3D-Druck für Führungskräfte

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Einführung

   Oliver Kunze, Johannes Schilp

   Zusammenfassung

   Was ist 3D-Druck? Wie funktioniert dieses faszinierende Fertigungsverfahren, und was kann man damit herstellen? Was kostet der Einsatz der Technologie? Wie lässt sich 3D-Druck in bestehende Fertigungsprozesse integrieren? Und welche Auswirkungen hat der Einsatz von 3D-Druck auf unsere Umwelt? Das vorliegende Buch soll dazu beitragen, diese Fragen für Entscheidungsträger ohne Vorkenntnisse und ohne ingenieurstechnischen Hintergrund auf kompakte Weise zu beantworten. Es ist auch als Einstiegsliteratur zum Thema 3D-Druck für Studierende nichttechnischer Fächer geeignet.

3. Technologie

   1. Frontmatter

   2. 2. Kategorisierung der 3D-Druckverfahren

      Oliver Kunze

      Zusammenfassung

      Im Sprachgebrauch der 3D-Druck-Community wird in der Regel eine Fülle von historisch gewachsenen Verfahrensnamen und Kürzeln verwendet, welche nicht immer systematisch und eineindeutig sind und die oft auch nur deshalb existieren, um ein Copyright der Technologiehersteller für das jeweilige Verfahren kenntlich zu machen. Eine möglichst trennscharfe und vollständige Kategorisierung der unterschiedlichen 3D-Druckverfahren1 bzw. -technologien zu schaffen ist jedoch unbedingt notwendig, da zum einen selbst bei Namensähnlichkeit oft große Verfahrensunterschiede bestehen (z. B. Binder Jetting, BJ, versus Poly Jetting, PJ) und da sich diese Ähnlichkeit zum anderen selbst bei sehr ähnlichen Verfahren nicht anhand der gebräuchlichen Verfahrensnamen erkennen lässt (z. B. Digital Light Processing, DLP, versus Liquid Crystal Display, LCD).

   3. 3. Technologische Übersicht der 3D-Druckverfahren

      Oliver Kunze, Galiya Klinkova

      Zusammenfassung

      In diesem Kapitel geben wir eine Übersicht über die wesentlichen, zum heutigen Zeitpunkt verfügbaren und beschriebenen 3D-Druckverfahren. Da einige Hersteller sehr ähnliche Verfahren unterschiedlich benennen, verwenden wir die in Kapitel 2 eingeführte vierdimensionale grafische Idealisierung der verschiedenen Verfahren nach Druckmedium, Druckverfahren im eigentlichen Sinn (In-Prozess), Nachbearbeitungsbedarf (Post-Prozess) und verwendbarem Druckmaterial und ordnen die jeweiligen nicht eineindeutigen Verfahrensnamen diesen Idealisierungen zu.

   4. 4. Verfügbare Materialien für den 3D-Druck

      Oliver Kunze, Galiya Klinkova

      Zusammenfassung

      Abhängig vom jeweiligen 3D-Druckverfahren können unterschiedliche Druckmaterialien eingesetzt werden. Im Folgenden geben wir eine grobe Übersicht über die derzeit gängigen 3D-Druck-Materialien. Wir orientieren uns dabei im Wesentlichen an den Materialklassen der DIN EN ISO/ASTM 52900 und verwenden die dort gebräuchlichen Kürzel (/P für Polymere, /M für Metalle und /C für keramische Werkstoffe).

4. Prozesse & IT

   1. Frontmatter

   2. 5. Die 3D-Druck-Prozesskette

      Fabio Oettl, Johannes Schilp, Fabian Frommer

      Zusammenfassung

      Die 3D-Druck-Prozesskette kann in vier Hauptprozesse unterteilt werden: die Datenvorbereitung, den Pre-Prozess, den In-Prozess und den Post-Prozess. Die Hauptprozesse lassen sich wiederum in Teilprozesse untergliedern. In Bild 5.1 sind die vier Hauptprozesse und ihre jeweiligen Teilprozesse zu sehen.

