Wie ist der Stand des 3D-Drucks in Nordamerika und Europa?

Nordamerika und Europa bleiben die beiden Regionen mit dem größten Anteil am Markt für additive Fertigung (AM). Eine beträchtliche Anzahl von Unternehmen, die AM entwickeln, übernehmen oder in diese investieren, haben ihren Hauptsitz in diesen Regionen und bilden damit eine Hochburg des technologischen Fortschritts.
 
Gleichzeitig besteht jedoch die Gefahr, dass Nordamerika und Europa ihre führende Rolle bei AM auf dem schnell wachsenden AM-Markt an Asien verlieren.
 
Wie entwickelt sich die 3D-Druckindustrie in diesen Regionen? Und was sollten Nordamerika und Europa tun, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu sichern?
 

Akzeptanz des 3D-Drucks in Nordamerika

 
Die nordamerikanische Region dominiert weiterhin den AM-Markt. Nordamerika hat laut dem Wohlers-Bericht 2019 den größten Anteil (35 Prozent) an installierten industriellen AM-Systemen.
 
Ein Großteil dieses Anteils stammt aus den USA. Dank der frühen Entwicklung der Technologie und der historischen Führungsrolle in der traditionellen Fertigung sind die USA nach wie vor weltweit führend im 3D-Druck. Das Wachstum der Technologie in der Region wird auch durch die Anzahl der wichtigsten Akteure der Branche und die führende Anzahl von Patenten gestützt
 
Laut einem Bericht von EY haben 29 Prozent aller AM-Unternehmen ihren Hauptsitz in den USA – die höchste Anzahl weltweit. Unter ihnen befinden sich etablierte Player wie 3D Systems und Stratasys, die wohlbekannten Drei (Carbon, Desktop Metal und Formlabs) und eine große Anzahl traditioneller Fertigungsunternehmen, die den Sprung in AM geschafft haben (z. B. GE und HP). Interessanterweise erhalten die in den USA ansässigen 3D-Druckunternehmen auch die meisten Wagniskapitalinvestitionen (Venture Capital, VC). In der ersten Hälfte des Jahres 2018 erhielten US-amerikanische 3D-Druck-Start-ups mehr als 600 Millionen US-Dollar, mehr als die gesamten Geldmittel zwischen 2012 bis 2015, wie Daten von Pitchbook belegt.
 

Die Rolle der amerikanischen Regierung bei der AM-Industrialisierung

 
Während private Investitionen in den USA die wichtigsten Innovatoren im 3D-Druck waren, gab es einige transformative Regierungsinitiativen.
 
Eines davon ist der Start des National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) im Jahr 2012, das als nationaler Beschleuniger für AM dient. Ein Jahr nach seiner Gründung wurde NAMII in “America Makes” umbenannt.
 
Heute ist America Makes eine anerkannte Drehscheibe für fortschrittliche Fertigungsinnovationen. 88 F & E-Projekte wurden für AM durchgeführt. Es hat sich von einer Mitgliedergemeinschaft von 65 Gründungsorganisationen zu mehr als 225 in 2019 entwickelt.
 
Eine der größten Errungenschaften von America Makes ist die Zusammenarbeit mit dem American National Standards Institute (ANSI) bei der Erstellung und Veröffentlichung der ersten Normungs-Roadmap für AM.
 
Die Roadmap soll Standards identifizieren (genehmigen und entwickeln), Lücken bewerten und Prioritätsbereiche für zusätzliche F & E und die Normung festlegen.
 
Der Mangel an Standards bleibt eines der Haupthindernisse für die Beschleunigung der Einführung von AM. Mit einer Standardisierungs-Roadmap können sich Standardentwicklungsorganisationen ein klareres Bild von der aktuellen Normungslandschaft machen und die Entwicklung von Normen in Bereichen priorisieren, in denen sie am dringendsten benötigt werden.
 
Letztendlich fungiert die Roadmap als Koordinierungsdokument und erleichtert die Entwicklung eines kohärenten und harmonisierten Satzes von AM-Standards.
 

Verliert die USA ihren Vorsprung in AM?

 
Trotz ihrer führenden Position in AM könnten die USA Gefahr laufen, gegenüber anderen Regionen an Boden zu verlieren. Nach einer Analyse von A.T. Kearney, könnte Herausforderer wie Südkorea, Großbritannien und Deutschland, das Wachstum von AM in den USA in den nächsten Jahren übertreffen.
 
Zum einen fehlt dem Land eine landesweite Strategie für AM. Nach einer Analyse von A.T. In Kearney, den USA, wurde der 3D-Druck im Jahr 2017 von der Regierung weniger unterstützt als im Durchschnitt des AM-Engagements der Regierung.
 
