Prototec: 3D-Druck Service und Dienstleistung

Herausforderungen im 3D-Druck

Herausforderungen im 3D-Druck

 

Ungenutztes Potenzial in der Serienfertigung


Seit Jahren beobachte ich als Geschäftsführer von PROTOTEC die Entwicklungen und Herausforderungen im 3D-Druck. Diese Technologie hat die Art und Weise, wie wir über Produktion und Fertigung denken, grundlegend verändert und ermöglicht Unternehmen neue Möglichkeiten. Dennoch sehe ich, dass das Potenzial des 3D-Drucks in vielen Bereichen noch lange nicht ausgeschöpft ist. Auch wenn wir bei PROTOTEC schon viele Kunden haben, welche den 3D-Druck erfolgreich einsetzen, so gibt es nach wie vor einige Hindernisse, die den breiten industriellen Einsatz dieser Technologie bremsen.

Herausforderungen im 3D-Druck

Der aktuelle Stand und die Herausforderungen im 3D-Druck

Besonders vielversprechend ist für mich der Einsatz des 3D-Drucks in der Prototypenentwicklung (Prototypen) und in der Fertigung von Einzelteilen oder Kleinserien. Der 3D-Druck erlaubt es, komplexe und maßgeschneiderte Geometrien herzustellen, ohne auf kostenintensive Werkzeuge angewiesen zu sein. So können Unternehmen flexibler agieren, Ideen schneller umsetzen und auf die individuellen Anforderungen der Kunden eingehen. Somit liegen die Vorteile des 3D-Drucks auf der Hand. Doch einige Herausforderungen – darunter (noch) recht hohe Produktionskosten, die Geschwindigkeit der Verfahren sowie ein Mangel an qualifizierten Fachkräften – stehen einem umfassenden Einsatz in vielen Unternehmen noch im Weg.

Die Hauptgründe für die zögerliche Einführung des 3D-Drucks

Obwohl die Technologie große Fortschritte gemacht hat, gibt es noch einige Hürden. Diese hindern den 3D-Druck aktuell noch daran, sein volles Potenzial zu entfalten. Ich sehe vor allem vier Hauptgründe:

1. Kosten und Produktionsgeschwindigkeit:

Ein zentrales Problem ist, dass die Produktionskosten und die Produktionsgeschwindigkeit im 3D-Druck oft noch nicht konkurrenzfähig sind. Während herkömmliche Fertigungsverfahren für Massenproduktionen effizient und vergleichsweise günstig sind, ist der 3D-Druck häufig noch mit höheren Kosten verbunden. Zwar sind die Materialkosten in den letzten Jahren gesunken, doch für eine Anwendung im großen Stil reicht das oft noch nicht aus. Die Verfahren dauern in vielen Fällen länger als traditionelle Produktionsmethoden, was insbesondere in der Massenproduktion ein kritischer Faktor ist. Für den Einsatz in der Großserienproduktion müssen wir entweder die Produktionsgeschwindigkeiten weiter steigern oder Wege finden, um die Kosten der Materialien und der Maschinen weiter zu reduzieren.

2. Fehlendes Know-How:

Im Prototypenbau hat sich der 3D-Druck bereits etabliert. Doch kommen meist nur Designs und Konstruktionsleitfäden von bekannten herkömmlichen Produktionsverfahren zum Einsatz. Noch immer wird auf Projektebene außerhalb der Möglichkeiten des 3D-Drucks gedacht und entwickelt. Das ganze Potenzial wird so noch immer nicht genutzt und somit in zukünftigen Produkten nicht berücksichtigt werden können. Dabei kann an vielen Stellen der 3D-Druck einen Mehrwert bieten und Produkte deutlich verbessern. Selbst wenn die Ingenieure in den Entwicklungen langsam das Potenzial im 3D-Druck entdecken, so fehlen diese Kenntnisse noch immer im Produktmanagement, im Marketing und weiteren Bereichen eines Unternehmens. Entsprechend bleibt das Innovationspotenzial in vielen Unternehmen unter deren Möglichkeiten.

