Additive Manufacturing – die Zukunft der Produktion

Additive Manufacturing – die Zukunft der Produktion

Mittwoch, 10. März 2021Lesezeit: 4 Minuten

Additive Fertigungsverfahren waren immer ein Nischenmarkt, der von wenigen Firmen dominiert wurde. Die 3D-Druckindustrie wächst jedoch rasant und dürfte bis 2025 voraussichtlich einen Marktwert von mehr als 40 Milliarden US-Dollar erreichen. Daraus könnten sich interessante Anlagemöglichkeiten ergeben.

Vom Schattendasein zum Heilsbringer

In den letzten Jahren fand 3D Printing immer wieder viel Beachtung. Gehyped als Technologie, die eine dritte industrielle Revolution auslösen würde, wurde sie tatsächlich bereist in den frühen 80er Jahren erfunden. Dennoch fristete sie zunächst ein Schattendasein, bis der Ablauf eines entscheidenden Patents im Jahr 2009 vielen Start-ups den Markteintritt ermöglichte. Inzwischen hat diese Fertigungsmethode in vielen Bereichen und Branchen Einzug gehalten. Immer mehr Unternehmen setzen bei der Produktion anspruchsvoller Bauteile auf die zukunftsweisende Technologie.

Obwohl die Corona-Pandemie auch diese Branche nicht verschonte, erreichte der Markt für 3D-Druckverfahren zuletzt eine Grösse von rund 12 Milliarden US-Dollar. Doch das ist erst der An-fang, denn die additive Fertigung findet zunehmend Anwendung in der Serienfertigung. In der komplexen Technologie der additiven Fertigung steckt ein immenses (Wachstums-) Potenzial, das die industrielle Wertschöpfungskette massge-blich verändern und die Fertigungswelten der Zukunft prägen wird. Denn Designfreiheit, Nachhaltigkeit, schnelle Produktentwicklungen sowie die damit verbundenen Kostenvorteile sind die Taktgeber für die flexible Fertigung von heute.

Funktionsweise der additiven Fertigung

Additive Fertigung bezeichnet einen Prozess, bei dem auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material ein Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Dazu wird eine dünne Schicht des Pulverwerkstoffs auf eine Bauplattform aufgetragen. Ein starker Laserstrahl schmilzt das Pulver exakt an den Stellen, die die computergenerierten Konstruktionsdaten vorgeben. Danach senkt sich die Bauplattform ab und es erfolgt ein weiterer Pulverauftrag. Der Werkstoff wird erneut aufgeschmolzen und verbindet sich an den definierten Stellen mit der darunterliegenden Schicht. Als Werkstoffpulver sind unterschiedliche Materialien wie Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe verfügbar.

Immer häufiger wird der Begriff «3D-Druck» als Synonym für die additive Fertigung verwendet. Additive Fertigung beschreibt jedoch besser, dass es sich um ein professionelles Produktionsverfahren handelt, das sich deutlich von konven-tionellen Fertigungsmethoden wie Spritzguss, Druckguss oder Fräsen unterscheidet.

Wie 3D-Druck die Fertigungswelt von Morgen gestaltet

Ihren Ursprung hatte die additive Fertigung im Bau von Anschauungs- und Funktionsprototypen. Mittlerweile hält sie zunehmend Einzug in die Serienfertigung, da sie dort ansetzt, wo herkömmliche Verfahren an ihre Grenzen stossen. Erforderlich wird die Neuauslegung von Fertigungsstrukturen, da sich Unternehmen im Bereich Produktion und Industrie mit einer beständig wachsenden Summe von Herausforderungen wie zunehmendem Kostendruck, regulatorische Anforderungen und steigenden Ansprüchen auf Kundenseite konfrontiert sehen. Zusätzlich rücken Themen wie Energie- und Ressourceneffizienz immer mehr in den Vordergrund. Das stellt die klassischen Fertigungsstrukturen vor kaum lösbare Probleme: Ausgelegt auf permanente Auslastung und Effizienz befinden sich hohe Warenwerte und gebundenes Kapital in der Lieferkette. Damit gehen hohe Kosten und wenig Flexibilität einher. Durch die Pandemie und deren Auswirkungen fand die Dringlichkeit flexibler Fertigung Nachdruck.

