19.06.2023, von Thomas Masuch / Formnext
Die Additive Fertigung bietet enorme wirtschaftliche Potenziale und kann bei der Bewältigung aktueller wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Herausforderungen helfen.
In einer Welt, in der digitale Technologien immer weiter an Bedeutung gewinnen, gleichzeitig die Wichtigkeit von Nachhaltigkeit enorm gestiegen ist und Unternehmen ihre Lieferketten sicher gestalten wollen, werden die Anforderungen an Unternehmen immer höher. Einen wichtigen Beitrag bei der Bewältigung dieser Herausforderungen leisten Innovationen, die durch den 3D-Druck ermöglicht werden. Diese einzigartige Technologie, die der Kreativität von Ingenieuren und Produktentwicklern einen gewaltigen Antrieb verliehen hat, lässt immer neue Produkte und Anwendungen entstehen. Schicht für Schicht werden Objekte real, die früher als unrealisierbar galten.
Der 3D-Druck ist im Wesentlichen ein Verfahren, bei dem dreidimensionale Objekte durch schichtweises Auftragen von Material hergestellt werden. Diese recht neue Technologie kommt in immer mehr Branchen erfolgreich zum Einsatz und bietet dabei oft branchenspezifisch besondere Vorteile. Teilweise hat der 3D-Druck wie in der Zahnmedizin herkömmliche Fertigungsmethoden überwiegend abgelöst. Die wichtigsten Anwenderbranchen sind die Luft- und Raumfahrt, die Medizin- und Dental- sowie die Automobilindustrie. Wichtige Anwender sind ebenso die Hersteller von Konsumgütern, Automatisierungslösungen sowie Elektronik und Elektrotechnik, Forschungseinrichtungen und Universitäten sowie Unternehmen aus den Bereichen Energie (einschließlich Öl und Gas) und Verteidigung.
Gleichzeitig bietet die schnell wachsende Branche Unternehmen aus anderen Industriebereichen attraktive Möglichkeiten, um von der Marktentwicklung zu profitieren: So haben bereits zahlreiche traditionelle Unternehmen aus den Bereichen Automation, Nachbearbeitung u.a. spezielle Lösungen für die Additive Fertigung entwickelt und vermarktet.
Unternehmen wie hier BMW setzen Additive Fertigung immer mehr in automatisierten Systemen ein. Das öffnet auch zahlreiche Chancen für Automatisierungs-Spezialisten. Foto: BMW
Vielfältige Anwendungsbereiche
Diese vielfältigen Anwendungsbereiche reichen von 3D-gedruckten Raketentriebwerken, Automobilbauteilen über Zahnersatz, Hüftgelenken bis hin zu Maschinenbauteilen oder Produktionsmitteln. In der jüngsten Vergangenheit sind zudem neue Anwendungsbranchen stark gewachsen: Der 3D-Druck in der Architektur entwickelt sich rasant (inzwischen werden ganze Wohnhäuser und Bürogebäude gedruckt). Auch der 3D-Druck von Medikamenten und Nahrungsmitteln hat sich zu einer ernstzunehmenden Anwenderbranche entwickelt. Spannende Impulse setzt die Additive Fertigung zudem in der Modewelt und in zahlreichen anderen Branchen.
Generell hilft die Additive Fertigung fast in allen Branchen dabei, die Entwicklungszyklen deutlich zu verkürzen. So erfordern herkömmliche Fertigungsmethoden oft einen aufwendigen Werkzeug- und Formenbau, was zu langen Vorlaufzeiten und hohen Einrichtungskosten führt. Mit dem 3D-Druck werden diese Hürden überwunden, was ein schnelles Prototyping und eine Produktion auf Abruf ermöglicht. Komplexe Geometrien lassen sich mühelos realisieren. Diese neu gewonnene Flexibilität ermöglicht es Unternehmen, so schnell wie nie zu vor Entwürfe zu verbessern und Innovationen voranzutreiben und so die eigene Wettbewerbsfähigkeit weiter zu verbessern.
Gleichzeitig sorgt der Einsatz dieser Technologie auch dafür, dass viele Industriebereiche effizienter und erfolgreicher arbeiten. Maschinenbauer können durch den Einbau 3D-gedruckter Bauteile ihre Produkte verbessern, Raketen oder Flugzeuge werden durch 3D-gedruckte und oftmals topologieoptimierte Bauteile leichter, was letztendlich den Treibstoffverbrauch reduziert bzw. die Nutzlast erhöht.