Ab 2019 hat sich diesbezüglich nicht viel geändert. Obwohl das Weiße Haus im Oktober 2018 einen aktualisierten Bericht über die Strategie der amerikanischen Führung in der fortschrittlichen Fertigung herausgegeben hat, enthält der Bericht keine offiziellen Richtlinienänderungen zu AM.
 
Trotzdem gab es in den letzten Jahren einige bemerkenswerte staatliche Investitionen in AM.
 
2016 gewährte die US-Luftwaffe Aerojet Rocketdyne, einem amerikanischen Raketen- und Raketenantriebshersteller, 6 Millionen US-Dollar für die Entwicklung von Standards für 3D-gedruckte Raketentriebwerke. Mit diesem Zuschuss sollte die Abhängigkeit der USA von im Ausland hergestellten Startfahrzeugkomponenten verringert werden.
 
Darüber hinaus umfasste das US-Militärbudget 2018 eine 13,2 Mrd. USD Unterstützung für technologische Innovationen, einschließlich den 3D-Druck. Aus dem Militärhaushalt 2019 wurden auch Mittel für die verteidigungsbezogene 3D-Druckforschung bereitgestellt.
 
Trotz dieser Finanzierung werden Initiativen, die AM über die Bereiche Luft- und Raumfahrt und Verteidigung hinaus anwenden, viel weniger unterstützt.
 

Private Unternehmen treiben die AM-Industrie voran

 
Im Jahr 2019 wird AM in allen US-amerikanischen Werkstätten zunehmend eingesetzt. Mehr als die Hälfte der US-Unternehmen wendet 3D-Druck an, und weitere 22 Prozent erwägen laut EY-Bericht eine künftige Einführung.
 
Unternehmen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Industriegüter und Medizin machen AM zu einem ihrer wichtigsten Investitions- und Forschungsbereiche. Auch in der US-amerikanischen Automobilindustrie zeichnet sich für AM ein starker Aufwärtstrend ab. Ford hat beispielsweise 45 Millionen US-Dollar in sein neues Advanced Manufacturing Center investiert und damit begonnen, Funktionsteile für einige seiner Fahrzeuge zu drucken. Auch GM entwickelt Ansätze, um AM für seine zukünftigen Elektroautos zu nutzen.
 
Interessanterweise sehen nordamerikanische Unternehmen das Potenzial des 3D-Drucks optimistischer als europäische, heißt es in einem Sculpteo-Bericht aus dem Jahr 2019. Mehr als die Hälfte der befragten nordamerikanischen Unternehmen plant, ihre Investitionen in AM um mindestens 50 Prozent zu steigern.
 

Die Zusagen privater Unternehmen fördern das Wachstum von AM in den USA. Um jedoch ihre Führungsposition zu behaupten, muss die US-Regierung stärker in das AM-Ökosystem einbezogen werden. US-amerikanische Entscheidungsträger sollten erwägen, ein breiteres Programm von Initiativen zur Entwicklung der AM-Belegschaft, zur Aufklärung und zu Anreizen für Unternehmen zur Einführung des 3D-Drucks umzusetzen.
 

Akzeptanz des 3D-Drucks in Europa

 
Europa hat nach Nordamerika den zweitgrößten AM-Marktanteil.
 
Es beherbergt eine große Anzahl von etablierten Branchenakteuren mit einer langen Geschichte technischer Expertise in AM-Prozessen, darunter EOS, Renishaw, SLM Solutions, Ultimaker und Photocentric. Tatsächlich ist Europa nach einem Bericht von EY die Region mit den meisten (55 Prozent) AM-Unternehmen, gefolgt von Amerika mit 32 Prozent und Asien mit 13 Prozent.
 

Die Mehrheit der 3D-Druckunternehmen hat ihren Hauptsitz in Westeuropa, wobei Länder wie Deutschland, Großbritannien, Italien und Frankreich die AM-Entwicklung und -Anwendungen vorantreiben.
 
Laut einer Umfrage von IDC sind diese Länder auch führend bei der Einführung von AM für Endteile, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie und im Gesundheitswesen. Einige der Länder haben im Rahmen ihrer Pläne für fortschrittliche Fertigung und Industrie 4.0 auch eine nationale Strategie für AM entwickelt.
 
Während Westeuropa bei der Einführung des industriellen 3D-Drucks die Führung übernommen hat, bleibt Osteuropa immer noch zurück. Die Russische Föderation, die größte Volkswirtschaft Osteuropas, verfügt über ein großes Potenzial für den 3D-Druck, benötigt jedoch viel F & E, um geeignete Anwendungen zu identifizieren und relevante Lösungen zu implementieren.
 
