchen [Bildnachweis: AMFG]
Das Wachstumsdiagramm zeigt die Akzeptanzraten des 3D-Drucks in verschiedenen Branchen [Bildnachweis: AMFG]

 
Das Diagramm ist in vier Hauptphasen unterteilt, die die Akzeptanz des 3D-Drucks kennzeichnen:
 

  • Frühstadium. Zu diesem Zeitpunkt beginnen Early Adopters erst, die Fähigkeiten der Technologie zu untersuchen. Zwar gibt es viele F+E-Initiativen und Pilotprojekte, aber nur wenige konkrete Fallstudien.
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  • Entwicklungsstadium. Die Fähigkeiten der Technologie entwickeln sich weiter. Unternehmen setzen 3D-Druck für Prototyping-Anwendungen ein, und es werden immer mehr Fallstudien verfügbar.
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  • Erste Etablierung. Der Einsatz von 3D-Druck erweitert sich auf Werkzeuge, funktionale Prototypen und einige Endanwendungs-Fertigungsprojekte. Best Practices für die Technologie werden derzeit entwickelt. Neue Fallstudien erscheinen immer häufiger.
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  • Reifes Stadium. Die Technologie hat sich in vielen Branchen als Fertigungsmethode bewährt, wird gut verstanden und ist etabliert. Die wichtigsten Standards wurden entwickelt, um reproduzierbare Qualität in großem Maßstab zu ermöglichen.
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Die Verbreitung des 3D-Drucks ist in den verschiedenen Branchen sehr unterschiedlich. Im Folgenden untersuchen wir den Stand der Technologie in den wichtigsten 8 Branchen, in denen sie zum Einsatz kommt, und wie die Zukunft des 3D-Drucks für die einzelnen Branchen aussieht.
 

Luft – und Raumfahrt

Das neueste 777X-Flugzeug von Boeing wird mit sechs 3D-gedruckten Teilen in seinen GE9X-Triebwerken fliegen [Bildnachweist: Boeing]
Das neueste 777X-Flugzeug von Boeing wird mit sechs 3D-gedruckten Teilen in seinen GE9X-Triebwerken fliegen [Bildnachweist: Boeing]

 
Stadium: Frühes Etablierung
 
Die Luft- und Raumfahrtindustrie gehört zu den ersten Anwendern des 3D-Drucks. Die Technologie wurde bereits 1989 erstmals eingesetzt. Im Jahr 2018 machte die Luft- und Raumfahrt 12% des gesamten Marktes für additive Fertigung aus und trug maßgeblich zu den ständigen Fortschritten in der Branche bei.
 
Offensichtlich ist die Luft- und Raumfahrt eine der ausgereiftesten Branchen für den 3D-Druck. Hier bietet die Technologie einen Mehrwert für Prototyping- und Werkzeuganwendungen und vor allem für die Endproduktfertigung.
 
Einige der größten Akteure der Branche, darunter GE, Airbus, Boeing, Safran und GKN, haben modernste 3D-Drucktechnologien, insbesondere für Metall, in ihre Produktionsprozesse integriert.
 
Ein Beispiel hierfür ist der neueste zweimotorige Boeing-Jet 777X, der im Laufe dieses Jahres mit sechs 3D-gedruckten Teilen in den GE9X-Motoren fliegen wird. Zu diesen Teilen gehören die bekannten 3D-gedruckten Kraftstoffdüsen von GE sowie andere Teile wie Temperatursensoren, Kraftstoffmischer und größere Teile wie Wärmetauscher und Abscheider.
 
Neben dem Druck von Endverbrauchsteilen trägt die Luft- und Raumfahrtindustrie maßgeblich zur weiteren Industrialisierung des 3D-Drucks bei. Zu den bemerkenswerten Anstrengungen zählen die laufenden Normungsaktivitäten und Forschungsinitiativen.
 
So standardisierte Boeing im Februar 2018 gemeinsam mit Oerlikon den Titan-3D-Druck für Luft- und Raumfahrtanwendungen, während SAE International im vergangenen Sommer vier verschiedene Standards für den 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt herausgab.
 
