Free your Mind – think additive! Oder: Der industrielle 3D-Druck ist salonfähig geworden.

Von der Wahrnehmung über die Akzeptanz zur breiten Anwendung: Der 3D-Druck erklimmt jetzt gerade die dritte Stufe des industriellen Establishments. Die Fragen, die nun gestellt werden, beginnen nicht mehr mit ‘ob’, sondern mit ‘wie’ und ‘welche’:

Wie identifiziere ich Potentiale additiver Fertigung? Welche Komponenten eignen sich für das neue Herstellungsverfahren besonders gut? Welche neuen Use- und Business-Cases lassen sich damit generieren? Wie filtert man AM-geeignete Teile automatisiert aus bereits bestehenden riesigen Industrie-Datenbanken (SAP, ERP, PLM, etc.)? Hier sind die Antworten.

Auszugsweiser Entwurf eines Expertenartikels zum Thema
“Additive Manufacturing part identification”

Mittlerweile haben es alle realisiert: Der 3D-Druck ist den Kinderschuhen des niedlichen Desktop-Printers entwachsen, hat sich in Form imposanter Industrie-Anlagen etabliert und heißt jetzt Additive Manufacturing (AM), zu Deutsch: additive Fertigung (AF). Auch die Stunde der (Serien-)Produktion funktionaler Teile hat längst geschlagen. Und alle Unternehmer spüren, welches enorme Potenzial diese Technologie für buchstäblich jede Branche birgt. Was die meisten aber nicht spüren: wie sie Additive Manufacturing für ihre Belange konkret nutzen können.

Wenn man Google mit Suchbegriffen wie “Potential additiver Fertigung identifizieren” oder “Use Cases für AF?” füttert, findet man Seiten von Dienstleistern und Medien, auf denen erläutert wird, was viele bereits kennen: die Kernkompetenzen additiver Fertigung.

Gleichwohl besteht eine essentielle Funktion dieser Erkenntnisse darin, die Additiv-Potenziale widerzuspiegeln, die es hier auszuloten gilt. Und da wir nur selten mit vollständigen Auflistungen dieser Vorzüge additiver Fertigungsmethoden (gegenüber herkömmlichen Verfahren) versorgt werden, und solche Listen zudem permanent expandieren bzw. gedeihen, stellen wir hier zunächst eine solche zur Verfügung, ehe wir darauf eingehen, wie man diese gewinnträchtigen Potenziale gezielt und nach eigenen Ressourcen/Kompetenzen/Bedürfnissen gefiltert aufspürt.

State

State of the Art-Liste der ökonomisch-technischen Vorteile additiver Fertigung

ohne Bewertung des langfristigen volkswirtschaftlichen Nutzens (etwa durch die Reihenfolge) und ohne Berücksichtigung gesundheitlicher, umwelttechnischer oder soziologischer Faktoren.

