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Smart Manufacturing Ohne Digitalisierung keine Additive Fertigung

| Autor / Redakteur: Patrick Vollmer und Felix Wunner / Simone Käfer

Additive Fertigung und Digitalisierung sind eng miteinander verzahnt. So werden für Ersatzteile nur noch Daten gelagert und Produktionsnetzwerke versenden Aufträge digital.

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Die Additive Fertigung käme ohne digitale Transformation nicht aus ihrer Rapid-Prototyping-Nische.
Die Additive Fertigung käme ohne digitale Transformation nicht aus ihrer Rapid-Prototyping-Nische.
(Bild: ©Gorodenkoff - stock.adobe.com)
  • Ohne die Digitalisierung der Produktionsprozesse käme die Additive Fertigung nicht aus ihrer Nische.
  • Lagerhaltung: Nur Daten werden gelagert, bei Bedarf aufgerufen und die Produktion von einem oder mehreren Ersatzteilen startet.
  • MaaS: Geräte und andere Fertigungskapazitäten werden vernetzt und von mehreren genutzt, um eine effizientere Produktion zu ermöglichen.

Schritt für Schritt verlässt der 3D-Druck sein Schattendaseins und wird als Additive Fertigung für zahlreiche Unternehmen eine Ergänzung ihres Geschäfts. Bei einigen Produkten ist sogar schon die ein oder andere traditionelle Herstellungsweise bedroht. Die Gründe dafür: Prozesse und eingesetzte Materialien wurden verbessert, auch dadurch werden immer mehr Anwendungen sowie neue Möglichkeiten zur Produktgestaltung entdeckt, die wiederum in neuen Geschäftsmodellen resultieren. Doch ohne die fortschreitende Digitalisierung der Produktionsprozesse würde die Additive Fertigung ihrer Nische nicht entwachsen.

Die On-demand-Fertigung – nicht nur was für Ersatzteile

Gerade wenn es um Ersatzteile geht, spielt die Additive Fertigung ihre Stärken aus. Dabei liegt der grundsätzliche Vorteil auf der Hand: Statt Ersatzteile auf Vorrat zu produzieren und als totes Kapital über lange Zeiträume in kostenintensiven Lagern vorzuhalten, sind es digitale Zwillinge, die gespeichert werden. Bei Bedarf werden die Daten aufgerufen und die Produktion von einem oder mehreren Ersatzteilen startet. Dadurch werden die Kosten für die Bestandsführung sowie für die Logistik und den Versand stark reduziert.

Allerdings lassen sich derzeit noch nicht alle Ersatzteile beispielsweise für Autos oder Flugzeuge durch Additive Fertigung produzieren. Materialien mit bestimmten Spezifikationen, die auch den Sicherheitsstandards entsprechen müssen, zu große Objekte oder lange Produktionszeiten stellen vor allem technologische Beschränkungen dar. Noch weitgehend undefiniert ist die Frage des Schutzes des geistigen Eigentums, das in der virtuellen Kopie eines Ersatzteils liegt. Den Digitalen Zwilling zur Fertigung an das bestellende Unternehmen zu senden, kann dazu führen, dass die Urheberrechte verletzt werden. An Lösungen, die eine strenge Reglementierung der Nutzung garantieren, um das geistige Eigentum zu schützen, wird noch gearbeitet.

Der Ersatzteiltest von mit einer Boeing

Grundsätzlich bietet die Additive Fertigung vor allem bei Ersatzteilen ein enormes Einsparpotential, aber genauso Möglichkeiten, neue Geschäftsmodelle zu etablieren. Welche Vorteile die „Fertigung nach Bedarf“ bietet, liegt auf der Hand. Um die Vorteile des 3D-Drucks auf Abruf zu demonstrieren, hat sich der amerikanische Hersteller Moog mit Microsoft, ST Engineering und Air New Zealand für eine praktische Demonstration in der Luft- und Raumfahrtindustrie zusammengetan.

Für dieses Projekt führte ein Flugzeug vom Typ Boeing 777-300, das nach dem Abflug in Auckland den Flughafen von Los Angeles ansteuerte, einen Proof-of-Concept durch, in dessen Mittelpunkt die Simulation eines gebrochenen Kabinenteils stand. Bei Erreichen der Reiseflughöhe teilte die Flugzeugbesatzung der Wartungsabteilung in Auckland mit, dass sie einen Teil des Stoßfängers zwischen Sitz und Monitor ersetzen müsse. Das Wartungsteam nutzte seinen Zugang zu einem digitalen Teilekatalog von ST Engineering, bestellte eine Ersatzkomponente, ermittelte, wo das Ersatzteil in Los Angeles in additiv gefertigt und direkt an den Flughafen geschickt werden konnte. Innerhalb von 30 Minuten nachdem das Flugzeug auf dem Rollfeld ankam, wurde das defekte Teil ausgetauscht.

