Drucken oder nicht drucken: 4 Tipps zu additiver Fertigung für Maschinenhersteller

Von Andrew Wheeler
- 28. Jul 2016 - 5 min-LEKTÜRE

Hersteller von Industriemaschinen haben Mitbewerber – wie in allen anderen Branchen auch. Deshalb wenden sie sich neuen Technologien wie der additiven Fertigung zu, um sich einen Vorsprung zu verschaffen. Dies ist allerdings mit einem Investitionsrisiko verbunden.

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Ob ein Risiko es wert ist, hängt von der Höhe des potenziellen Nutzens ab. Der Vorteil bei der Einführung eines additiven Fertigungssystems in einem Industrieunternehmen besteht darin, dass Produkte, die ein hohes Maß an Individualisierung erfordern, in kleinen Mengen produziert werden können. Wirklichkeitsgetreue Prototypen, maßgefertigte Werkzeuge, Formwerkzeuge, Schablonen und Vorrichtungen werden in der modernen Industrielandschaft zunehmend zu Gebrauchsgütern. Komplexe Formen und die Möglichkeiten zur Gestaltung der Funktionalität sind nur zwei weitere Gründe dafür, dass sich immer mehr Unternehmen der additiven Fertigung oder dem 3D-Druck zuwenden.

„Vor allem in der Vorproduktion setzen Hersteller von Industriemaschinen verstärkt auf die neue Technologie“, sagt Jeff Hanson, Direktor von Stratasys Direct Manufacturings globalem Herstellernetzwerk. „Dadurch können sie die Vorfinanzierung für Produktionswerkzeuge begrenzen, wenn bei Investitionen in einem frühen Entwicklungsstadium das Risiko besteht, dass sich ein Produktdesign noch ändert. Daneben gibt es insbesondere bei kleineren Produktlinien maschineninterne Anwendungen, wo Erstausrüster mittels additiver Fertigung Maschinenteile produzieren, die normalerweise als Komponenten in diese Geräte eingebaut würden.“

Bei der Einführung von additiver Fertigung haben Anlagenhersteller im Grunde zwei Möglichkeiten: eine 3D-Druckfirma mit den Arbeiten beauftragen oder ein eigenes System anschaffen. Es gibt gute Argumente für beide Varianten und Maschinenhersteller müssen grundsätzliche Faktoren wie bisherige Produktionskosten und -prozesse, Material, Mengen sowie die Fähigkeiten ihrer Ingenieure und Produktdesigner bei dieser Entscheidung berücksichtigen.

Selbst wenn alles dafür spricht, wissen viele Maschinenhersteller nicht, wo sie mit der Umstellung anfangen sollen. Zum Glück kann 3D-Druck mithilfe von Service- und Beratungsunternehmen an verschiedenen Stellen der Lieferkette unkompliziert und effektiv integriert werden. Im Folgenden finden Sie einige Tipps für den Einstieg in die additive Fertigung.

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1. Durchforsten Sie die Senvol Datenbank. Die Senvol Datenbank ist die erste, umfassende Online-Datenbank für additive Fertigung. Das Besondere an dieser kostenlosen Website ist die hochgradig anpassbare, speziell entwickelte Suchfunktion: Diese hilft dabei, die Bereiche der Lieferkette aufzuspüren, die besonders wirtschaftlich mit 3D-Printmaterialien ersetzt werden könnten. Benutzer können für mehr als 30 verschiedene Industriezweige alles Mögliche, von Materialarten, Größen, Zugfestigkeit (die maximale mechanische Zugspannung, die ein Werkstoff aushält, bevor er bricht/reißt) bis hin zu Preisen, recherchieren. Die Website ist benutzerfreundlich und für eine breite Nutzerschaft konzipiert – von Endverbrauchern über Ingenieure, Analysten bis hin zu potenziellen Einkäufer.

Dennoch kann die Suche in einer beachtlichen Anzahl von Bereichen diejenigen Nutzer, die gerade mit ihrer Suche beginnen, vor eine enorme Aufgabe stellen. „Der Schlüssel zum Erfolg besteht darin, die Schnittmenge zu finden zwischen dem, was mechanisch machbar ist – also was die Technologie zu leisten vermag – und dem, was wirtschaftlich sinnvoll implementiert werden kann“, sagt Zach Simkin, Co-President von Senvol. „Ein Unternehmen sollte additive Fertigung nur dann übernehmen, wenn sowohl die mechanischen als auch die wirtschaftlichen Kriterien erfüllt sind.“

2. Fragen Sie Experten für additive Fertigung. In der expandierenden Welt der additiven Fertigung sind auch die entsprechenden Beratungsunternehmen auf dem Vormarsch. Einer der führenden internationalen Dienstleister im Bereich additiver Fertigung ist die Firma Stratasys Direct Manufacturing, deren Team von Projektingenieuren und Fertigungsspezialisten hoch entwickelte additive Fertigung mit herkömmlichen Techniken und einer Vielzahl von Veredelungsverfahren kombiniert. Das Unternehmen kann sowohl die Produktion für ihre Kunden übernehmen als auch beim Kauf der firmeneigenen Stratasys-Drucker beraten.