1. Nahezu unbegrenzte Komplexitäts-/Designfreiheit.
   1. Dadurch ist es auch erstmals möglich, bionische Erkenntnisse im ganz großen Stil umzusetzen, Bauteile also funktional zu perfektionieren.
   2. Dies impliziert die Möglichkeit, funktionale/mechanische Komponenten komplett in geschlossene Bauteile zu integrieren.
   3. Durch die Möglichkeit, “um die Ecke zu bohren”, können konforme Kühlkanäle integriert werden — dadurch kürzere Herstellungszeit, höhere Zuverlässigkeit sowie gesteigerte Leistung des Produkts.
   4. Gewichtsreduktion bei gleicher oder höherer Stabilität – dadurch wiederum: Volumenreduktion bei gleicher oder höherer Kraftaufnahme.
   5. Zulieferer-Reduktion. Oft nicht unproblematisch: viele Produkte und Baugruppen werden umständlich aus etlichen Einzelbauteilen zusammengesetzt, die wiederum von diversen Herstellern beigesteuert werden. AF stellt auch hierfür eine brillante Lösung dar.
2. Durch die drastisch bessere Werkstoffausnutzung können ggü. subtraktiven Fertigungsmethoden bis zu 95% Material/Werkstoffe und entsprechend viel Abfall eingespart werden. Faustregel: Je komplexer die Bauteile desto höher die Ressourcen- und Abfall-Einsparung.
3. Extrem niedrige Einrüstaufwendungen, Werkzeugkosten und Vorlaufzeiten, dadurch Minimierung der Losgrößen auf Faktor 1, dadurch Möglichkeit der
   1. On Demand-Lieferung von Ersatzteilen und Produkten,
   2. Herstellung von Prototypen und individuellen Bauteilen,
   3. Herstellung von lukrativen Kleinstserien
   4. Last-Minute-Änderungen,
   5. Extrem kurzen “Time-to-Market”-Phase.
4. Höhere Werkstoffvielfalt.
5. Dezentralisierung der Produktion. Dieser Aspekt dürfte die beträchtlichsten Auswirkungen auf unsere Welt zeitigen. Längst versuchen die großen Logistiker, sich darauf einzustellen, ersinnen adäquate Business-Cases, um ihre Pfründe zu sichern, ihr Kerngeschäft zu verteidigen, das definitiv gewaltige Disruptionsprozesse erfahren wird, denn: Wenn ich mir meine Produkte im 3D-Druck-Hub um die Ecke machen lasse, brauche ich keinen Versand mehr.
6. Unabhängigkeit von Zulieferern bzw. von (z.B. ausrangierten) Fertigungsanlagen: Nicht mehr lieferbare oder inakzeptabel teure Ersatzteile, sowie Einzelkomponenten aus Baugruppen können eigenverantwortlich hergestellt werden. Reparaturkosten werden ggf. kolossal reduziert.

Aller Anfang ist nicht schwer, sondern analog!

Biomimicry, wie Bionik auch oft genannt wird, ist wahrscheinlich das Rezept für eine bessere Welt. Um den Blick für die neuen Horizonte frei zu kriegen, müssen Konstrukteure jedoch all diejenigen Speichercluster ihres Gehirns formatieren, die in den Fächern Fertigungstechnik, Konstruktion und Statik ihres Maschinenbaustudiums angelegt wurden. Was der (fast) gleichnamige Software-Anbieter (3YOURMIND) sich vor fünf Jahren buchstäblich auf die Fahnen schrieb, gewinnt somit immer mehr Relevanz: Free your mind!

Kosten für Lagerhaltung und Bevorratung sparen

1999 entschied das Landgericht Köln, dass ein Hersteller Ersatzteile für die durchschnittliche Nutzungsdauer seines Produkts bereit zu halten habe, so es sich um ein technisches Industrieprodukt handele. Das sind, je nach Produkt zwischen 2 und 30 Jahren. Autohersteller  müssen nach Auslieferung des letzten Fahrzeugs einer Modellreihe Ersatzteile für einen Zeitraum von mind. 12 Jahren bereitstellen.
Durch AF können Lagerkosten drastisch gesenkt werden.

Nun stellt sich also die Frage, welche dieser “Superkräfte” die besten Dienste leisten könnte? Müssen große Lagerbestände verwaltet werden, die es zu reduzieren gilt? Kann ich bessere (Wettbewerbs)leistungen erbringen, wenn es mir gelingt, Komponenten hinsichtlich Gewicht, Größe oder Stabilität zu optimieren?…

Da in fast allen Unternehmen eine zunehmend große Anzahl entsprechender Fragen immer relevanter werden (die noch dazu nicht immer mit ja oder nein beantwortet werden können, sondern mit einem Wert), kann die Lösung weder eine Sache des Bauchgefühls sein, noch eine sporadische.

Will man das Potenzial additiv zu fertigender Komponenten betriebswirtschaftlich und technisch systemisch-ganzheitlich erfassen, ist eine methodische Herangehensweise unerlässlich. Und eine solche wird bislang in aller Regel nicht einmal durch professionelle Audits oder AM-Assessments erbracht, denn die stützen sich – egal ob intern oder durch externe Dienstleister durchgeführt –  auf (subjektive) Erfahrungswerte, was zu Fehleinschätzungen und Lücken führen kann: erstens sind die Datenbanken meist viel zu umfangreich, als dass Berater sie alle in der notwendigen Tiefe diskutieren können; zweitens sind die zugrunde liegenden Kriterien “statisch”. Kriterien die mit der Planung eines Audits/Assessments einmal festgelegt wurden, können sehr schnell veraltet sein. In Hinblick auf zukünftige Sortimentserweiterungen und Technologie-Veränderungen müssen solche Algorithmen unbedingt dynamisch anpassbar sein. Hierbei sind Maschinen meist “flexibler”.