   3. 6. Digitalisierung der 3D-Druck-Prozesskette

      Fabio Oettl, Johannes Schilp

      Zusammenfassung

      Um einen vermehrten industriellen Einsatz der additiven Fertigung zu ermöglichen, ist es essenziell, dass sich die produzierenden Bauteile in immer gleicher Qualität herstellen lassen. Dabei spielt die Digitalisierung der 3D-Druck-Prozesskette eine wichtige Rolle. Wie bereits erwähnt, haben die eingestellten Prozessparameter einen erheblichen Einfluss auf die Bauteilqualität. Dementsprechend ist es wichtig, die anfallenden Parameter der Prozesskette detailliert zu protokollieren. Digitale Technologien, wie beispielsweise der Digitale Zwilling, eröffnen wertvolle Möglichkeiten, die Vielzahl an Daten, die in den verschiedenen Schritten der 3D-Druck-Prozesskette generiert werden, strukturiert zu speichern und für eine erneute Anwendung zur Verfügung zu stellen. Zudem ermöglicht die Anwendung solcher digitalen Technologien neue Geschäftsmodelle, welche in Abschnitt 7.2 näher beschrieben werden. In diesem Kapitel werden der Begriff „Digitaler Zwilling“ sowie einige seiner Einsatzmöglichkeiten in der additiven Fertigung näher erläutert. Abschließend wird ein Ansatz präsentiert, mit dem sich der Nutzen der Einsatzmöglichkeiten eines Digitalen Zwillings für ein Unternehmen bewerten lässt.

5. Ökonomie

   1. Frontmatter

   2. 7. Ökonomische Aspekte des 3D-Drucks

      Fabian Frommer, Oliver Kunze, Fabio Oettl

      Zusammenfassung

      Der 3D-Druck bietet nicht nur neue Möglichkeiten in der Produktion, sondern eröffnet auch neue ökonomische Potenziale. Da die additive Fertigung im Vergleich zu konventionellen Fertigungsverfahren immer noch relativ jung ist, haben Unternehmen erfahrungsgemäß oft Schwierigkeiten, diese Potenziale zu erkennen und von der neuen Technologie zu profitieren. Es gilt jedoch auch zu beachten, dass 3D-Druck nicht für jeden Anwendungsfall ökonomisch sinnvoll ist. Daher sollte genau analysiert werden, wo die ökonomischen Vor- und Nachteile der Technologie zu finden sind. Dieses Wissen bildet die Grundlage für eine erfolgreiche Integration von 3D-Drucktechnologien im eigenen Unternehmen.

6. Ökologie

   1. Frontmatter

   2. 8. Ökologische Aspekte des 3D-Drucks

      Fabian Frommer, Fabio Oettl

      Zusammenfassung

      Neben der ökonomischen Bewertung des 3D-Drucks ist es notwendig, auch die ökologischen Auswirkungen der additiven Fertigung zu betrachten. Insbesondere in Hinblick auf eine Transformation zur ökosozialen Marktwirtschaft sollten neue Technologien und Geschäftsmodelle neben der Profitabilität immer auch auf entsprechende ökologische Wirkungen geprüft werden. Die Prüfung und Bewertung der ökologischen Auswirkung wird essenziell, sobald ein gesetzlicher Preis für emittiertes CO₂ festgelegt wird. In diesem Fall ist die Vermeidung von Emissionen nicht nur von ökologischem, sondern auch von ökonomischem Interesse für Unternehmen. Daher spielt die Bewertung der verursachten Umweltwirkungen auch eine zentrale Rolle für den wirtschaftlichen Unternehmenserfolg. In diesem Kapitel werden zunächst die ökologischen Potenziale des 3D-Drucks (im Vergleich zur konventionellen Fertigung) anhand einer Literaturauswertung herausgearbeitet. Anschließend wird kurz erklärt, wie Umweltwirkungen des 3D-Drucks methodisch erfasst und bewertet werden können (Life-Cycle-Assessment-Methode). Abschließend werden ausgewählte ökologische Potenziale der additiven Fertigung durch die Anwendung der LCA-Methode anhand von zwei Fallstudien beispielhaft quantifiziert und diskutiert.

7. Integration

   1. Frontmatter

   2. 9. Integration von 3D-Druck ins Unternehmen

      Fabian Frommer, Fabio Oettl, Johannes Schilp

      Zusammenfassung

      Dieses Kapitel erläutert, wie 3D-Drucktechnologien in bestehende Fertigungsprozesse eines Unternehmens integriert werden können. In Abschnitt 9.1 wird zunächst die strategische Integration behandelt. Hier wird geschildert, welche Herausforderungen bei der Einführung von 3D-Druck in einem Unternehmen, welches keine oder kaum Erfahrung in diesem Bereich aufweist, entstehen können und durch welche Ansätze diese bewältigt werden können. 3D-Drucktechnologien können sowohl direkt als auch indirekt in Prozessketten von Unternehmen integriert werden. In Abschnitt 9.2 und Abschnitt 9.3 wird auf diese beiden Integrationsformen von 3D-Drucktechnologien eingegangen.

8. Backmatter