Nachhaltigkeit, Skalierbarkeit und der Wandel als Chance: Das sind die Trends im 3D-Druck für 2020

Multinationale Unternehmen werden immer einflussreicher, und mit diesem Einfluss wächst auch deren Verantwortung. Auch die Branche der additiven Fertigung kann sich dem nicht entziehen und muss die Auswirkungen dieser Technologie auf Umwelt und Gesellschaft berücksichtigen. Daher wird bei der Entwicklung innovativer und sinnvoller Produkte und Technologien für unsere Kunden die Nachhaltigkeit zu einem wichtigen Faktor.

Mit dem 3D-Druck steht Unternehmen bereits eine Fertigungsmethode zur Verfügung, mit der sich wesentlich nachhaltiger als bisher produzieren lässt. Dies gilt im Hinblick auf Gesellschaft und Umwelt: Dezentralisierte Fertigung vor Ort, mehr Gesundheit und Wohlbefinden durch personalisierte Patientenversorgung sowie die Entstehung höher qualifizierter Arbeitsplätze. Zusätzlich ist der 3D-Druck eine ressourcenschonende Produktionstechnologie, bedingt durch kundenindividuelle Massenproduktion und dezentralisierte Fertigung mit kurzen Lieferwegen. Aus diesem Grund wird die additive Fertigung gemeinhin als positiver Wirkfaktor für nachhaltiges Wirtschaften wahrgenommen. Doch das alles ist noch nicht ausreichend.

Damit geht es nicht um die Frage, ob der 3D-Druck die nachhaltigere Fertigungsmethode darstellt. Die zentrale Fragestellung lautet stattdessen: Wie lässt sich der 3D-Druck noch nachhaltiger gestalten?

Aufgrund der wirtschaftlich unsicheren Situation, fokussieren sich Hersteller vor allem auf Kostenreduktion und Risikominimierung. Dies gilt insbesondere für Hersteller aus Branchen, die stark von fluktuierender Nachfrage betroffen sind. So traf die Wirtschaftskrise Ende 2000 die 3D-Druckbranche besonders hart, weil sie sich damals noch vornehmlich mit Rapid Prototyping befasste. Und in dem Maße, wie Unternehmen ihre F&E-Budgets beschnitten, verringerte sich auch die Nachfrage nach Prototypen.

„Heute befinden wir uns in einer anderen SItuation“, erläutert Jurgen Laudus, Vice President und General Manager Manufacturing. „Im 3D-Druck geht es nicht mehr ausschließlich um die Prototypenerstellung – stattdessen handelt es sich inzwischen um eine Alternativtechnologie zur Fertigung von Endprodukten. Zeitgleich ist die Technologie als Ganzes gereift. Mehr und mehr Unternehmen vertrauen dem 3D-Druck inzwischen, um spezifische Design- und Fertigungsvorteile zu realisieren. Daher stellt der 3D-Druck in wirtschaftlich unsicheren Zeiten nicht länger ein kostenbehaftetes Risiko dar, sondern in der Tat eine Chance.“

Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungstechnologien gelten für den 3D-Druck nicht die gleichen Skaleneffekte. So benötigt man nur ein vergleichsweise geringes Startkapital. Für eine On-Demand-Produktion sind geringere Lagerkapazitäten erforderlich, eine Fertigung vor Ort kann die Auswirkung schwankender Zölle abpuffern.

Wir blicken auf eine Zeit des wirtschaftlichen Wandels, daher sind wir der Auffassung, dass mehr und mehr Hersteller sich dem 3D-Druck als Produktionsmittel zuwenden werden, um Kosten zu reduzieren und Risiken zu minimieren.

Daten verschaffen Macht. Mit zunehmendem Einsatz des 3D-Drucks und einer Vielzahl von Sensordaten, die Einblick in den Bauprozess der additiven Fertigung liefern, sammeln wir mehr Daten als je zuvor.

Aber die reine Datensammlung ist nicht ausreichend – wir müssen aus Daten Informationen machen, die Entscheidungen oder Handlungen unterstützen oder automatisieren.

KI ist hierfür ein viel versprechendes und extrem leistungsfähiges Werkzeug. Sie ermöglicht die Verarbeitung großer Datenmengen, um diese sinnvollen Informationen zu erhalten. Zusätzlich zu den erforderlichen großen Datenmengen ist außerdem ein tieferes Verständnis der Prozesse notwendig. Oder in diesem Fall: der Bauprozesse im 3D-Druck.