MaaS: das Produktionsnetzwerk

Die fortschreitende Digitalisierung der Fertigung hat darüber hinaus neue dienstleistungsbasierte Geschäftsmodelle für Hersteller hervorgebracht. Eines davon ist „Manufacturing as a Service“ (MaaS). Dieses Modell beruht auf einer gemeinsamen Nutzung der Fertigungsinfrastruktur, bei der Geräte und andere Fertigungskapazitäten vernetzt werden, um eine effizientere Produktion zu ermöglichen. Mit MaaS kann ein Kunde eine Bestellung für ein Teil senden, und auf der Grundlage von Arbeitsbelastung, Materialien, Verfügbarkeit von Arbeitskräften, Standort und Umfang leitet das Netzwerk die Bestellung dynamisch an eine bestimmte Einrichtung oder eine Reihe von Einrichtungen weiter, um die Anfrage möglichst effizient zu erfüllen.

Das Bestreben vieler Unternehmen, die Komplexität ihrer Lieferketten zu reduzieren wird durch die Corona-Pandemie weiteren Auftrieb erfahren. Über den 3D-Druck ist es möglich, hier für Beschleunigung zu sorgen, indem man Teile intern herstellt, die bislang zugeliefert wurden. Darüber hinaus ist der 3D-Druck in der Lage komplexe Geometrien zu erzeugen, die sich mit herkömmlichen Methoden nicht herstellen lassen. Man spricht hier von Topologie-Optimierung oder auch von generativem Design. Zugleich können auch mehrere Bauteile in einem integriert werden. Diese Fähigkeit könnten Unternehmen nicht nur dazu nutzen, Teile innerhalb einer Baugruppe zu reduzieren, sondern auch auf ganz spezifische Kundenwünsche und Trends gezielt einzugehen (Stichwort: Mass-Customization). Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, die erhebliche Investitionen in Werkzeuge für kundenspezifische Teile erfordern würden, müssen beim 3D-Druck lediglich digitale Entwürfe des Produkts direkt an einen Drucker übergeben werden.

Die digitale Wertschöpfungskette

Voraussetzung für eine erfolgreiche Nutzung des 3D-Drucks ist eine funktionierende digitale Wertschöpfungskette von der Entwicklung bis zur Wartung des Produkts. Die heute oftmals silo-artig und nach Funktionen aufgestellten IT-Landschaften verhindern die Daten-Kontinuität und -Integration zwischen Engineering, Produktion, dem Supply-Chain- und Service-Management. Dies gilt auch für die Rückkopplung von Informationen vorgelagerter Aktionen, wie es typischerweise aus agilen Geschäftsprozessen bekannt ist. Des Weiteren muss 3D-Druck mit den übrigen Produktionstechnologien nahtlos zusammenspielen. Manche Hersteller von Werkzeugmaschinen haben dies bereits erkannt, sie nutzen additive und substraktive Verfahren in enger Abstimmung.

Daten stellen die bedeutsamste Ressource für die Digitalisierung dar. So werden in der Additiven Fertigung digitale Zwillinge gelagert, die bei Bedarf mit der richtigen Versionierung produziert werden können. Die zentralisierte digitale Speicherung der Konstruktionsdaten in der Cloud ermöglicht den flexiblen Zugriff und realisiert so den erwünschten effizienten Workflow.

Digitale Infrastruktur und Durchgängigkeit von Daten

3D-Druck unterstützt die Optimierung der Supply Chain für das Ersatzteil-Management. Dafür unabdingbar ist die Einbindung digitaler Technologien, die Integration einer digitalen Infrastruktur sowie die Durchgängigkeit von Daten. Sie sind eine Grundvoraussetzungen für Skalierung und Standardisierung, aber auch Zertifizierung und Qualitätssicherung. Dies gilt umso mehr, wenn KI eingesetzt werden soll, um Produktionsabläufe und Produktqualität zu optimieren.

Richtig eingesetzt erzeugt die Additive Fertigung einen positiven Einfluss auf konventionelle Lieferketten. Mehr noch: Sie verändert das traditionelle Geschäft mit Ersatzteilen auf einen Schlag. Dabei ist der Ansatz der Additiven Fertigung nicht per se revolutionär, sondern sollte evolutionär im Unternehmen implementiert werden – auch in Form einer Hybrid-Produktion, also der Kombination von additiven und substraktiven Verfahren. Nur dann kann es gelingen, individualisierte, hoch-optimierte und lokal hergestellte Produkte auf nachhaltige Art und Weise herzustellen und sie – getrieben durch disruptive Geschäftsmodelle – zu monetarisieren.

* Patrick Vollmer ist Managing Director Industrial Equipment, Dr. Felix Wunner ist Digital Additive Manufacturing Manager bei Accenture aus 61476 Kronberg im Taunus, Tel.: (0 61 73) 94 99, patrick.vollmer@accenture.com, felix.wunner@accenture.com

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