„Wir begleiten unsere Kunden über den gesamten Lebenszyklus ihrer Produktentwicklung hinweg“, sagt Hanson. Einer dieser Kunden, Curt G. Joa, beauftragte Stratasys Direct Manufacturing mit einer zunächst nur als Prototyp gedachten Vakuum-Formwalze für die Produktion von Hygienepapierartikeln. Stratasys Direct Manufacturing überprüfte nicht nur den Entwurf, sondern empfahl auch ein anderes, thermoplastisches Material für die Walze, was die Produktivität der Maschine letztendlich erhöhte. Inzwischen nutzt Curt G. Joa fast 200 FDM-Maschinen des Stratasys-Netzwerks für die On-Demand-Produktion des Maschinenteils.

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Das fertige, thermoplastische Maschinenteil von Curt G. Joa. Mit freundlicher Genehmigung von Stratasys Direct Manufacturing.

Auch Senvol bietet Beratungsleistungen an und hat bereits mit vielen der größten börsennotierten Unternehmen der Welt, wie zum Beispiel General Electric zusammengearbeitet. Ursprünglich machte Senvol sich damit einen Namen, dass es sieben Szenarien präsentierte, in welchen die Einführung additiver Fertigung einen zufriedenstellenden Nutzen versprach.

3. Machen Sie eine Aus- oder Weiterbildung. Für Hersteller, die mehr über additive Fertigung und deren Prozesse, Implementierung und Vorteile lernen möchten, finden sich verschiedenste Trainingsprogramme: von Qualitätskontrolle über Sicherheit und Produktdesign bis hin zu Wirtschaftlichkeit. Als ein „globales, unabhängiges Unternehmen für Sicherheitswissenschaften“, bietet UL Aus- und Weiterbildungen, Zertifizierungen, Inspektionen, Prüfungen und Validationen für unterschiedlichste Branchen an, wie zum Beispiel Haushaltsgeräte und HLK-Systeme, Sanitär- und medizinische Geräte. In den letzten drei Jahren hat sich die additive Fertigung im Unternehmen zu einem strategischen Schwerpunkt entwickelt.

„Je nachdem, mit welchen Herausforderungen und Problemen sich unsere Kunden konfrontiert sehen, können wir ihnen ein ziemlich breites Spektrum an Dienstleistungen anbieten“, sagt Chris Krampitz, Direktor für Innovation und Strategie im Bereich additive Fertigung von UL. „Wir bieten eine anerkannte Ausbildung und ein professionelles Zertifizierungsprogramm, die den Teilnehmern vermitteln, wie die Technologie genutzt wird und gleichzeitig Industriestandards, Vorschriften und sonstige technische Anforderungen erfüllt werden.“

Als praxisnähere Unterstützung bietet UL ihren Kunden eine Reihe von Beratungsleistungen, um ihnen bei der Einrichtung von Anlagen und Prozessen zu helfen und Anlagen für bestimmte Anwendungen zu qualifizieren. UL berät außerdem bei der Auswahl der für die additive Fertigung am besten geeigneten Produktlinien oder Maschinenteile.

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4. Entscheiden Sie zwischen Outsourcing und Inhouse. Eine der wichtigsten Überlegungen besteht natürlich darin, ob Sie einen 3D-Drucker anschaffen oder ihre Konstruktionspläne an einen externen Hersteller übergeben. Da Maschinen in ihren Produktionsmöglichkeiten begrenzt sind, ist die zentrale Frage, was gedruckt werden soll. Wenn beispielsweise Metall benötigt wird, geht es im nächsten Schritt darum, welches Verfahren sich am besten eignet: Pulverbett, geblasenes Pulver, Pulver-Binder oder ein Hybrid aus 3D-Druck- und CNC-Verfahren? Wenn Kunststoff infrage kommt, muss geklärt werden, ob nur Modelle und Prototypen oder aber Funktionsteile gedruckt werden sollen, deren Materialeigenschaften Industriestandards erfüllen müssen. Wenn die Anforderungen einfach sind und sich wahrscheinlich nicht maßgeblich verändern werden, dann könnte ein Inhouse-Drucker die beste Lösung sein.

Dennoch handelt es sich keineswegs um eine simple Plug-and-play-Affäre, wo man einfach eine Maschine kauft, installiert und am nächsten Tag Maschinenteile produziert. „Der ganze Technik- und Produktionsprozess und sogar die Konstruktionsphasen verlagern sich im Grunde zum Beginn des Prozesses hin”, sagt Krampitz. „Ein Konstrukteur und ein Fertigungsingenieur haben völlig verschiedene Kompetenzen und wir versuchen nun, diese Fertigkeiten in einer Person zu vereinen: dem Superingenieur, den es gegenwärtig noch gar nicht gibt.”

Während die Branche diesem neuen Schlag von Ingenieuren noch hinterherhinkt, können Hersteller zum Glück auf Service-Provider oder Service-Marktplätze zurückgreifen. Dennoch wissen auch Hersteller von Industriemaschinen mittlerweile: Ob betriebsintern oder ausgelagert – die additive Fertigung wird in der modernen Herstellung zukünftig eine wichtige Rolle spielen.

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