„Es gibt heute sicher ein paar Beispiele dafür, wie KI den 3D-Druck voranbringt“, räumt Stefaan Motte, Vice President und General Manager Software, ein. „Doch bevor wir wirklich damit beginnen, die KI für AM einzusetzen, müssen wir uns zunächst darauf konzentrieren, die vielfältigen Parameter und Algorithmen, die den 3D-Druckprozess bestimmen, zu erkennen und wirklich zu verstehen. Dafür sind zunächst kontinuierliche Investitionen in Forschung, Innovation und branchenübergreifende Zusammenarbeit notwendig.“

Denn erst, wenn wir den 3D-Druckprozess wirklich verstehen und daraus ableiten können, wie sich diese Prozesse beschleunigen und vorhersagbarer machen lassen, lässt sich das volle Potenzial von KI für die AM realisieren.

In den vergangenen Jahren hat der 3D-Druck in vielerlei Hinsicht Fortschritte gemacht: schnellere Maschinen, neue Werkstoffe und vielfältige Optionen im Finish. Wir sehen heute, wie diese Fortschritte zusammenkommen und zu einem innovationsfreudigen Klima führen.

„Das sind hervorragende Nachrichten für die 3D-Druckbranche“, freut sich Kristel Van den Bergh, Director of Innovation. „Nicht nur, weil es uns ermöglicht, bestehende Anwendungen durch eine Verbesserung der Fertigungsprozesse aufzuwerten, sondern auch, weil dadurch die Entwicklung von völlig neuartigen Applikationen vorangetrieben wird, die bisher undenkbar und auch unerreichbar waren.“

Ein gutes Beispiel hierfür ist der Einsatz des neuen Werkstoffs TPU für die kundenindividuelle Massenproduktion. Früher konnte man durchaus mit TPU drucken, aber der Prozess war relativ instabil und daher nicht belastbar zu skalieren. Mit den MJF-Maschinen von HP, den neuen TPU-Materialien von BASF sowie dem Prozess- und Design-Knowhow von Materialise ergeben sich ganz neue – und jetzt auch skalierbare – Anwendungsbereiche wie Footwear, Sportausrüstung und Sicherheitsausstattungen.

Fortschritte bei 3D-Druckern, Software und Werkstoffen kommen alle zum perfekten Zeitpunkt zusammen. In der Vergangenheit interessierten sich Endverbraucher wenig für die Fertigungsprozesse, mit denen ihr gewähltes Produkt hergestellt wurde. Momentan erleben wir einen Zuwachs an Performanz und Ästhetik sowie eine aktive Beteiligung am Personalisierungsprozess, sodass der 3D-Druck jetzt für den Verbraucher erfahrbar wird. Ab dem Jahr 2020 werden bislang unvorstellbare Produkte auf den Markt kommen.

In dem Maße wie Firmen ihre 3D-Druckarbeiten ausweiten, verlassen sie sich auch zunehmend auf Automatisierung. Leider wird das Skalierungspotenzial durch die Nachbearbeitung begrenzt, die größtenteils immer noch manuell erfolgt. Eine durch Aufstockung von Personal getragene Skalierung, erhöht jedoch Kosten und Variabilität, ohne die Zuverlässigkeit zu steigern. Soll die Produktion also skaliert werden, ist dies nur durch eine Automatisierung der Nachbearbeitung möglich.

Dies gilt in besonderem Maße für die kundenindividuelle Massenproduktion. So wünscht der Kunde seine personalisierten Schuhe womöglich in unterschiedlichen Farben, was den Prozess weiter verkompliziert. Und selbst wenn wir von der kundenindividuellen Massenproduktion sprechen, ist der tatsächliche Durchsatz immer noch relativ klein.

„Wir glauben, dass jetzt der Zeitpunkt gekommen ist, um Nachbearbeitungsprozesse zu automatisieren“, stellt CTO Bart Van der Schueren fest. „Bei Materialise haben wir bereits stark in diese Prozesse investiert. Ein Beispiel für unser Bekenntnis zur Automatisierung ist die komplette Ausrüstung der Reinräume in der Medizinproduktion, um den höchstmöglichen Qualitätsstandard sicherzustellen.“

Glücklicherweise bietet die Industrie 4.0 ganz neue Möglichkeiten zum Einsatz von Automatisierung und Robotik in der Nachbearbeitung. Dies erfordert Zeit, Aufwand und neue Investitionen, die sich erst dann lohnen, wenn der 3D-Druck skaliert wird, was in jedem Fall passieren wird. Aus diesem Grund ist es notwendig bereits heute in die automatisierte Nachbearbeitung zu investieren.