Das einzige, was langfristig Erfolg verspricht, ist deshalb eine maschinengestützte, individuell kalibrierbare Systematik, mit der

• vorhandene Datenbanken unbegrenzten Ausmaßes durchforstet werden können und
• Bauteile bereits während des Prozesses der Planung bzw. der Bestellung auf ihre 3D-Druck-Tauglichkeit geprüft werden.

Eine kleine Erfolgsgeschichte

Fügen wir dem eingangs genannten Googlefutter nun also das Zauberwort “maschinell” oder sogar “automatisch” hinzu, fällt die Ausbeute mager aus. Genau genommen existiert bislang nur ein einziges Verfahren, das den genannten Ansprüchen genügt: Der Additive Manufacturing Part Identifier (AMPI) des Berliner Software-Anbieters 3YOURMIND, Problemlöser der ersten industriellen AM-Stunde.

Ursprünglich hatte die 3YOURMIND GmbH, die sich mit ihrer preisgekrönten Enterprise-Bestellplattform längst einen Namen in der AM-Szene gemacht hatte, die Idee, ein Verfahren zu entwickeln, das den kompletten Produkt-/Güterbestand eines Unternehmens auf AM-Potenzial prüft – und zwar sämtliche Objekte, egal ob

1. bereits als CAD-Datei erfasst,
2. ob ihre Geometrien in Form hinterlegter Metadaten (bzgl. Abmessungen, Werkstoffen, Funktionalitäten etc.) zwar digital vorliegen, aber nicht in 3D.
3. Oder ob sie noch gar nicht digital erfasst wurden, so dass zugleich spezifische Scanning-Lösungen konzipiert werden müssen.

Auf der Basis langjähriger Erfahrungen und permanenter Marktbeobachtung wurden zu diesem Zweck eine Vielzahl technischer und ökonomischer Kriterien/Indikatoren identifiziert, die zunächst bewertet, zugeordnet und dann systematisch (per Computeralgorithmus) ausgewertet werden. Da mit fast jedem Drucker ganz unterschiedliche Prozess- und Kostenfaktoren verbunden sind (AM-Verfahren, Werkstoffe, Temperaturen, Laufzeiten, Geometrie-Komplexitäten, Bauraum-Volumen, Postprocessing-Aufwand etc.) spielt für viele User/Kunden auch die spezifische Anpassung an die jeweils im Gebrauch befindlichen additiven Fertigungsanlagen bzw. Druckmethoden eine wichtige Rolle, die wiederum kontinuierlich neu definiert werden muss.

Vorteile der AMPI-Innovation auf einen Blick

• Echtzeit-Generierung direkter Status-Berichte mit klarer Vergleichsstruktur zur Auswahl von Bauteilen mit hohem AM-Potenzial.
• Übersichtliche intuitive Strukturierung des Workflows zur Prüfung von Bauteilen.
• Direkte ERP-, PLM- und MES-Schnittstellen.
• Klassifikation gescannter Bauteile nach technischer und wirtschaftlicher Eignung.
• Als Cloud-Lösung oder on-Premise.

Schon mit dem ersten Release wurde klar, dass der AMPI eine Weltmarktlücke schließt, somit maßgeblich dazu beitragen wird, die Möglichkeiten des 3D-Drucks auf immer breiterer Ebene voll auszuschöpfen. Und: dass dies noch längst nicht das Ende der Fahnenstange ist.

Um den enormen Vorsprung vor (potentiellen) Wettbewerbern auszubauen, stockten die Investoren auf: 3YOURMIND heuert nun kontinuierlich weitere Spitzen-Entwickler aus der ganzen Welt an, um die vorhandenen Features zu perfektionieren und neue auszutüfteln.

Zu den neuesten AMPI-Erweiterungen zählt das Use Case Screening. Damit kann jeder Mitarbeiter im Unternehmen – egal ob in der Konstruktion, im Einkauf, in der Produktion oder im Außendienst – weitere Komponenten anhand eines klar strukturierten, digitalisierten Prozesses auf den wirtschaftlich und technisch sinnvollen Einsatz im 3D-Druck prüfen lassen.