Germany / Analyst Insights
Automatisierung im 3-D-Druck
by Robert Maier
Dec 03 2019

Dank zunehmend ausgereifter Druckverfahren, neuen Materiallösungen und einer verbesserten Eignung für die Serienproduktion boomt der 3-D-Druck für industrielle Anwendungen

Vor wenigen Tagen ist mit der Formnext in Frankfurt eine der international wichtigsten Industriemessen für additive Fertigungstechnologien zu Ende gegangen. Es wurden zukunftsweisende Branchenneuheiten präsentiert. Neben innovativen Druckmaterialien und -verfahren standen insbesondere Lösungen im Vordergrund, die etablierte 3-D-Drucktechnologien noch besser in die Prozessketten der industriellen Anwender integrieren sollen. Die Automatisierung der additiven Fertigung schreitet mit großen Schritten voran und eröffnet damit vielen Branchen neue Anwendungshorizonte.

 

 

Additiv gefertigte Produkte aus Kunststoff, Metall und Keramik gehören längst zu unserem Alltag. Während Luftfahrtkonzerne wie MTU und Airbus mit 3-D-Druckmaschinen langlebige Triebwerks- und besonders leichte Kabinenteile (IBISWorld Branchenreport C30.30DE) entwickeln, verhelfen speziell angepasste Zahnimplantate (IBISWorld Branchenreport C32.50DE) und individuell designte Brillengestelle (IBISWorld Branchenreport G47.78aDE) bereits heute vielen Verbrauchern zu einem Stück mehr Lebensqualität. Bis dato wurden 3-D-Druckverfahren wie das Lasersintern, das Laserschmelzen, das Schmelzschichten oder die Stereolithografie vor allem eingesetzt, um Prototypen oder Ersatzteile zu entwickeln oder eine komplexe Werkstückgeometrie und einen hohen Individualisierungsgrad bei vergleichsweise geringen Stückzahlen zu realisieren. Dem 3-D-Drucken in großen Serien stand bisher jedoch die Tatsache entgegen, dass die Fertigung mit steigenden Stückzahlen kaum günstiger wurde und sich der einzelne Druckvorgang recht zeitintensiv gestaltete.

Das beginnt sich nun zunehmend zu ändern und die deutschen Industrieunternehmen spielen bei der Einleitung dieses Wandels eine führende Rolle. In den vergangenen Jahren ist hierzulande ein dichtes Forschungs- und Entwicklungsnetzwerk (IBISWorld Einflussfaktoranalyse Forschungs- und Entwicklungsausgaben privatwirtschaftlicher Unternehmen) von Kooperationen zwischen Industriekonzernen, mittelständischen Maschinenbauspezialisten sowie neuen 3-D-Startups entstanden, um den 3-D-Druck, neben dem Fräsen, Drehen und Pressen (IBISWorld Branchenreport C25.62DE), als Fertigungstechnik zu verankern. Weltweit haben etwa ein Viertel aller Unternehmen der 3-D-Druckbranche ihren Sitz in Deutschland, nur in den Vereinigten Staaten sind es mehr.

Während deutsche 3-D-Druckpioniere wie der Marktführer EOS, SLM Solutions oder Concept Laser, heute eine Tochter von GE Additive, und Werkzeugmaschinenhersteller (IBISWorld Branchenreport C28.41DE) wie Trumpf oder DMG Mori die 3-D-Druckmaschinen, Entpack- und Pulvervorbereitungsstationen kontinuierlich weiterentwickeln, technisch verbessern und so für geringere Umrüstzeiten und eine bessere Produktqualität sorgen, leistet die Metallpulverindustrie unter Führung von Konzernen wie Höganäs und BASF ihren Beitrag, um durch neue Metallpulver (IBISWorld Branchenreporte C24.42DE, C24.44DE und C24.10DE), Harze und Polymere (IBISWorld Branchenreport C20.16DE) eine größere Materialvielfalt im Bereich des 3-D-Drucks zu erreichen und die Materialkosten, die neben den Anschaffungskosten für die Druckmaschinen einen der größten Kostenpunkte beim Betrieb additiver Fertigungslinien darstellen, zu senken. Im Zentrum der Innovation stehen jedoch auch Technologiekonzerne wie Siemens, die in vielen Geschäftsfeldern mit großem Anwendungspotenzial für additive Fertigung tätig und führend in der Entwicklung durchgängiger Prozesssteuerungssoftware vom Design bis zum Endprodukt sind (IBISWorld Branchenreport J62.01DE). Siemens betreibt mittlerweile aber auch eigene 3-D-Druckfabriken und ist somit als Druckdienstleister für andere Industrieunternehmen tätig.