3. Materialeigenschaften:

Die Materialentwicklung im 3D-Druck hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht und ist nun viel stärker an die vielfältigen Anforderungen des Marktes angepasst. Eine Herausforderung bleibt jedoch bestehen: Die neuen Materialien tragen oft andere Namen als die traditionellen, bekannten Serienwerkstoffe, was für viele noch ein Hinderungsgrund ist. Der 3D-Druck kämpft immer noch mit dem Ruf, dass gedruckte Bauteile in ihrer Haltbarkeit den klassischen Werkstoffen unterlegen sind oder zumindest nicht dieselbe Widerstandsfähigkeit bieten. Dabei kann der 3D-Druck, durch eine gezielte geometrische Optimierung der Bauteile, oft sogar eine höhere Belastbarkeit ermöglichen. Diese spezifischen Anpassungen, die die Belastbarkeit erhöhen, wären bei konventionell gefertigten Bauteilen aufgrund ihrer aufwändigen Herstellung sehr teuer und teilweise gar nicht umsetzbar. Im 3D-Druck hingegen lassen sich solche komplexen Geometrien durch die nahezu grenzenlose Gestaltungsfreiheit des Verfahrens ohne große Mehrkosten realisieren.

4. Keine Integration in Produktlebenszyklen:

1. Einzelteilfertigung: Der 3D-Druck wird für komplexe Einzelteile geschätzt, jedoch oft ohne anwendungsoptimiertes Design. Dadurch bleibt das Potenzial des Verfahrens ungenutzt.
2. Kleinserien- und Serienproduktion: In Kleinserien ist der 3D-Druck wirtschaftlich, doch viele Bauteile werden noch nach klassischen Methoden gestaltet. Eine designoptimierte Fertigung könnte hier große Effizienzgewinne bringen.
3. Produktlebenszyklus-Management: Am Ende des Produktlebens ermöglicht der 3D-Druck mit kleinen Stückzahlen und niedrigem Lagerbedarf eine flexible Produktion, die häufig übersehen wird.
4. Markteinführung und Anpassungen: Der 3D-Druck erlaubt schnelle Anpassungen und geringe Kapitalbindung in frühen Produktphasen, ohne große Lager oder Werkzeugkosten – ideal für flexible Marktanpassungen.

Die Chancen des 3D-Drucks und mein Blick in die Zukunft

Im Prototypenbau hat der 3D-Druck nach rund 30-40 Jahren am Markt seinen festen Platz gefunden und ist hier nicht mehr wegzudenken. Die Technologie wird hier nicht mehr infrage gestellt. Ihre Eignung und Vorteile für die schnelle und flexible Prototypenentwicklung sind allgemein anerkannt. Für die Zukunft gibt es jedoch noch ein paar Herausforderungen, welche wir im 3D-Druck meistern müssen.

Einzelteilfertigung

Für die Fertigung von Einzelteilen wird der 3D-Druck neben dem Fräsen ebenfalls immer beliebter. Meist entscheidet man sich hier je nach Komplexität des Bauteils oder aufgrund von Kostenvorteilen für dieses Verfahren. Ein wesentlicher Aspekt, der dabei jedoch oft übersehen wird, ist die spezifische Konstruktion der Bauteile für die Additive Fertigung. Häufig folgen die Designs nach wie vor herkömmlichen Konstruktionsrichtlinien, die nicht auf die additiven Design-Guides (DfAM)ausgerichtet sind. Dadurch schöpfen wir das Potenzial des 3D-Drucks noch lange nicht aus. Derzeit liegt der Fokus meistens noch beim Stückpreis, was dazu führt, dass viele Bauteile lediglich an deren Herstellkosten gemessen werden. Das tatsächliche Innovationspotenzial des 3D-Drucks bleibt so jedoch weitgehend ungenutzt.