Wenn die Branche von Standardisierung spricht, ist dies ein klarer Indikator dafür, dass eine Technologie nicht mehr exotisch, sondern routinemäßig hergestellt wird.
 
In Bezug auf das prognostizierte Wachstum des 3D-Drucks in der Luft- und Raumfahrt, prognostizieren Marktberichte einen CAGR zwischen 17,5% und 20,24% für die nächsten fünf Jahre. Diese Zahlen deuten darauf hin, dass der Einsatz der Technologie weiter zunehmen wird, da Luft- und Raumfahrtunternehmen neue Anwendungsfälle finden und ihr Fachwissen im 3D-Druck vertiefen.
 

Fazit

Luft- und Raumfahrtunternehmen gehören zu den fortschrittlichsten Anwendern des 3D-Drucks. Sie integrieren nicht nur den 3D-Druck in die Produktion, sondern tragen auch zur Standardisierung bei. Mit mehr Flugzeugen, die 3D-gedruckte Teile an Bord haben, hat die Technologie eindeutig das frühe Mainstream-Stadium der Einführung erreicht.
 

Medizin

Orthopädische Implantate wie Hüftgelenkpfannen sind eine der größten Wachstumschancen für den 3D-Druck
Orthopädische Implantate wie Hüftgelenkpfannen sind eine der größten Wachstumschancen für den 3D-Druck

 
Stadium: Frühes Etablierung
 
Der 3D-Druck hat in der Medizinbranche erheblich an Bedeutung gewonnen und die Möglichkeit erweitert, personalisierte Pflege, kundenspezifische medizinische Geräte und prä-operative Modelle anzubieten.
 
Laut einem Bericht des Marktforschungsunternehmens SmarTech wird der Markt für medizinisches 3D-Drucken, einschließlich Materialien, Dienstleistungen, Software und Hardware, derzeit auf 1,25 Milliarden US-Dollar geschätzt. Bis 2027 soll diese Zahl auf 6,08 Milliarden US-Dollar ansteigen.
 
Innerhalb des medizinischen 3D-Drucks werden die drei Hauptsegmente die Orthopädie, die personalisierte Chirurgie und Medizinprodukte sein.
 
In der Orthopädie besteht eine der größten Wachstumschancen. SmarTech prognostiziert, dass es bis 2021 mehr als 1 Milliarde in Metall gedruckte 3D-Implantate geben wird.
 
Einer der Haupttreiber für dieses Wachstum ist die Möglichkeit, mithilfe des 3D-Drucks hochwertig überlegene orthopädische Implantate zu erstellen. Solche Implantate weisen komplexe Netzstrukturen auf, die ein besseres Einwachsen von Knochen und letztendlich bessere Behandlungsergebnisse ermöglichen können.
 
Darüber hinaus ist der 3D-Druck gut positioniert, um das führende digitale Verfahren bei der Herstellung von Dentalmodellen, kieferorthopädischen Spangen, Restaurationen und vielem mehr zu werden.
 
Die Vorteile des 3D-Drucks, wie z. B. eine verbesserte Anpassung und hohe Genauigkeit, werden „die Dentalbranche auf die nächste Stufe bringen und die gesamte Branche auf Additive umstellen“, so prognostiziert Scott Dunham, Vize von Research bei SmarTech-Analysis.
 
Clear Aligner, eine transparente Form von Zahnspangen, ist ein Markt, der mit dem 3D-Druck florieren kann. Align Technology, Hersteller von Invisalign Clear Alignern, hat kürzlich verstärkt in die SLA-3D-Drucktechnologie von 3D Systems investiert. Bei Align werden mit dieser Technologie Formen für mehr als 320.000 eindeutige Spangen pro Tag hergestellt.
 
In ähnlicher Weise hat SmileDirectClub, der Pionier der Clear Aligner-Ferntherapie, eine Flotte von 49 HP Jet Fusion 4210 3D-Druckern eingerichtet. Das Unternehmen plant nun, im nächsten Jahr fast 20 Millionen Mundspangen in 3D zu drucken.
 
Mit dem Fortschritt der 3D-Drucktechnologie und der Materialien werden die Dentalunternehmen in den nächsten Jahren auf den direkten 3D-Druck von Clear Alignern umsteigen.
 
