Ein neues und leicht anwendbares Kostenmodell für das SLM-Verfahren erleichtert Unternehmen den Einstieg in die additive Fertigung. Es basiert auf der Zuschlagskalkulation und dem Cost Engineering.
An der Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe wurde ein neues Kostenmodell für das Selective Laser Melting (SLM) entwickelt, das sich auch ohne mathematisches Fachwissen anwenden lässt.
TH OWL
Durch die Weiterentwicklung der additiven Fertigungsverfahren ist davon auszugehen, dass ein Großteil herkömmlicher Fertigungsverfahren sukzessive ersetzt werden können. Die Technik additiver Verfahren wurde in den letzten Jahren verbessert und kann bereits für die Serienfertigung angewendet werden. Daher nimmt der Einsatz von additiver Technologie in der Praxis stetig zu. Allerdings wurde die wirtschaftliche Betrachtung bisher wenig berücksichtigt.
Vor diesem Hintergrund wurde an der Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe ein eigenständiges Kostenmodell für das Selective Laser Melting (SLM) entwickelt, das zu den bedeutendsten additiven Verfahren in der betrieblichen Praxis gehört. Das Modell basiert auf der Zuschlagskalkulation und den Methoden des Cost Engineerings. Damit ist eine leichte Anwendbarkeit in der Praxis sichergestellt. Bei der Modellentwicklung wurden insbesondere die Faktoren der Herstellkosten untersucht, da diese direkt mit den Kosten für das Fertigungsverfahren in Verbindung stehen.
Material und Fertigung bestimmen die Kosten
Ein entscheidender Kostenfaktor im Bereich der Materialkosten ist das Schutzgas, das während der Produktion ungewünschte chemische Reaktionen im Druckraum der Anlage verhindert. Die Kosten für das Schutzgas werden durch eine Grundfüllung des Druckraums und die Druckzeit beschrieben. Die Schutzgaskosten verursachen zwischen zwölf und 43 Prozent der gesamten Herstellkosten. Die Kosten für Pulver und den Pulverausschuss lassen sich linear anhand der Abmessungen des Bauteils herleiten.
Im Rahmen der Fertigungskosten werden die Kostengruppen Maschinenstundensatz und Personal betrachtet. Zur Ermittlung des Maschinenstundensatzes werden die technischen Daten der Anlage sowie Abschreibungen und Hallenstellplatzkosten benötigt. Die Personalkosten beziehen sich auf die Rüst- und Druckzeiten. Die Rüstzeiten sind anlagenabhängig, da verschiedene Maschinenhersteller unterschiedliche Systeme hierfür entwickelt haben. Während der Herstellung kann ein Mehrmaschinenbediener mehrere Druckprozesse zeitgleich betreuen, sodass hierfür nun anteilige Personalkosten entstehen.
Kostenmodell ist leichter anwendbar
Mit dieser Herangehensweise hebt sich das aufgezeigte Modell von anderen Kostenmodellen für das SLM ab. Bisher veröffentlichte Modelle stellen den Prozess unter Verwendung von parameterbasierten Ansätzen und Regressionskoeffizienten dar. Für die Anwendung in der Praxis ist dies ein Hindernis, da das benötigte mathematische Fachwissen fehlt.
Der Vorteil des neu erstellten Kostenmodells ist die leichte Anwendbarkeit. Besonders eignet es sich für Unternehmen, die den Einstieg in die additive Fertigung planen. Durch den intuitiven Aufbau und einer kleinen notwendigen Datenbasis entstehen geringere Planungskosten für additive Fertigungen. Außerdem ist durch die Zuschlagsstruktur der Zusammenhang zwischen Eingaben und Ergebnissen ersichtlich. Die höhere Transparenz im Prozess liefert Verantwortlichen eine bessere Entscheidungsgrundlage.
SLM bis hin zur Mittelserie günstiger als Druckguss
Nach der Entwicklung des Kostenmodells wurde dieses auf ein Musterwerkstück angewandt. Anschließend wurde das gleiche Teil auf Grundlage des Druckgießens kalkuliert. Der anschließende Kostenvergleich hat die Wirtschaftlichkeit additiver Fertigungsverfahren bestätigt. Mit dem aktuellen Technologiestand können Fertigungen bis hin zur Mittelserie kostengünstiger über das SLM als über das Druckgießen erfolgen.
Für den wirtschaftlichen Einsatz von additiver Fertigung in der industriellen Praxis muss eine differenzierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erfolgen. Für diese kann das vorgelegte Kostenmodell einen Beitrag leisten. Es hat gezeigt, dass das SLM nicht nur aus technischer, sondern auch aus kostenrechnerischer Sichtweise das Druckgießen ersetzten kann. Es soll insbesondere für Einsteiger in die additive Fertigung als Hilfestellung hinsichtlich der wirtschaftlichen Betrachtung unterstützen und als Basismodell für Erweiterungen dienen.
Für die Zukunft bleibt die weitere Entwicklung additiver Fertigungsverfahren abzuwarten. Es gilt, alte Kostenmodelle zu hinterfragen und an die neuesten technischen Standards anzupassen, damit eine wirtschaftliche Entscheidung zwischen den Fertigungsverfahren getroffen werden kann.