Aus dem Unterricht des CAS Disruptive Technologies mit Dozentin Agnes Petit zum Thema 3-D Printing berichtet Student Peter Lüssi.

Der Unterricht bei Agnes hat in Englisch stattgefunden, die Schulungsunterlage ist ebenfalls in Englisch und gespickt mit Fachausdrücken. Seht Euch bitte ihre Unterlagen ebenfalls an.

Additive manufacturing, allgemein auch als 3-D Printing bekannt, ist irgendwie spektakulär. Man sieht zu Beginn gar nichts, nur technische Einrichtungen. Dann wächst Schicht um Schicht, was man vorher am Bildschirm definiert und gesehen hat.

3-D Printing ist potentiell am idealsten für die Herstellung komplexer Teile. Ein Vergleich der Kosten zwischen traditionellen Prozessen und Additive Manufacturing (AM) zeigt auf, dass die Kosten für die Herstellung komplexer Teile nicht mehr länger eine grosse Hürde ist. Den Design-Möglichkeiten sind ebenfalls viel weniger Grenzen gesetzt. Im Gegenteil, mit zunehmender Komplexität schälen sich sogar signifikante Kostenvorteile heraus. Im Umkehrschluss ist AM ist für die Massenproduktion derzeit nicht geeignet. Vielleicht wird sich dies mit dem Fortschritt der Technologie ändern, wer weiss!

Additive manufacturing enables entirely new designs of components. 3-D Printing enables cost and design advantages, compared to traditional processes, the more complex it is.

Quelle: Interview with experts, Bain analysis

Warum ist das so, respektive was sind grosse Vorteile von AM? (siehe zu den nachfolgenden Ausführungen auch: https://www.bain.com/insights/five-questions-to-shape-a-winning-3d-printing-strategy/)

Vorteile von 3-D Printing

  • Bei «just in time» Produktion ist die Herstellung schnell und bedarfsgerecht.
  • Fast alle Arten von Teilen können hergestellt werden, welche bei herkömmlicher Fabrikation schwer oder gar nicht möglich sind (zB Knochenteile, Gitterarten, etc.).
  • Geringere Kosten für Kleinmengen und –teile.
  • Designer können sich auf Funktionalität und nicht auf Herstellbarkeit von Teilen fokussieren.
  • Leichtere und länger haltbare Teile sind herstellbar, weniger Materialverbrauch.

Welche Herausforderungen sind derzeit mit AM zu meistern?

Herausforderungen von 3-D Printing

  • 3-D Printer und Betriebsstoffe sind aktuell noch teuer.
  • Obwohl der Konkurrenzkampf klein ist, erheben 3-D Hersteller hohe Materialzuschläge auf die Preise, z.B. für Metalle und Plastikstoffe.
  • Ausbildung: Universitäten bieten zwar Lehrgänge für AM Design und Engineering an, es wird aber noch Jahre dauern, bis die heute bestehende Lücke an personellen Ressourcen aufgefangen ist.
  • Viele mit AM hergestellte Teile benötigen heute noch traditionelle Nachbearbeitung, was Zusatzkosten verursacht und Zeit benötigt.
  • Aktuell fehlen einheitliche Standards für Qualitätssicherung und Testverfahren, oder diese sind noch im Frühstadium.

Der Markt für 3-D Printing ist aktuell noch klein, wächst aber seit Jahren mit über 30 % pro Jahr an. Derzeit beträgt der Marktanteil rund 0.03 % des rund 10 US$ Trillionen+ umfassenden, weltweiten Fabrikationsmarktes.

Bain & Company haben CEO’s und COO’s, welche der Meinung sind, AM spielt für ihre Firma eine Rolle, fünf Fragen zur Bedeutung von 3-D Printing mit Kommentaren vorbereitet. Mit diesen Fragen sollten sich die Firmenführer auseinandersetzen:

Fünf Fragen von Bain & Company an CEO’s und COO’s bezüglich 3-D Printing

  1. Welche sind unsere Ambitionen?
    Einige Gesellschaften antizipieren einen Nischen-Gebrauch. 3-D Printing könnte aber eine breite Anwendung in Firmen mit kleinen Produktionsvolumen, kritischen «time-to-market» Erfordernissen, Produkten mit hoher Komplexität und Kleinteilen und Produkten mit Massfertigung finden.
  2. Welche Anwendungswege sollen wir gehen?
    Soll 3-D Printing Teil der Konstruktionstechnik (design engineering) sein? Oder des Fertigungsbereichs? Oder des Prototypings? Es gibt Firmen, die wenden AM in allen drei Anwendungswegen an, in Abhängigkeit ihrer Prioritäten.
  3. Wie schnell sollen wir vorangehen?
    Firmen können 3-D Printing selbst lernen oder sich temporär mit Systemherstellern oder Dienstleistern zusammen tun, um schneller auf den neuesten Stand zu kommen.
  4. Wie integriert sollen wir sein?
    Heutige Entscheidungen bestimmen darüber, wie einfach der Einsatz von 3-D Printing über die Zeit ausgeweitet werden kann. Dies alles betreffend, von Design Software über die Lieferkette, zum Testen von Teilen und zu Reparaturen.
  5. Wie sollen wir uns organisieren?
    3-D Printing führt den Fokus und den Arbeitsaufwand vom Management von Produktionsanlagen und Lieferketten zum Engineering und zu Produktionsplanung und –kontrolle. Firmen werden entscheiden müssen, ob sie reaktive Veränderungen vornehmen oder ihre Organisation frühzeitig anpassen wollen.

Was für Arten von Additive Manufacturing gibt es? Hierzu eine Übersicht aus den Schulungsunterlagen von Agnes Petit:

Additive manufacturing can encompass multiple processes, depending on the hardware, material requirements and product application.

Dabei werden Materialien wie Keramik, Metall, Sand, Plastik und Wachs verarbeitet.

Anwendungsgebiete für 3-D Printing:

  • Diverse Industrien: Automobilindustrie, Luftfahrt, Chemische Industrie, Liegenschaften/Gebäudetechnik, Bauwirtschaft (Schablonen, Einbauten, Teile für Luftfahrt und Automobilindustrie, Prototypen, etc.).
  • Medizin (Modelle für Operationen, Zahnteile, Zahnbrücken, Zahnkronen, Implantate, Prothesen, Haut, etc.).
  • Pharmazie (Tabletten, Kapseln, Implantate zur Verabreichung von Medikamenten, etc.).
  • Lebensmittel (Komplexe Kuchenformen und Verzierungen, Gebäck, Zuckerarbeiten, Pizzas, Süssspeisen, etc.).
  • Mode (Schmuck, Kleider, Schuhe, Accessoires, etc.).
  • Haushalt (Teller, Tassen, Löffel, etc.).

Konkrete Anwendungsbeispiele:

  • Mode/Schuhe: Nike Flyprint ist der erste für den Leistungssport mit 3-D Printing hergestellte textile Rennschuh.
  • Luftfahrt: GE Aviation hat einen neuen Einfüllstutzen für Flugzeugtreibstoff entwickelt. Mit 3-D Printing wurden 855 Einzelteile mit 12 3-D gedruckten Teilen ersetzt. Damit wurden pro Flugzeug erhebliche Kostenersparnisse erreicht.
  • Unterhaltungselektronik: Kopfhöher, welche dem Ohr perfekt eingepasst werden.
  • Medizin: Implantate, Prothesen und anderes, was die Lebensqualität von Menschen erheblich verbessern kann.

Nach dem theoretischen Teil sind wir dann in eine Übung in fünf Gruppen eigestiegen. Einleitend haben wir ein „new business model“ kennengelernt, wo ein 3-D Print vom Bildschirm am Arbeitsplatz oder von zu Hause her bestellt werden kann. Die Aufgabe war, aus den Bereichen Schmuck, medizinische Implantate, Lebensmittel, Schuhbekleidung und Bioprinting folgende Aspekte im Internet herauszuarbeiten:

  • Angebotene Materialien und Techniken?
  • Anbieter und deren Wettbewerbsvorteile?
  • Was wird angeboten (Geräte, Produkte, Dienstleistungen)?
  • Handelt es sich um einen reifen oder einen Wachstumsmarkt?

Hier einige bildliche Eindrücke von der Präsentation der Resultate:

Dann hat uns Agnes noch einige praktische Anwendungen vorgestellt, welche in der Schulungsunterlage zu finden sind. Weiter wurden die wichtigen Fragen des geistigen Eigentums und der Patentierung diskutiert. Insgesamt durften wir einen spannenden und lehrreichen Morgen verbringen. Danke, Agnes!