Um dies zu ermöglichen, wird es jedoch von entscheidender Bedeutung sein, dass die Aufsichtsbehörden im Gesundheitswesen mit den Entfaltungsmöglichkeiten im medizinischen und zahnmedizinischen 3D-Druck Schritt halten können.
 

Fazit

Die Akzeptanz des 3D-Drucks in der medizinischen Industrie kommt der in der Luft- und Raumfahrt nahe. Aufgrund der Möglichkeit, ganze Segmente wie den Dentalbereich auf 3D-Druck als Schlüsseltechnologie für die Herstellung umzustellen, haben wir den medizinischen Bereich jedoch leicht nach vorne gebracht.
 

Automobilindustrie

Das 3D-Druckmodell für die Automobilindustrie [Bildnachweis: SmarTech Analysis]
Das 3D-Druckmodell für die Automobilindustrie [Bildnachweis: SmarTech Analysis]

 
Stadium: Frühes Etablierung
 
Ab 2019 hat sich der 3D-Druck in der Automobilindustrie vor allem als Technologie für Prototypen- und Werkzeuganwendungen etabliert. Vor allem im Motorsport und bei Luxusfahrzeugen gewinnt die Technologie in der Serien- und Sonderanfertigungsfertigung jedoch zunehmend an Bedeutung.
 
In den letzten 12 Monaten haben namhafte Automobilunternehmen 3D-gedruckte Teile für ihre Fahrzeuge eingeführt. Ford arbeitet beispielsweise mit Carbon, einem Hersteller von 3D-Druckern auf Harzbasis zusammen, um Endverbrauchs- und Ersatzteile für seine Fahrzeuge herzustellen. Die Teile umfassen Hebelarm-Wartungsteile, Zusatzstecker und Feststellbremsenhalterungen
 
Ende 2018 meldete BMW, dass die ein millionste Komponente, die seit 2010 in Serie ist, in 3D gedruckt wurde. Die Komponente, eine Fensterführungsschiene für den BMW i8 Roadster, wurde mithilfe der HP Multi Jet Fusion-Technologie in 3D gedruckt.
 
Neben Polymeren gewinnt der Metall-3D-Druck im Automobilbereich zunehmend an Bedeutung. Dies ist insbesondere auf die Einführung billigerer und schnellerer Metallbindemittel-Strahltechnologien zurückzuführen, die sich für die Serienproduktion und die Massenanpassung als kostengünstiger erweisen.
 
So will Volkswagen beispielsweise mit der neuen Metal Jet-Technologie von HP Strukturbauteile für Serienfahrzeuge herstellen. Der Autohersteller hofft, dieses Ziel in den nächsten zwei bis drei Jahren zu erreichen.
 
Diese Trends deuten darauf hin, dass die Automobilindustrie in ihrem Produktionsworkflow auf die Industrialisierung des 3D-Drucks zusteuert.
 

Fazit

Der Einsatz des 3D-Drucks in der Automobilindustrie hat dank der raschen Fortschritte in der Technologie erst in jüngster Zeit den frühen Mainstream erreicht. Dies ermöglichte den Übergang des 3D-Drucks von einem reinen Prototyping-Tool zu einer Produktionslösung für Nischenmärkte wie Luxus- und Rennwagen.
 
In Zukunft werden mehr 3D-gedruckte Teile in Fahrzeugen verbaut werden, die über Luxus- und Sportwagen hinausgehen. Auf diese Weise können Automobilhersteller auch Strategien zur Optimierung der Lieferkette untersuchen und implementieren, z. B. On-Demand- und kundenspezifische Produktion in einem viel breiteren Maßstab.
 

Elektronik

Ein 3D-gedruckter Prototyp einer Leiterplatte [Bildnachweis: Nano Dimension]
Ein 3D-gedruckter Prototyp einer Leiterplatte [Bildnachweis: Nano Dimension]

 
Stadium: Entwicklungsstadium
 
Die Elektronikindustrie ist ein junges und doch wachsendes Gebiet für den 3D-Druck.
 