Viele Unternehmen der russischen Regierung haben Programme zur Entwicklung industrieller Technologien wie AM angekündigt. Ihre Verlagerung in die Fertigung ist jedoch nach wie vor eine zentrale Herausforderung.
 
Tatsächlich stehen viele europäische Unternehmen, wenn es um die Einführung des 3D-Drucks geht, noch vor Herausforderungen. In einem Bericht von 2018, der von CECIMO, der Europäischen Vereinigung für additive Fertigung, durchgeführt wurde, heißt es, dass der Fachkräftemangel eine der größten Herausforderungen der Region bleibt. 52 Prozent der Befragten gaben an, in der jüngsten Vergangenheit Probleme mit der Einstellung kompetenter AM-Mitarbeiter gehabt zu haben.
 
In dem Bericht von CECIMO wurden jedoch auch die gefragtesten Bereiche des AM-Know-hows für europäische AM-Anwender genannt. Dazu gehören Aspekte wie Qualitätssicherung und Prüfung sowie Kenntnisse über behördliche Genehmigungsverfahren, die alle auf die zunehmende Präsenz von AM in der Serienproduktion hinweisen.
 

Länder im Rampenlicht: Deutschland

 
Auch bei der Übernahme und Industrialisierung von AM nimmt Deutschland, das größte Produktionsland der EU, eine Spitzenposition ein. Die Bundesregierung hat bereits 2011 die Initiative „Industrie 4.0“ gestartet, die unter anderem den Schwerpunkt 3D-Druck umfasst.
 
Ein Grund, warum Deutschland den 3D-Druck als Schlüsseltechnologie ins Visier nimmt, ist die Wahrung seines Wettbewerbsvorteils im globalen Wettbewerb. Dafür stellt Deutschland Mittel bereit und entwickelt spezifische Politiken und Institutionen.
 
Schätzungen zufolge gibt es deutschlandweit 148 Forschungseinrichtungen, die im Bereich AM tätig sind. Das Fraunhofer-Forschungsinstitut ist vielleicht das größte unter ihnen.
 

Das Fraunhofer Institut

 
2017 startete das Fraunhofer-Institut zusammen mit 6 Partnern das FutureAM-Projekt. Das Projekt zielt darauf ab, die Metall-AM zu beschleunigen, indem technologische Lösungen entwickelt werden, die dazu beitragen, die Skalierbarkeit, Produktivität und Qualität von AM-Prozessen für die Herstellung von Metallkomponenten zu verbessern.
 
Auf der diesjährigen Formnext werden die Teammitglieder Projektergebnisse vorstellen, die für die Branche transformativ sein könnten. Eines der Ergebnisse ist beispielsweise die Entwicklung eines neuen, kompakten optischen Systems für die Laser-Pulverbettfusion (L-PBF). Der erste Prototyp dieses Systems ist in Betrieb und soll mit einem Bauvolumen von 1000 mm x 800 mm x 500 mm bis zu zehnmal schneller als herkömmliche L-PBF-Systeme große Metallbauteile produzieren.
 

Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing

 
Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA ist ebenfalls stark in der AM-Industrialisierung engagiert.
 
In den 5 Jahren seines Bestehens ist der Verband für additive Fertigung auf rund 150 Mitglieder angewachsen. Hierzu zählen führende Anbieter von AM-Produktionstechnologien für die Verarbeitung von Metallen und Kunststoffen, Zulieferer von Komponenten, Software, Automatisierungstechnik und Materialien sowie industrielle Anwender aus verschiedenen Branchen und führende Forschungsinstitute.
 
Im vergangenen Jahr begannen Mitglieder der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing mit der Erstellung einer Roadmap, in der die Möglichkeiten zur Automatisierung von Fertigungsprozessen für den industriellen 3D-Druck skizziert wurden. In seiner Forschung identifizierte der Verband F & E-Themen in den Bereichen Materiallogistik, Umwelt, Gesundheit und Sicherheit, Datenverarbeitung und Prozessstandardisierung. Um diese Probleme zu lösen, ermutigt der Verband Forschungsgruppen, sich zusammenzuschließen und die Erfahrung und das Know-how verschiedener Branchen und Industrien auszutauschen.
 