Die Ergebnisse dieser Kooperationen sind mittlerweile weit gediehen. Insbesondere durch Fortschritte bei der Automatisierung des gesamten Prozesses konnte mittlerweile eine bessere Skalierbarkeit erreicht werden, eine wichtige Voraussetzung, um Endprodukte wirtschaftlich in Serienproduktion herzustellen. Während EOS, Daimler und Airbus zu Beginn dieses Jahres mit der NextGenAM eine erste Pilotanlage für die vollautomatisierte additive Bearbeitung von Metall vorstellten, die manuelle Bearbeitungsschritte komplett eliminiert, erarbeitet das IDAM-Projekt, das von BMW koordiniert wird, aktuell die Grundlagen für die Implementierung des 3-D-Drucks in die Linienfertigung von Automobilen. Ziel ist die Halbierung der Stückkosten für 3-D-gedruckte Bauteile und eine Senkung des Anteil der manuellen Fertigungsschritte entlang der gesamten Prozesskette von 35 % auf rund 5 %. Nun wurde auf der Formnext in Frankfurt mit den Shared Modules von EOS eine serienreife modulare Automatisierungslösung für industrielle Kunden auf Basis des NextGenAM-Projektes vorgestellt. Sie besteht aus verschiedenen Modulen mit Transportsystemen und einer speziellen Leitstand-Software, kann mehrere Druckmaschinen flexibel versorgen und organisiert sämtliche Rüst-, Auspack-, Förder- und Siebtätigkeiten parallel zum eigentlichen Druckprozess.  

Der Anteil der Unternehmen weltweit, die bereits Erfahrungen mit additiven Fertigungsverfahren gesammelt haben, ist zwischen 2016 und 2019 rapide angestiegen, von 24 % auf 65 %. Weil der 3-D-Druck, im Gegensatz zu anderen Fertigungstechniken, Daten direkt in ein Werkstück verwandelt, sind der Fantasie der Ingenieure kaum noch Grenzen gesetzt. In den kommenden Jahren werden in der Industrie jährliche Wachstumsraten im zweistelligen Prozentbereich erwartet. Laut einer Studie der Beratungsfirma EY wird das globale Marktvolumen für 3-D-Produkte, das 2016 erst knapp 6 Milliarden Dollar betrug und im aktuellen Jahr auf rund 11 Milliarden Euro geschätzt wird, bis 2023 auf über 27 Milliarden Dollar ansteigen. Die Industrialisierung in der additiven Fertigung nimmt also momentan sehr schnell konkrete Formen an.

 

 

In diesem Bericht erwähnte Branchen:

C20.16DE Herstellung von Kunststoffen in Primärformen

C24.10DE Erzeugung von Roheisen, Stahl und Ferrolegierungen

C24.42DE Erzeugung und erste Bearbeitung von Aluminium

C24.44DE Erzeugung und erste Bearbeitung von Kupfer

C25.62DE Mechanische Bearbeitung von Metallteilen

C28.41DE Herstellung von Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung

C30.30DE Luft- und Raumfahrzeugbau

C32.50DE Herstellung von medizinischen und zahnmedizinischen Apparaten und Materialien

G47.78aDE Augenoptiker 

J62.01DE Programmierungstätigkeiten

 

In diesem Bericht erwähnte Einflussfaktoren:

Einflussfaktoranalyse Forschungs- und Entwicklungsausgaben privatwirtschaftlicher Unternehmen