Kleinserie und Serienfertigung

In der Kleinserien- und Serienproduktion zeigt sich ein ähnliches Bild. Bauteile werden häufig für andere Fertigungsverfahren wie Spritzguss oder Fräsen konstruiert und erst aufgrund kleiner Stückzahlen später im 3D-Druck hergestellt. Hierfür ist der 3D-Druck oft eine wirtschaftlichere Alternative, da bei niedrigen Mengen die Werkzeugkosten hoch und die Stückkosten unausgewogen sind. Dennoch wird das volle Potenzial des 3D-Drucks nur selten ausgeschöpft, da die Bauteile nicht von Beginn an für das additive Verfahren optimiert werden. Eine gezielte Konstruktion für den 3D-Druck könnte hier eine deutlich wirtschaftlichere Fertigung ermöglichen, indem traditionelle Design-Guidelines für Fräsen und Spritzguss beiseitegelegt werden.

Produktlebenszyklus

Auch im Verlauf des gesamten Produktlebenszyklus nutzen Unternehmen den 3D-Druck bisher nur begrenzt. Wenn Prototypen beispielsweise alle Tests bestanden haben, gibt es viele Situationen, in denen der 3D-Druck auch später im Produktlebenszyklus eine ideale Wahl wäre. Besonders am Ende des Produktlebens, wenn die Stückzahlen wieder sinken, könnte der 3D-Druck mit seiner Flexibilität bei kleinen Fertigungslosen und geringen Lagerbeständen punkten. So lässt sich schnell und effizient auf den 3D-Druck zurückgreifen, sofern die Produktion vorher gut dokumentiert wurde.

Auch in der Anlaufphase neuer Produkte bietet der 3D-Druck entscheidende Vorteile. Wenn die Marktnachfrage und die tatsächlichen Stückzahlen noch unsicher sind, erlaubt die Technologie eine superflexible Produktion mit geringem Kapitalaufwand und verbessert die Liquidität von Unternehmen. Zudem lassen sich Verbesserungspotenziale oder notwendige Optimierungen, die sich kurz nach der Markteinführung ergeben, ohne großen Aufwand umsetzen.

Da es im 3D-Druck kaum Lagerbestände gibt, müssen nicht erst Bestände aufgebraucht oder verschrottet werden. Es müssen auch keine Werkzeuge erst mühsam angepasst oder aufbereitet werden. Im 3D-Druck kann ganz einfach das 3D-Modell angepasst und die Produktion direkt mit der neuen Version fortgesetzt werden – schneller und flexibler als bei jedem anderen Verfahren.

Es gäbe noch zahlreiche weitere Beispiele für das Potenzial und die Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks. Wer daran interessiert ist, kann sich gerne direkt an uns wenden – die Möglichkeiten und Chancen, die diese Technologie bietet, sind wirklich bemerkenswert.

Fazit und mein Ausblick

Zusammengefasst bin ich überzeugt davon, dass der 3D-Druck eine Schlüsseltechnologie der Zukunft ist, die unsere Produktionslandschaft nachhaltig verändern wird. Doch um das Potenzial der Technologie wirklich auszuschöpfen, sind gezielte Investitionen in Forschung und Entwicklung notwendig, um die Geschwindigkeit und Kosteneffizienz weiter zu verbessern. Zudem wird es wichtig sein, qualifizierte Fachkräfte auszubilden, die in der Lage sind, die Technologien in der Praxis effektiv zu nutzen. Dies umzusetzen, wird in den nächsten Jahren auf jeden Fall noch eine Herausforderung für die Unternehmen werden.

Trotz alledem glaube ich, dass der 3D-Druck langfristig eine tragende Rolle in einer zunehmend individualisierten und nachhaltigen Produktionsweise spielen wird. Unternehmen, die frühzeitig auf diese Technologie setzen und die notwendigen Schritte zur Integration und Qualifizierung ihrer Mitarbeiter ergreifen, werden langfristig von den Möglichkeiten des 3D-Drucks profitieren. Es wird spannend sein zu sehen, wie sich die Technologie in den kommenden Jahren entwickelt und welche neuen Anwendungsfelder sich dadurch erschließen.

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