Additive Fertigung Weniger Druck auf Lieferketten

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Additive Produktionsverfahren lösen viele der aktuellen Herausforderungen – sie ermöglichen den Aufbau widerstandsfähigerer Lieferketten und sorgen für eine nachhaltige und skalierbarere Produktion. Warum das so ist.

Es gibt eine Vielzahl an Entwicklungen, die die Akzeptanz von additiven Herstellungsverfahren in der Industrie aktuell deutlich vorantreiben. Da ist einerseits die Stabilität von Lieferketten: Wie anfällig gerade globalisierte Lösungen im Just-In-Time-Takt sind, hat sich zuletzt deutlich während der Pandemie gezeigt. Hinzu kommen die gesteigerten Anforderungen an Nachhaltigkeit, die ebenso wie steigende Energiekosten, lange Lieferketten gänzlich in Frage stellen. Dem entgegen stehen die Vorteile einer lokalen, bedarfsorientierten Produktion in der individualisierte Bauteile oder gar komplette funktionale Baugruppen produziert werden können. Dabei machen allein steigende Energiepreise den 3D-Druck als Herstellungsverfahren selbst für die Produktion von großen Stückzahlen immer wirtschaftlicher.

Der industrielle 3D-Druck als Wegbereiter

Sichere, widerstandsfähige Lieferketten sind eine Notwendigkeit für Unternehmen, um ihre Kunden rechtzeitig beliefern zu können, aber auch um beispielsweise schnell defekte Bauteile ersetzen zu können. Die Pandemie hat gezeigt, wie wichtig kurze und flexible und vor allem resistente Lieferketten sind. Ein festgefahrenes Schiff, Häfen in denen Container nicht gelöscht werden dürfen – nur zwei Beispiele, die die beste Planung pulverisieren. Als Technologie der Wahl lässt sich mit additiven Verfahren eine lokale, dezentralisierte Produktion aufbauen, die deutlich widerstandsfähiger ist.

Denn eine solche dezentrale Produktion, die sich nicht auf Single Sourcing fokussiert, bietet Unternehmen deutliche Vorteile: Sie können den aktuellen Bedarf flexibel anpassen und so ihre Kunden effizient beliefern. Mehr denn je ein entscheidender Wettbewerbsvorteil. Der industrielle 3D-Druck ist Wegbereiter für eine bedarfsorientierte Vor-Ort-Produktion. Hinzu kommt, dass eine Überproduktion nicht notwendig ist, da jederzeit flexibel nachgeliefert werden kann.

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Welche Vorteile der 3D-Druck hat

• Ausgangspunkt in der additiven Fertigung ist die Entwicklung eines CAD-Modells, bei dem besonders die korrekten Abmessungen sowie Wandstärken berücksichtigt werden müssen. Die Fertigung erfolgt direkt aus den 3D-Daten, ohne dass zusätzliche Tools erforderlich sind. Das spart nicht nur Zeit und Kosten, sondern bedeutet auch, dass Gestaltung und Konstruktion fast keine Grenzen gesetzt sind und auch komplexe Formen möglich sind.

• Dazu können Anpassungen und Individualisierungswünsche problemlos direkt im 3D-Modell umgesetzt werden. Dies reduziert das Risiko einer Fehlproduktion.

• Die Qualität und Stabilität der Bauteile stehen denen traditionell gefertigter Komponenten in keiner Weise nach. Im Gegenteil: Statt mehrere Einzelteile herzustellen, lassen sich im 3D-Druck komplette, funktionale Baugruppen herstellen. Das reduziert nicht nur den Aufwand des Zusammenbaus – die produzierten Baugruppen sind zudem deutlich robuster und weniger fehleranfällig. Hinzu kommt, dass leichte Kunststoffteile aufwändig mit zerspanenden Verfahren bearbeitete Metallteile in vielen Bereichen ersetzen können.