Vor kurzem kündigte Siemens ein neues dreijähriges Projekt mit dem Titel “Industrielle Implementierung von Digital Engineering und additiver Fertigung (IDEA)” im Rahmen der Förderinitiative “Linienintegration additiver Fertigungsprozesse (LAF)” an, die vom deutschen Forschungs- und Bildungsministerium ins Leben gerufen wurde
 
Die Priorität des auf drei Jahre angelegten Projekts besteht darin, AM für den deutschen Industriesektor weiter zu industrialisieren, indem die Verbindung zwischen Hard- und Software durch digitale Zwillinge verbessert wird.
 
Projekte wie diese werden wichtige Treiber für die Beschleunigung industrieller Anwendungsfälle von AM sein. Derzeit nutzen nur rund 13 Prozent der 560 vom VDI, dem größten Ingenieurverband Westeuropas, befragten deutschen Unternehmen AM zur Herstellung kompletter Endprodukte. Ein Drittel gibt jedoch an, Produkte mit einigen Komponenten im 3D-Druck herzustellen – ein erfreulicher Trend.
 
Wenn es darum geht, AM in Deutschland einzuführen, gehört die Automobilindustrie zu den am schnellsten wachsenden Branchen. Es gab eine Reihe von Projekten und Initiativen, die darauf abzielen, die Vorteile des 3D-Drucks für Automobilanwendungen zu nutzen.
 
Eines der vielversprechendsten Projekte ist das Projekt „Industrialisierung und Digitalisierung der additiven Fertigung für Automobilserienprozesse“, kurz IDAM. Das von der BMW Group Anfang des Jahres gestartete Projekt zielt darauf ab, mindestens 50.000 Bauteile pro Jahr in Massenproduktion mit AM und über 10.000 Einzel- und Ersatzteilen zu liefern.
 
Im Erfolgsfall könnte IDAM ein Meilenstein für die Einführung von Serien-AM in der Automobilindustrie werden.
 
Der 3D-Druck ist in Deutschland eindeutig zu einer Angelegenheit von nationaler Bedeutung geworden. In Anbetracht der enormen Unterstützung durch Regierung, Institutionen und private Organisationen ist Deutschland gut positioniert, um auch in den kommenden Jahren führend im 3D-Druck in Europa zu bleiben
 

Länder im Rampenlicht: Großbritannien

 
Großbritannien gehört zu den weltweit führenden Ländern, sowohl bei der Entwicklung des Wissens als auch bei der erfolgreichen Anwendung der AM-Technologie. Nach Recherchen von A.T. Kearney, ist Großbritannien nach Deutschland der zweitgrößte Befürworter des 3D-Drucks in Europa.
 
Großbritannien ist gut positioniert, um AM zu nutzen, da es in den neunziger Jahren die Technologie für Rapid-Prototyping-Anwendungen eingeführt hat.
 
Während sich der 3D-Druck weiterentwickelt hat, hat Großbritannien eine strategische Chance für AM gesehen, seine Fertigungswirtschaft wiederzubeleben und auf der Weltbühne wettbewerbsfähiger zu werden.
 
Anfang 2014 begannen die Gespräche über eine nationale Strategie für AM. Im Jahr 2017 veröffentlichte die Regierung eine Industriestrategie, die einen klaren Weg aufzeigt, wie Großbritannien zu einem der führenden Akteure in AM werden kann.
 
Eine der Stärken des Landes liegt in der AM-Forschung und -Entwicklung. Mehrere führende britische Universitäten befassen sich aktiv mit AM-Forschung, wobei die drei größten Forschungszentren die University of Nottingham, die University of Sheffield und die University of Cambridge sind.
 
Darüber hinaus beherbergt das Manufacturing Technology Center (MTC), das 2015 eröffnet wurde, eines der modernsten nationalen AM-Zentren.
 

Großbritannien verfügt zwar über beträchtliche Forschungskapazitäten, die kommerzielle Akzeptanz der Technologie in der Fertigung ist jedoch noch immer gering.
 
Einige Unternehmen nutzen AM in großem Umfang, wie Bowman International für Lagerkäfige, Renishaw und Attenborough Dental für Kronen und Brücken, Metron für Elite-Zyklen, Croft für Filter und GKN für Luft- und Raumfahrt- und Automobilkomponenten. Die überwiegende Mehrheit der britischen Industrie hat die Technologie jedoch noch nicht vollständig übernommen.
 
Als Haupthindernisse für die Einführung von AM im Vereinigten Königreich wurden mangelnde Qualifikationen und Fachausbildung, mangelndes Verständnis der Regierung, eine zu vorsichtige Investitionshaltung und Verwirrung über den ROI der Unternehmensinhaber sowie eine fragmentierte Unterstützungsstruktur für Unternehmen ermittelt.
 
