Additive Fertigungsmethoden Bei 3D-Druck Chancen und Risiken abwägen

Die 3D-Drucker können eine wichtige Rolle in Industrie 4.0 und IoT spielen.
Die 3D-Drucker können eine wichtige Rolle in Industrie 4.0 und IoT spielen.

Viele diskutieren über Internet der Dinge und Industrie 4.0. Dabei können 3D-Drucker eine wichtige Rolle spielen; allerdings müssen diese Maschinen erst noch in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden. Es gibt viele Ansätze und Ideen, aber deren Umsetzung wird noch Jahre dauern.

Additive Fertigungsmethoden werden im normalen Sprachgebrauch gerne mit 3D-Druck umschrieben und die dafür geeigneten Produktionsmaschinen simpel 3D-Drucker genannt. Es gibt mittlerweile für wenige hundert Euro lieferbare Modelle, die für Hobby-Bastler interessant sein mögen. Es überrascht niemanden, dass sich mit der Thematik der additiven Herstellmethoden gegenwärtig viele Unternehmen, Marktforschungsfirmen und natürlich auch staatliche Institutionen auseinandersetzen. Letztere wollen u.a. mit Forschungsgeldern inländische Betriebe für die Produktionstechnik begeistern.

Im April dieses Jahres machte die Unternehmensberatungsfirma Roland Berger eine Marktstudie zum Thema „Additive Manufacturing – next generation“ [1] publik, in der sie über Jahre hinweg viele Facetten zu der neuen Fertigungstechnik zusammentrug. Bereits 2013 hatte sie eine erste Studie zu dem Thema veröffentlicht; nun, drei Jahre später, wird ein Update mit den aktuellen Trends nachgeschoben. Die Studie selbst geht auf viele Einzelaspekte ein, die den Ablauf der gesamten Prozesskette abbilden – von der Ideenfindung über die Fertigungsschritte bis zum Marktpotenzial am Wirtschaftsstandort Europa.

Ein interessanter Aspekt der Studie wird im Rahmen dieses Beitrags angesprochen; die komplette Zusammenfassung indes kann als Postscript-Dokument unter [1] frei verfügbar abgerufen werden. Am Anfang der Fertigungskette für ein neues Produkt steht bei Roland Berger erst einmal das geeignete Projektmanagement. Favorisiert wird hierbei Scrum – ein Vorgehensmodell des Projekt- und Produktmanagements, das ursprünglich in der Software-Technik entwickelt worden ist. Inzwischen wird es aber unabhängig davon in vielen anderen Domänen angewandt.

Der Zusammenhang mit additiven Fertigungstechniken wird vielleicht dann verständlich, wenn man die Grundelemente der Scrum-Vorgehensweise kennt. Scrum (englisch: Gedränge) kennt unterschiedliche Rollen, neben denen auch Beobachter, Spezialisten und „Stakeholders“ existieren. Die drei wichtigsten Rollen jedoch sind:

  • Product Owner,
  • Scrum Master und
  • das Team selbst.

Der Product Owner stellt den Auftraggeber dar, der fachliche Anforderungen vorgibt, die dann priorisiert werden. Der Scrum Master koordiniert das Team und ist für das Prozessmanagement zuständig. Er hält dem Team den Rücken frei, klärt etwaige Hindernisse ab und räumt sie abschließend aus dem Weg. Das besagte Team ist eine heterogene Gruppe ohne starre hierachische Strukturen.

Die Anforderungen (Requirements) werden in einer Liste (Product Backlog, siehe Bild 1) gepflegt, erweitert und priorisiert. Das Product Backlog ist dabei ständig im Fluß. Um ein sinnvolles Arbeiten zu ermöglichen, wird monatlich vom Team in Kooperation mit dem Product Owner ein definiertes Arbeitspaket dem oberen, höher priorisierten Ende des Product Backlog entnommen und komplett in Funktionen umgesetzt. Dieses Arbeitspaket, das Increment, wird während der laufenden Iteration, dem sogenannten Sprint, nicht durch Zusatzanforderungen modifiziert, um seine Fertigstellung nicht zu gefährden.

Das eben erwähnte Arbeitspaket wird in kleinere Arbeitspakete (Tasks) heruntergebrochen und mit jeweils zuständigem Bearbeiter und täglich aktualisiertem Restaufwand in einer weiteren Liste, dem Sprint Backlog, festgehalten. Während des Sprint arbeitet das Team konzentriert und ohne Störungen von außen daran, die Tasks aus dem Sprint Backlog in ein „Increment of Potentially Shippable Functionality“, also in einen vollständig fertigen und potenziell produktiv einsetzbaren Anwendungsteil, umzusetzen.

Und genau hier setzt die Idee des Roland-Berger-Teams an, die davon ausgeht, dass Scrum in vielen weiteren Branchen Einzug halten wird und dabei auch additive Fertigungstechniken eine wichtige Rolle spielen werden. Sofern der Projektgegenstand nicht ein Software-, sondern ein Hardware-Produkt ist, wäre es sinnvoll, wenn am Ende eines Arbeitspaketes ein reales Modell vorgelegt werden könnte, und umsetzen ließe sich diese Idee am besten mit einer additiven Fertigungsmaschine, die binnen Stunden das Zwischenergebnis als Produkt liefert. Ob und wann diese Idee bei Firmen ihre Anwendung finden wird, sei dahingestellt; sie verdient in jedem Falle eine Erwähnung im Rahmen dieses Beitrags.

Marktpotenzial für additive Fertigungsmaschinen

Welches Marktpotenzial in der additiven Fertigungstechnik steckt, lässt sich in der Regel nur in der Nachbetrachtung vernünftig beziffern. Allerdings werden in einer Studie [2] im Rahmen der Begleitforschung zum Technologieprogramm Autonomik für Industrie 4.0, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde, konkrete Zahlen dazu genannt, siehe Bild 2. Die veröffentlichten Zahlen beziehen sich auf die Marktsituation für additive Fertigungsgüter (AF) und deren zukünftige Entwicklung. Zu den AF-Gütern gehören im Einzelnen 3D-Drucker, Material, Zubehör und Software sowie AF-bezogene Dienstleistungen, die zur Herstellung von AF-Produkten genutzt werden.

Der globale Umsatz von AF-Gütern habe sich demzufolge zwischen 2003 und 2014 beinahe verachtfacht; für deutsche Unternehmen wurde der Anteil am globalen Umsatz mit AF-Gütern für das Jahr 2010 mit 15 bis 20 % beziffert. Das entspräche einem Umsatz von ca. 260 Mio. Dollar. Abschätzungen zufolge sind ca. 1000 deutsche Unternehmen im Bereich der AF-Güter tätig; wichtige deutsche Unternehmen sind dabei EOS Electro Optical Systems, SLM Solutions, Voxeljet, Concept Laser, Envisiontec sowie Realizer.

Gerade in Deutschland zeichne sich eine positive Entwicklung ab. Hier haben sich – den Markterhebungen zufolge – die Verkaufszahlen von industriellen 3D-Druckern zwischen 2010 und 2014 mehr als verdreifacht. Für Desktop-3D-Drucker lägen aktuell keine Daten vor. Weil der Einsatz von günstigen Desktop-3D-Druckern bei Architekten, Designern und Dienstleistern stark zugenommen habe, könne jedoch von einer ähnlichen Entwicklung wie in der globalen Betrachtung ausgegangen werden.