„Jetzt befindet sich der 3D-gedruckte Elektronikraum… wahrscheinlich dort, wo der traditionelle AM-Raum vor ungefähr 5 Jahren war“, sagt Simon Fried, Mitbegründer von Nano Dimension, einem Hersteller von 3D-Elektronikdruckern, in einem Interview mit AMFG.
 
“Gegenwärtig handelt es sich hauptsächlich um Rapid Prototyping, aber es wird wahrscheinlich nur ein paar Jahre dauern, bis wir eine hochvolumige additive Fertigung von Elektronik sehen.”
 
Mithilfe des 3D-Drucks können Ingenieure im eigenen Haus Prototypen komplexer Leiterplatten und Antennen entwerfen und herstellen.
 
Für die Hersteller bedeutet dies, dass sie den Produktentwicklungsprozess beschleunigen können, indem sie keine hochwertigen Projekte an Dritte auslagern müssen.
 
Optomec und Nano Dimension sind derzeit zwei der größten Akteure auf dem Markt für 3D-gedruckte Elektronik. Beide entwickeln Systeme, mit denen funktionierende elektronische Komponenten hergestellt werden können.
 
Insbesondere das taiwanesische Elektronikunternehmen LITE-ON nutzt seit 2016 die Aerosol Jet-Technologie von Optomec für den 3D-Druck von Antennen und Sensoren für Unterhaltungselektronikgeräte. Dieses Beispiel zeigt ein riesiges, aber weitgehend ungenutztes Potenzial dieser Technologie.
 
Um 3D-gedruckte Elektronik in den Mainstream zu bringen, muss die Technologie zunächst skalierbarer werden, um höhere Produktionsvolumina liefern zu können. Materialien und Konstruktionssoftware müssen ebenfalls aufholen, um Elektronikherstellern den 3D-Druck von Teilen mit höherer Komplexität und Funktionalität zu ermöglichen.
 
In den letzten Jahren haben wir bedeutende Fortschritte in der 3D-gedruckten Elektronik erzielt. Diese Fortschritte führen den elektronischen 3D-Druck langsam von einem reinen Prototyping-Tool zur direkten Produktion.
 

Fazit

Derzeit befindet sich der elektronische 3D-Druck noch im Entwicklungsstadium. Es hat sich als nützliche Prototyping-Technologie etabliert, ist aber noch weit vom Mainstream entfernt.
 

Bauwirtschaft

[Bildnachweis: Branch Technology]
[Bildnachweis: Branch Technology]

 
Stadium: Frühstadium
 
Der 3D-Druck im Bauwesen hat in den letzten Jahren für viel Aufregung gesorgt. In vielerlei Hinsicht wurde diese Aufregung durch den Medienrummel um die verführerische Idee von vollständig 3D-gedruckten Häusern noch verstärkt.
 
Trotz des Hype befindet sich der 3D-Druck in der Baubranche in einem noch frühen Stadium
 
Der überwiegende Teil der in den letzten Jahren realisierten Bauvorhaben dient ausschließlich zu Demonstrationszwecken. Der Wert dieser Projekte beläuft sich auf einige hundert Millionen US-Dollar, was im Vergleich zum weltweiten Jahresumsatz der Bauindustrie von 10 Billionen US-Dollar einen Rückgang darstellt.
 
Derzeit gibt es vier Hauptanwendungen für den 3D-Druck in der Bauindustrie:
 

  • Betonextrusion, bei der ein 3D-Drucker eine spezielle Formulierung aus Betonmaterial extrudiert, um eine Struktur zu erstellen, z. B. eine Wand;
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  • 3D-Druck von Formen, die anschließend zur Herstellung von Bauteilen verwendet werden;
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  • 3D-Druck von Metallstrukturen wie Brücken mit großtechnischen Metalltechnologien wie Direct Energy Deposition;
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  • 3D-Druck für Innenarchitektur und Architekturmodelle.

 
Diese Anwendungen variieren in ihrer Laufzeit. Beispielsweise können mit Beton-3D-Druck ein Fundament und Wände eines Gebäudes hergestellt werden. Dies ist jedoch nur ein Teil dessen, was für den Bau eines Hauses erforderlich ist, und umfasst nicht die Installation von Heizung, Sanitär, Elektrik, Fenstern, Fußböden, Dächern und Oberflächen.
 