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Lösungen für den Gesundheitsbereich sind ein weiteres Wachstumsfeld der Additiven Fertigung. Foto: Mesago / Mathias Kutt
Nachhaltigkeit und Effizienz
Insgesamt hilft die Additive Fertigung oftmals dabei, Produkte und die Fertigung nachhaltiger zu machen und den CO2-Ausstoß zu verringern. Mithilfe spezieller Tools können Unternehmen diese Einsparungen berechnen, und so zum Beispiel notwendige Einsparungsvorgaben (wie zum Beispiel in der Automobilindustrie) erfüllen. Die weiteren Vorteile des 3D-Drucks bezüglich der Nachhaltigkeit liegen darin, dass oftmals nur das Material verarbeitet wird, dass sich im Endprodukt wiederfindet und so kaum Abfall entsteht. Auch wirtschaftlich gesehen ist das bei sehr kostspieligen Materialien wie Titan sehr interessant. Darüber hinaus ermöglicht die Additive Fertigung eine dezentrale Produktion: Teile werden genau dort hergestellt, wo sie benötigt werden. Viele Transportwege und Lagerhaltung können damit entfallen.
Wirtschaftliche Bedeutung
Der immer weitläufigere Einsatz des 3D-Drucks hat dazu geführt, dass die AM-Branche in den vergangenen Jahrzehnten bis auf wenige Ausnahmen fast jedes Jahr zweistellig gewachsen ist und inzwischen rund 20 Mrd. EUR pro Jahr umsetzt. Dieses Volumen soll in den nächsten zehn Jahren auf über 100 Mrd. EUR wachsen.
Getrieben wird dieses Wachstum durch zahlreiche Innovationen entlang der gesamten Prozesskette, die auch jedes Jahr im November auf der Formnext in Frankfurt zu erleben sind. Jedes Jahr kommt intelligentere und spezialisiertere Software auf den Markt. Noch größere Maschinen und neue, für den 3D-Druck optimierte Materialien ermöglichen neue Anwendungen wie zum Beispiel 3D-gedruckte Boote oder noch größere und leistungsstärkere Triebwerke für Raketen. Auch in der Nachbearbeitung und Qualitätssicherung zeigen die Hersteller jedes Jahr neue Lösungen, mit denen der 3D-Druck noch effizienter wird und noch besser im industriellen Umfeld eingesetzt werden kann.
Der 3D-Druck von Elektronik ist noch ein kleines Feld der Additiven Fertigung, verspricht aber in naher Zukunft enormes Potenzial und eine Vielzahl von neuen Anwendungen. Auf dem Bild zu sehen ist das elektronische Grundgerüst einer Drohne inklusive sämtlicher Leiterbahnen und der Spulen für die Motoren. Bild: J.A.M.E.S.
Geschichte und Internationalität
Die Geschichte des 3D-Drucks beginnt in den 1980er Jahren, als frühe Pioniere wie Chuck Hull den Grundstein für diese Technologie legten. Während die Technologie anfangs fast ausschließlich für die Herstellung von Prototypen eingesetzt wurde, hat sich der Anteil der industriellen Fertigung von Endprodukten immer weiter vergrößert.
Auch International ist die 3D-Druck Branche breit aufgestellt. Während noch vor 20 Jahren der Kunststoff-Druck seinen Schwerpunkt in den USA hatte und Unternehmen in Deutschland führend im Bereich Metall-3D-Druck waren, ist die Branche inzwischen auch durch zahlreiche Player aus anderen Regionen gewachsen und sehr international aufgestellt. So bieten Unternehmen aus ganz Europa, China, Australien und vielen anderen Ländern sehr gute additive Fertigungslösungen an. Wichtige Absatzmärkte sind darüber hinaus zum Beispiel auch Emerging Markets wie der Mittlere Osten oder Indien.
Der Mittlere Osten hat sich zu einem wichtigen Absatzmarkt entwickelt. Einer der Anwendungsschwerpunkte ist der 3D-Ddruck von Gebäuden. Hier eine 3D-gedruckte Villa in Riad, Saudi-Arabien. Bild: Cobod
Ausblick
Die technologische Entwicklung in die Kreativität der Anwender (auch gefördert durch immer zahlreichere Schulungen und Ausbildungen), sorgt dafür, dass die Zahl der Anwendungen des 3D-Drucks jedes Jahr in einem atemberaubenden Tempo wächst. Für herstellende Unternehmen in vielen Branchen wird der Einsatz des 3D-Drucks immer wichtiger und teilweise fast unverzichtbar, um nicht den Anschluss an den Markt zu verlieren.
Zudem werden in den nächsten Jahren zahlreiche Anwendungen entstehen, die heute noch gar nicht absehbar sind, insbesondere in den jungen Anwenderbranchen des 3D-Drucks wie das Bauwesen, die Lebensmittelproduktion und sogar die Weltraumforschung. Während der 3D-Druck von Moscheen bereits für die nahe Zukunft geplant ist, bestehen auch Konzepte, um aus Mondstaub Habitate im Weltraum zu drucken. Die junge additive Industrie hat in ihrer recht kurzen Entwicklungsgeschichte schon enorm viel bewirkt und wird auch in der Zukunft unsere Welt Schicht für Schicht weitergestalten.
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