Innovative Geschäftsmodelle durch 3D-Druck Industrie neu gedacht

Der industrielle 3D-Druck ist ein zentraler Treiber der smarten Fabrik. Allerdings erfordert dies ein neues Denken: Voraussetzung ist das Know-how der Mitarbeiter. Die Entscheidung, ob und wie sie ihre Märkte und Geschäftsmodelle verändern, obliegt den Unternehmen selbst.

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Trebing & Himstedt Prozeßautomation GmbH & Co. KG

TXOne Networks

EOS GmbH Electro Optical Systems

Als Pioniere wie das deutsche Unternehmen EOS vor rund 30 Jahren begannen, mit der additiven Fertigung (AM = Additive Manufacturing) Konstruktion und Fertigung neu zu denken, bestimmten noch konventionelle, fertigungsgetriebene und werkzeugbasierte Verfahren Prototypenbau und Produktion vieler Unternehmen. Mit steigender industrieller Reife stießen diese jedoch immer häufiger an die Grenzen des technisch Machbaren. Genau hier setzt das pulverbasierte industrielle 3D-Druckverfahren an, bei dem sich durch den Schicht-für-Schicht-Aufbau von Bauteilen völlig neue Freiheitsgrade für Konstruktion und Fertigung erschließen.

Zu Beginn setzten die innovativen Erstnutzer die Technologie vornehmlich zur Erstellung von Anschauungs- und Funktionsprototypen ein. Produktentwicklungen und Markteinführungen von der ersten Konstruktionsidee zu den fertigen Prototypen lassen sich durch dieses werkzeuglose Herstellungsverfahren entscheidend verkürzen. Damit können auch die Entwicklungskosten je nach Anwendung signifikant reduziert werden.

Inzwischen hat der industrielle 3D-Druck einen Reifegrad erreicht, der Kunden die Herstellung von Endteilen in Serie ermöglicht – und sich somit zu einem industriellen Produktionsverfahren entwickelt. Die aktuellen Fertigungslandschaften stehen unter einem hohen Digitalisierungsdruck. Auch dadurch legt der industrielle 3D-Druck schnell an Dynamik zu und hat enormes Potenzial, traditionelle Geschäftsmodelle grundlegend zu verändern. Von günstigen Kunststoffteilen bis hin zu hochwertigen Metallteilen, von kundenspezifischen kleinen Produktionschargen bis hin zur Massenproduktion, von lokalen Print-Shops hin zu globalen Fertigungsnetzwerken beeinflusst die Technologie alle Branchenbereiche. Der Mensch – genauer die Transformationsfähigkeit von Managern und Ingenieuren – bleibt neben der innovativen Technologie der zweite entscheidende Erfolgsfaktor.

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Klares Ziel, aber fehlendes Wissen

Bereits 2016 ergab eine von Ernst & Young (EY) durchgeführte Studie (sämtliche Quellen finden Sie über den QR-Code auf Seite 15), dass Unternehmen grundsätzlich eine klare Vorstellung davon haben, wie der industrielle 3D-Druck zu nachhaltigem Geschäftserfolg beitragen kann: Hauptvorteile aus Sicht der Befragten waren Wettbewerbsvorteile (25 Prozent), die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle (14 Prozent) und ein stärkerer Wertschöpfungsprozess (14 Prozent). Global agierende Unternehmen begannen sukzessive mit der Nutzung der Technologie, jedoch hatten drei von vier Unternehmen zum Zeitpunkt der Studie noch keine Erfahrungen damit gesammelt. Als „wesentliche Hürde für die Anwendung des 3D-Drucks“ gaben zwei Drittel der Führungskräfte eine unvorteilhafte Kostensituation an, ein Drittel nannte als Grund die fehlende hauseigene AM-Expertise.

Der Mensch bleibt neben der innovativen Technologie der zweite entscheidende Faktor

Globale Technologiekonzerne haben das Potenzial des industriellen 3D-Drucks längst für ihr jeweiliges Geschäft erkannt, jedoch ist der Aufbau von internem Know-how und ebensolcher Erfahrung ein Schlüsselfaktor. Genau das stellt für viele Unternehmen nach wie vor eine Herausforderung dar. Entsprechende Aus- und Weiterbildungsprogramme sind im Aufbau, häufig aber noch nicht verfügbar. Gleichzeitig herrscht am Arbeitsmarkt eine große Nachfrage nach gut ausgebildeten und erfahrenen AM-Experten. Der Kampf um die besten Talente mit den entscheidenden Schlüsselkompetenzen ist in vollem Gange.