Der 3D-Druck von Beton hat jedoch das Potenzial, sich in den nächsten Jahren erheblich zu verbessern. Der weltweite Markt für 3D-Betondruck wird voraussichtlich von 30,56 Mio. USD im Jahr 2018 auf 57,89 Mio. USD im Jahr 2024 wachsen.
 
Dieses Wachstum wird maßgeblich durch eine zunehmende Anzahl neuer innovativer Bauvorhaben beflügelt. Beispielsweise hat sich Dubai eine ehrgeizige Mission gesetzt, den 3D-Druck in 25% der Neubauprojekte der nächsten sechs Jahren umzusetzen.
 
Gegenwärtig liegt einer der größten Erfolge des 3D-Drucks im Bauwesen möglicherweise in der Herstellung von Fugen und Fassaden, wobei die Leistungsfähigkeit des 3D-Drucks zur Herstellung komplexer und großer Formen genutzt wird.
 
Ein kürzlich durchgeführtes Renovierungsprojekt für ein 42-stöckiges Wohn- und Geschäftshaus in New York City verdeutlicht dies.
 
Gate Precast, ein Unternehmen, das an der neuen Fassade des Gebäudes gearbeitet hatte, stellte fest, dass die Erstellung von Holzformen für das Projekt ein großes Unterfangen sein würde, dessen Fertigstellung bis zu 9 Monate dauern könnte.
 
Um den Prozess zu beschleunigen, setzte das Unternehmen die 3D-Drucktechnologie BAAM im großen Maßstab ein und konnte innerhalb von 8 und 11 Stunden 40 Formen drucken.
 
Die 3D-gedruckten Formen waren nicht nur schneller herzustellen, sondern boten den Architekten auch eine viel größere Flexibilität, um innovative Formen in ihre Entwürfe einzubeziehen.
 

Fazit

Wir haben den 3D-Druck in der Bauindustrie frühzeitig eingeführt, da die Leistungsfähigkeit der Technologie für die Branche erst langsam Gestalt annimmt. Derzeit hat die Bauindustrie nur die Oberfläche des 3D-Drucks angekratzt um zu sehen was möglich ist. 3D-gedruckte Häuser sind derzeit noch sehr weit von der Wirklichkeit entfernt.
 
Es gibt noch viel zu erforschen und zu entwickeln, bevor Bauunternehmen den 3D-Druck einsetzen können, um das Versprechen von 3D-gedruckten Häusern zu erfüllen.
 
Die Möglichkeiten der Technologie zur Herstellung von Arbeitsstrukturen bleiben begrenzt und erfordern mehr Forschung und Entwicklung, um sie weiterhin voranzutreiben.
 
In naher Zukunft wird der 3D-Druck weiterhin für Architekturmodelle, Innenausstattungskomponenten und Formen verwendet werden.
 
Langfristig gesehen gibt es jedoch viel Spielraum, um die Technologie zu verbessern und weiterzuentwickeln, was Architekten und Bauingenieuren gleichermaßen viel mehr Möglichkeiten eröffnet.
 

Öl & Gas

Oil-and-Gas-Industry

 
Stadium: Frühstadium
 
Das multinationale Öl- und Gasunternehmen BP hat den 3D-Druck als eine von sechs Technologien aufgeführt, die sich in den nächsten Jahren erheblich auf den Energiesektor auswirken werden. Zu den Hauptvorteilen der Branche zählen eine verbesserte Produktleistung, reduzierte Kosten und Vorlaufzeiten sowie eine flexiblere und verteilte Lieferkette.
 
Trotz dieser Vorteile hat sich die Technologie in der Öl- und Gasindustrie nur schleppend durchgesetzt. Unternehmen setzen 3D-Druck hauptsächlich für Prototyping-Anwendungen und Pilotprojekte ein.
 
Einer der Hauptgründe für die langsame Einführung des 3D-Drucks in der Öl- und Gasbranche ist, dass die größten Stakeholder der Branche sich ausschließlich auf ihre Lieferkette verlassen. Öl- und Gaslieferanten der Stufen 1 und 2 verlassen sich in der Regel auf bewährte Produktionsmethoden und sind beständig gegen die Einführung neuer Herstellungsverfahren wie dem 3D-Druck.
 