Obwohl viele Unternehmen von mehreren AM-Zentren aus unterstützt werden, fehlt ein entscheidender Teil – die Schulung und das Überzeugen der Ingenieure der Produktionslinie.
 
Das heißt, das Großbritannien das Potenzial hat, eine stark wissensbasierte AM-Lieferkette aufzubauen, sowohl in der Software als auch in der Hardwarebranche und mit Materialanbietern, die innovative Produktangebote entwickeln, und erstklassige Produktdesigner mit starkem Interesse an AM vertreten sind.
 
Letztendlich wird das Wachstum von AM hauptsächlich auf Anwendungen zurückzuführen sein, und es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass Großbritannien aufgrund seiner starken wissensintensiven Produktionsbasis nicht davon profitieren kann.
 
Es ist jedoch dringend erforderlich, dass die Regierung eine fragmentierte AM-Community koordiniert, um Konzepte zu entwickeln, insbesondere eine allumfassende, um die Herausforderungen bei der Adoption zu bewältigen.
 
Zusammenfassend hat das Vereinigte Königreich die Erfahrung und Kapazität, sowohl neue AM-Prozesse zu entwickeln als auch vorhandene Technologien anzuwenden. Heutzutage ist es jedoch wichtiger denn je, Initiativen zu entwickeln und zu finanzieren, die die Forschung in eine kommerzielle AM-Nutzung bei einer größeren Anzahl von Unternehmen umsetzen.
 

3D-Druck in Europa und Nordamerika: Wettbewerbsvorteile sichern

 
Im Jahr 2019 bleiben Nordamerika und Westeuropa an der Spitze der 3D-Druckindustrie. Beide Regionen stellen finanzielle Mittel für die Entwicklung von AM-Technologien und Anwendungen bereit, wobei Deutschland und die USA den Großteil der Fortschritte bei AM vorantreiben.
 
Das weltweite wirtschaftliche und politische Klima schafft jedoch große Unsicherheit für die europäischen und nordamerikanischen Regionen. Der Brexit und der US-Handelskrieg mit China, der die wichtigsten Handelsbeziehungen stört und zu einem Rückgang des verarbeitenden Gewerbes in den wichtigsten Volkswirtschaften der Welt führte, beeinträchtigten das Wachstumstempo des AM-Marktes in beiden Regionen.
 
Europa und die USA sind jedoch bereit, zusammenzuarbeiten, um die Industrialisierung der Technologie voranzutreiben.
 
Die EU hat sich kürzlich verpflichtet, AM bei Handelsgesprächen mit den USA über Industriegüter Vorrang einzuräumen. Mit dem Beschluss sollen bestehende nichttarifäre Handelshemmnisse für AM-Lösungen zwischen der EU und den USA angegangen werden, die den Exporteuren finanzielle und administrative Belastungen auferlegt haben.
 
In der letzten Aktualisierung dieser Diskussionen im Januar 2019 legte die Kommission zwei potenzielle Vereinbarungen vor, deren Genehmigung durch die USA noch aussteht.
 
Das Akzeptieren dieser beiden Vereinbarungen würde beiden Parteien zugute kommen, da auf diese Weise ein einheitlicher Standard für Unternehmen in der EU und den USA geschaffen würde und die Notwendigkeit entfällt, beim Eintritt in einen neuen geografischen Markt einen erneuten Antrag auf Zertifizierung zu stellen.
 
Insbesondere für AM würde dies die Belastung der derzeit für die Erlangung mehrerer, praktisch identischer Zertifikate erforderlichen Ressourcen verringern. Infolgedessen könnten Unternehmen ihre Anstrengungen neu ausrichten und sich stärker auf die Reifung der Technologie konzentrieren. Dies könnte für stark regulierte Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Automobilindustrie von größtem Nutzen sein.
 
Während Initiativen wie diese von entscheidender Bedeutung sind, müssen sich Unternehmen und Entscheidungsträger mehr auf die Förderung der AM-Bildung und die Schaffung von Anreizen für die Nutzung des 3D-Drucks konzentrieren.
Nordamerika und Europa laufen Gefahr, ihre Plätze an der Spitze der globalen 3D-Druckindustrie zu verlieren, und Asien wird schnell zu einem starken Konkurrenten im 3D-Druck. Dies bedeutet, dass jetzt die Zeit für beide Regionen gekommen ist, die erforderlichen Maßnahmen zu ergreifen, um eine robuste und nachhaltige Entwicklung zu erreichen
 
Lesen Sie auch unseren nächsten Artikel, in dem es um die Einführung des 3D-Drucks in der APAC-Region geht.