Das nötige Know-how

EOS hat es sich mit seiner bisher in der AM-Industrie einmaligen Beratungssparte „Additive Minds“ zur Aufgabe gemacht, Unternehmen bei ihrem abteilungsübergreifenden Veränderungsprozess zu unterstützen. Das Team aus erfahrenen Ingenieuren und Beratern begleitet Unternehmen vom Einstieg in den industriellen 3D-Druck über die Auswahl des richtigen Bauteils und Designoptimierungen bis hin zur industriellen Produktionsplanung und Prozessvalidierung. Lernkurven werden so beschleunigt und notwendige technische Kompetenzen für einen erfolgreichen Einsatz der additiven Fertigung aufgebaut. So können aus anfänglicher Begeisterung für die Technologie schließlich Know-how-Träger und Additive Minds werden.

Auf Basis von über 300 durchgeführten Kundenprojekten hat EOS vier Phasen identifiziert, die Unternehmen bei der Einführung des industriellen 3D-Drucks typischerweise durchlaufen. Sie brauchen in diesem Prozess häufig noch Unterstützung. Einmal erfolgreich bewältigt, kann die Technologie ihr volles Potenzial entfalten.

#1: Die richtige Anwendung identifizieren

Unternehmen sollten zunächst ihr existierendes Anwendungsportfolio dahingehend überprüfen, welche Bauteile additiv hergestellt werden könnten. Geeignet sind insbesondere Teile mit einer hohen Design-Komplexität sowie einer geringen Gewicht-zu-Volumen-Ratio. Entscheidend hierbei ist ein Perspektivenwechsel, um z. B. Designoptimierungen entlang der Lebenszyklusphasen des Bauteils umzusetzen und idealerweise einen Mehrwert in den einzelnen Wertschöpfungsketten zu erzielen. Grundsätzlich hilfreich sind bei der Teileauswahl zentrale Erfolgskriterien wie die Erhöhung der technischen Leistungsfähigkeit des Bauteils, Kostenreduzierungen – für Rohstoffeinkauf, Herstellung und Working Capital – sowie zusätzliche Umsatzpotenziale basierend auf einem höheren technischen Mehrwert.

EOS hat seinen Kunden EvoBus GmbH, ein Tochterunternehmen der Daimler AG und einer der führenden Hersteller im Omnibusmarkt weltweit, beim effektiven Einstieg in die additive Fertigung für den Aufbau eines nachhaltigen Ersatzteilmanagements beraten. Gemeinsam durchlief man den Prozess der Bauteilauswahl für einen Teil der von EvoBus vorgehaltenen 320.000 Ersatzteile und identifizierte zunächst 2.600 geeignete Teile für den Einsatz des industriellen 3D-Drucks. In der ersten Projektphase wurden bereits 35 Metall- und Polymerteile additiv gefertigt und EOS unterstützte EvoBus bei weiteren Designoptimierungen. Ziel war es, die Führungsposition von EvoBus trotz steigenden Wettbewerbsdrucks weiter auszubauen, deren Rentabilität nachhaltig zu steigern und Innovationskapazitäten zu erweitern.

#2: Technologiegerechtes Design

Wurden die richtigen Anwendungen identifiziert, gilt es, die unbegrenzten Vorteile des industriellen 3D-Drucks zur Erzielung bestmöglicher Ergebnisse zu nutzen –etwa über eine technologiegerechte Design- Optimierung oder sogar Neukonstruktion des ausgewählten Bauteils. Funktionsintegration, Topologie- Optimierung oder die Erzeugung komplexer bionischer Strukturen spielen hier häufig eine entscheidende Rolle, flankiert von maßgeschneiderten Belichtungsstrategien. Für das ausgewählte Bauteil münden die technischen Verbesserungen typischerweise in einen soliden Business Case, der auch die kommerziellen und strategischen Aspekte eines Wechsels hin zur AM-Technologie beinhaltet.

EOS Additive Minds hat seinen Kunden Linde in dieser Phase begleitet. Sein Wettbewerbsumfeld ist herausfordernd, Leistung und Kostenstrukturen entlang der Wertschöpfungskette sind bei den bisher eingesetzten herkömmlichen Fertigungsverfahren ausgereizt. Das Unternehmen brauchte schnelle Ergebnisse und musste kurzfristig Design- und Fertigungskompetenz für den industriellen 3D-Druck aufbauen. In einem Workshop mit EOS wurden Bauteile für den Einsatz von AM identifiziert, u. a. ein sogenannter Hydropox-Brenner. Schnell stellte sich heraus, dass das bestehende Produkt signifikant optimiert werden konnte. Der Brenner verfügt nun über eine bessere Leistung. Gleichzeitig reduzierte sich die Zahl der Komponenten von vorher 15 auf jetzt eine, wodurch auch die Gesamtbetriebskosten sanken. Linde hat damit die Grundlage für eine kundenspezifische Massenproduktion geschaffen. Das aufgebaute AM-Know-how wurde permanent im Unternehmen verankert und ist nun auch für andere Unternehmensbereiche nutzbar.

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