Pioniere wie GE und Siemens Oil & Gas haben jedoch bereits damit begonnen, den 3D-Druck in ihre Lieferketten für die Herstellung von Turbomaschinenteilen, Laufrädern, Brennern und Brennerwirbeln zu integrieren.
 
Für solche Anwendungen sind Metall-3D-Drucktechnologien wie SLM, EBM und DED für die Öl- und Gasindustrie am vorteilhaftesten. Insbesondere der DED könnte für die Branche wertvoll sein, da er nicht nur neue Teile herstellen, sondern auch vorhandene Komponenten reparieren kann.
 

Fazit

Das Weltwirtschaftsforum hat geschätzt, dass der 3D-Druck den Öl- und Gasunternehmen Kosten und Zeit im Wert von 30 Milliarden US-Dollar zusätzlich einsparen könnte.
 
Um diesen Wert zu nutzen, muss die Branche unbedingt daran arbeiten, die wertvollsten frühen Verwendungen der Technologie zu identifizieren. Dies wird Öl- und Gasunternehmen dabei helfen, Kompetenz und Vertrauen in die Technologie aufzubauen, um ihr Potenzial zu maximieren.
 
Um den 3D-Druck in der Öl- und Gasbranche stärker zu etablieren, muss die Technologie weiterentwickelt werden, um die robusten Leistungs- und Sicherheitsstandards der Branche zu erfüllen.
 
Es gibt bereits zahlreiche Forschungsinitiativen mit dem Ziel, die 3D-Druckverfahren und -materialien für den Einsatz in Öl und Gas zu qualifizieren.
 
Beispielsweise haben die Nanyang Technological University und ein globales Qualitätssicherungsunternehmen, DNL GL, kürzlich eine vierjährige Forschungskooperation unterzeichnet. Die Vereinbarung konzentriert sich auf die Entwicklung von Industriestandards, Qualitätssicherungsprozessen und die Zertifizierung für den 3D-Druck in der See- und Öl- und Gasindustrie.
 
Angesichts der derzeitigen Akzeptanz- und Standardisierungsrate erwarten wir, dass Öl- und Gasunternehmen in den nächsten 5 bis 10 Jahren den 3D-Druck in ihre Lieferketten aufnehmen werden.
 

Industriegüter

3D gedruckte Kugellager [Bildnachweis: Bowman International]
3D gedruckte Kugellager [Bildnachweis: Bowman International]

 
Stadium: Frühe Etablierung
 
Der Industriegüterbereich umfasst die Herstellung von Maschinenkomponenten, Werkzeugen und Ausrüstungen für die Herstellung anderer Güter. Für diesen Sektor bietet der 3D-Druck eine Reihe von Vorteilen, darunter kürzere Vorlaufzeiten, neue Gestaltungsmöglichkeiten und Produktion auf Abruf.
 
Dank dieser Vorteile und der Reifung der Technologie und der Materialien wird der 3D-Druck zunehmend in Anwendungen eingesetzt, die von Werkzeugen über Maschinenkomponenten bis hin zu Ersatzteilen reichen.
 
CNH Industrial, eines der größten Investitionsgüterunternehmen der Welt, hat kürzlich angekündigt, den 3D-Druck in seine Herstellungsprozesse aufzunehmen. Der Schwerpunkt wird auf der Herstellung von Ersatzteilen für Busse und landwirtschaftliche Geräte liegen.
 
Das Unternehmen hat bereits die ersten vier Teile identifiziert, die aus Kunststoff gefertigt werden. In Kürze wird es jedoch versuchen, die Möglichkeiten des Metall-3D-Drucks zu erweitern. Schließlich hofft CNH Industrial, mithilfe des 3D-Drucks ein vollständiges Teilespektrum produzieren zu können, um „auf alle Arten von Anforderungen in jeder Phase des Produktlebenszyklus reagieren zu können“.
 