• Ein weiterer Vorteil ist die Massenindividualisierung: Bauteile lassen sich für spezifische Einsatzgebiete maßgeschneidert und individualisiert in großer Serie produzieren. Und das ohne Mehraufwand. Eine Tatsache, die – beispielsweise in der Zahnmedizin – bereits komplette neue Industriezweige hat entstehen lassen. Bauteile und Baugruppen können dezentralisiert und bedarfsorientiert hergestellt und so Lagerflächen und Transportwege reduziert werden. In vielen Bereichen führt dies zu zusätzlichen Einsparungen und insgesamt zu einer deutlich stabileren Lieferkette.

Kunststoff oder Metall – auf die Anwendung kommt es an

Insgesamt hat sich der 3D-Druck in den letzten Jahren als eine gute Alternative zu klassischen Produktionstechnologien etabliert. Die Branchen, in denen der industrielle 3D-Druck Fahrt aufnimmt, sind vielfältig – beispielsweise die Automotive-Industrie, Medizinwesen sowie das produzierende Gewerbe. Durch die hohe Flexibilität des 3D-Drucks lassen sich Teile individualisieren. Hinzu kommt aber, dass auch kleinere Stückzahlen profitabel hergestellt werden können. Das ermöglicht ein Umdenken bei Konstrukteuren und Entwicklern: Statt komplexer Sonderanfertigungen lassen sich in der Computersimulation digital optimierte Bauteile, die bisher nicht hergestellt werden konnten, nun problemlos in bedarfsgerechten Stückzahlen realisieren.

Dabei ist der 3D-Druck mittlerweile auch bei der Auswahl der Materialien flexibel. Ob Kunststoff oder Metall – das Verfahren ist in beiden Welten etabliert. Die Materialentscheidung hängt somit nur noch vom Einsatzgebiet des Bauteils – nicht von den konstruktiven Anforderungen ab. Mit hochwertigen und robusten Metallteilen – vor allem aus Edelstahl – lassen sich die Einsatzgebiete des industriellen 3D-Drucks deutlich erweitern. Und dabei sind, wie im 3D-Druck üblich, Designs realisierbar, die sich mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht oder nur sehr schwer umsetzen lassen.

konstruktionspraxis Ausgabe 11/2022

Highlights aus dem 3D-Druck und der Automatisierung in einer Ausgabe

3D-Druck sorgt für höhere Nachhaltigkeit

• Der 3D-Druck bietet wesentliche Vorteile hin zu einer nachhaltigeren Produktion – denn:

• Bauteile oder Produkte werden nur in der benötigten Anzahl hergestellt. Eine Überproduktion ist nicht erforderlich, da neue Teile jederzeit ohne Rüstzeiten einfach nachproduziert werden können. Damit reduziert sich gleichzeitig auch der Bedarf an Lagerflächen.

• Hinzu kommt, dass in der Produktion kaum Abfall entsteht. Überschüssiges Pulver wird beim nächsten Druckgang einfach wieder verwendet.

• Die leichtere Bauweise durch stabile Kunststoffteile anstelle von Metallkomponenten kann zusätzlich Energie einsparen. Dies gilt hilft beim Transport der Teile ebenso wie bei deren Einsatz.

• Mit der Einführung von Additive Manufacturing vollzieht sich ein Wandel von der linearen Fertigung mit zentralem Vertrieb hin zu einem dezentralen Netzwerk aus Zulieferern, Produktionspartnern und Kunden. Komplexe Lieferketten werden so nicht nur deutlich einfacher, sondern vor allem auch kürzer – und das hat einen direkten, positiven Einfluss auf den CO₂-Fußabdruck: In der traditionellen Fertigung werden Bauteile meistens zentral produziert, da dies einfach kostengünstiger und einfacher ist. Nach der zentralen Produktion werden die Teile dorthin verschifft, wo sie weltweit benötigt werden.

Für umweltbewusste Unternehmen bietet der industrielle 3D-Druck somit eine Reihe von Vorteilen, die auch den Umsatz und das Image positiv beeinflussen. Dabei ist es auch zweitrangig, ob Firmen sich für Kunststoff oder Metall entscheiden – beide Varianten bieten Umweltvorteile.

Design for Additive Manufacturing

Fünf Tipps für die Konstruktion im 3D-Druck

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