Der Investitionsgüterhersteller ist nicht der erste Spezialausrüster, der den Wert von 3D-gedruckten Ersatzteilen erkennt. Im Baugewerbe erforscht Caterpillar seit mehreren Jahren die Verwendung des 3D-Drucks für Ersatzteile. Auch Siemens Mobility hat mit dem 3D-Druck von Ersatzteilen für den Schienenverkehr begonnen.
 
Darüber hinaus erleichtert die Heranreifung der Desktop-3D-Drucker und ihre Verlagerung auf die industrielle Seite die Einführung des 3D-Drucks für Werkzeuganwendungen wie Vorarbeiten und Vorrichtungen.
 
Mittlerweile werden in Gießereien zunehmend 3D-Sanddrucker eingesetzt, um Sandkerne und Formen für Teile in schweren Maschinen und Geräten herzustellen. Der Sand-3D-Druck ist nützlich für die Herstellung von Formen durch wesentlich kürzere Vorlaufzeiten und einer geringerer Wahrscheinlichkeit von menschlichen Fehler als die herkömmlichen Methoden.
 

Fazit

Der 3D-Druck für Industriegüter hat eindeutig das frühe Mainstream-Stadium erreicht. Viele große Unternehmen setzen die Technologie zur Herstellung von Endverbraucher- und Ersatzteilen ein.
 
Die Industriegüterindustrie hat bereits begonnen, die Vorteile des 3D-Drucks zu nutzen. Um auf diesen Fortschritten aufzubauen, muss die Branche bei Normungs- und Forschungsaktivitäten zusammenarbeiten. Dies wird dazu beitragen, geeignetere Anwendungsfälle zu identifizieren und das Vertrauen in die Technologie zu stärken.

Konsumgüter

Der 3D-Druck gewinnt bei der Herstellung von Turnschuhkomponenten wie Zwischensohlen zunehmend an Bedeutung [Bildnachweis: Adidas]
Der 3D-Druck gewinnt bei der Herstellung von Turnschuhkomponenten wie Zwischensohlen zunehmend an Bedeutung [Bildnachweis: Adidas]

 
Stadium: Entwicklungsstadium
 
In der Konsumgüterindustrie konzentriert sich die Anwendung des 3D-Drucks hauptsächlich auf die Erstellung von Prototypen, die in der Produktdesign- und Entwicklungsphase verwendet werden.
 
Obwohl Rapid Prototyping eine Schlüsselanwendung bleibt, könnte das wahre Potenzial der Technologie in der direkten Herstellung von Konsumgütern liegen. Zu den Hauptvorteilen des 3D-Drucks für die Herstellung von Endverbraucherprodukten gehören kostengünstige Anpassungen und größere Gestaltungsfreiheit.
 
Ab 2019 sind Schuhe, Brillen, Schmuck und Fahrradproduktion die größten Segmente, die den 3D-Druck in der Produktion nutzen.
 
Die Brillenindustrie war bei der Nutzung des 3D-Drucks einer der Vorreiter für die Endverbrauchsproduktion. Das Berliner Brillenunternehmen Mykita GmbH hat bereits 2011 die weltweit erste 3D-gedruckte Brillenkollektion auf den Markt gebracht. Das Unternehmen verwendet die SLS-Technologie aus Polymer und Nylon, um Rahmen für seine MYLON-Sonnenbrillenkollektion zu erstellen.
 
Darüber hinaus tätigt die Schuhindustrie erhebliche Investitionen in die Entwicklung digitaler Arbeitsabläufe für die Schuhherstellung, um eine schnellere Innovation und Massenanpassung zu ermöglichen.
 
Marken wie Adidas, Nike, New Balance, Reebok und Under Armour setzen dafür 3D-Drucktechnologien wie SLS, SLA und Carbons DLS ein, um 3D-gedruckte Elemente wie Mittelsohlen und Einlegesohlen in ihre Schuhe einzuführen.
 
Im Schmuckbereich hat der 3D-Druck zwei Vorteile für die Schmuckhersteller. Die erste Methode ist das 3D-Drucken von Feingussmustern, die billiger und schneller herzustellen sind als herkömmliche Verfahren.
 
Ein zweiter Ansatz ist der direkte 3D-Druck von Schmuck unter Verwendung von Edelmetallen. Mit beiden Methoden lassen sich individuelle Schmuckstücke mit dünnen Wänden und komplizierten Details herstellen, die auf andere Weise nicht herstellbar wären.
 
Auch Fahrradhersteller führen 3D-Druck in ihre Produktion ein. Diese neue Chance wird hauptsächlich durch die ausgereifte Composite-3D-Drucktechnologie vorangetrieben. Mit dem Composite-3D-Druck können Fahrradhersteller schneller und einfacher maßgeschneiderte Fahrräder erstellen als mit etablierten Methoden.
 
Zugegebenermaßen sind die Akzeptanzraten des 3D-Drucks auch in diesen Bereichen der Konsumgüterindustrie noch relativ niedrig, insbesondere im Vergleich zu zukunftsweisenden Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Medizin.
 
Für die meisten Konsumgüterunternehmen ist die Implementierung einer 3D-Druck-Produktionslinie zumindest vorerst nicht wirtschaftlich. Zum einen können die Produktionsvolumina im 3D-Druck derzeit nicht mit den Volumina der konventionellen Fertigung mithalten.
 
Selbst wenn sich die Kosteneffizienz des 3D-Drucks verbessert, ist es unwahrscheinlich, dass die Technologie jemals die Massenproduktionsmethoden in einem Teilsektor des Konsumgütermarkts vollständig ersetzen wird.
 

Fazit

Trotz der vielen neuen Anwendungen des 3D-Drucks im Konsumgüterbereich befindet sich die Technologie immer noch in einem früheren Stadium der Einführung, insbesondere im Vergleich zu Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Medizin. Das Produktionsvolumen ist im Vergleich zu etablierten Verfahren wie dem Spritzgießen ebenfalls geringer.
 
Mit zunehmender Skalierbarkeit der Technologie werden jedoch in den nächsten fünf Jahren mehr Konsumgüterunternehmen den 3D-Druck für Endanwendungen testen. Dies hilft die Anwendungen und Produkte zu identifizieren, die am meisten von der Technologie profitieren können, und ermöglicht es den Unternehmen diese in ihre Produktionsabläufe einzuführen.
 

Industrialisierung des 3D-Drucks

Von der Luft- und Raumfahrt bis hin zu Konsumgütern setzen die Branchen auf 3D-Druck, um bessere Produkte schneller herzustellen und ihre Abläufe zu optimieren.
 
Die Akzeptanzraten der Technologie variieren jedoch je nach Branche. Die höchsten Raten sind in den Branchen zu verzeichnen, in denen hochwertige Teile in geringen Stückzahlen, wie in der Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik, hergestellt werden oder in denen eine schnellere Produktentwicklung und Anpassung erforderlich ist, wie beispielsweise in der Automobil- und Konsumgüterindustrie.
 
Zu den größten Wertschöpfungsmöglichkeiten, die der 3D-Druck bietet, gehören eine verbesserte Produktfunktionalität, eine höhere Produktionseffizienz, eine bessere Anpassung, kürzere Markteinführungszeiten und On-Demand-Ersatzteile, insbesondere für die Asset-Schwerindustrie.
 
Aus diesem Grund beschleunigen die Unternehmen der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und der Industriegüterindustrie ihre Investitionen in die Technologie.
 
Trotzdem sind noch einige Hindernisse zu überwinden, bevor die Technologie wirklich breite Akzeptanz findet. Dazu gehören die Standardisierung von Materialien und Prozessen, niedrigere Produktionskosten sowie eine höhere Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit.
 
Hersteller von 3D-Druckern und andere Akteure der Branche stellen sich diesen Herausforderungen. Sie begegnen diesen Einschränkungen, indem sie Maschinen mit Regelungssystemen ausstatten, gemeinsam Standards entwickeln und die Arbeitsabläufe durch Automatisierung verbessern.
 
Das Ökosystem der Fertigung verändert sich sehr schnell, auch dank der wachsenden Leistungsfähigkeit der 3D-Drucktechnologien. Um in diesem Ökosystem erfolgreich zu sein, sollten Unternehmen über den 3D-Druck hinaus über Prototyping nachdenken und Strategien entwickeln, wie sie die Technologie für die Produktion nutzen können.