Eine weitere Herausforderung ist der Trend zur Personalisierung: In der Automobilindustrie beispielsweise dienen immer mehr Basismodule als Grundlage für eine hohe Varianz an individuell gestalteten Bauteilen, die auf Kundenwunsch realisiert werden. Für eine kosteneffiziente Umsetzung sind neue Produktionstechniken unumgänglich.

«The Sky is the limit»: Ein Anwendungsbeispiel aus der Praxis

Funktionsfähige Bauteile mit komplexen Geometrien und definierten aerodynamischen Eigenschaften innerhalb kürzester Zeit kosteneffizient fertigen? Undenkbar? Nein - Triebwerks- und Turbinenteile sowie Bauteile für die Kabineninnenausstattung im Flugzeug sind typische Anwendungsbeispiele für den industriellen 3D-Druck. Nicht nur herstellerspezifische Anpassungen und die kostengünstige Realisierbarkeit geringer Stückzahlen sprechen für die additive Fertigung. Material- und Gewichtseinsparungen senken darüber hinaus sowohl den Treibstoffverbrauch als auch die CO2-Emission.In der heutigen Zeit sind solche Aspekte wichtiger denn je. Führende Luftfahrt- und Raumfahrtunternehmen haben die additive Fertigungstechnologie daher längst in die Planung ihrer zukünftigen Produktionsstrategien integriert.

Ein entsprechendes Beispiel liefert die Ariane-Group, eine Tochter des Luft -und Raumfahrtkonzerns Airbus, die unter anderem Trägerraketen für Satelliten herstellt. In einem Raketentriebwerk wirken enorm hohe Kräfte unter extremen Bedingungen. Dafür ist ein Höchstmass an Zuverlässigkeit und Präzision bei geringer Baugrösse gefragt. Der Einspritzkopf ist eines der zentralen Elemente des Triebwerks. Konventionell hergestellt besteht er aus 248 Bauteilen, die in verschiedenen Fertigungsschritten produziert und montiert werden. Die additive Fertigung vereinfacht den Bau der Triebwerkskomponente von 248 Bauteilen auf eine einzige Komponente, wodurch sich die Produktionszeit von 3 Monate auf 35 Stunden verkürzt und die Kosten um 50% gesenkt wurden.

Inzwischen haben sich additive Fertigungsverfahren in nahe-zu allen Branchen der Industrie etabliert und bedienen neben anspruchsvollen Bereichen wie Healthcare und der Automobil-industrie auch Massenmärkte wie den Lifestyle- und Konsum-gütersektor.

«The best time is now»: Rosige Zukunftsaussichten für den 3D-Markt

Gemäss des Wohlers Report, AM Power Report 2020, erreich-te der Marktwert für additive Druckverfahren im Jahr 2019 eine Grösse von etwa 12 Milliarden USD. Dieses Volumen impliziert Wachstumsraten von rund 25% in den vergangenen 5 Jahren. Dabei haben globale Grosskonzerne wie BMW und adidas erst 2018 das Potenzial der additiven Fertigung für sich entdeckt und begonnen die Möglichkeiten des 3D-Drucks in ihre Produktion miteinzubeziehen. Ein Vergleich zur Verbreitung des Internets scheint angebracht. Während die Vorläufer des Internets bereits 1985 existierten, fand der Siegeszug des Word Wide Web erst Mitte der 90er Jahre statt – und ist aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Gemäss verschiedener Quellen wird erwartet, dass dank der zunehmenden Verbreitung additiver Fertigung in Industrie und Forschung ein Marktvolumen von 35-42 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 erreicht werden dürfte.

Während viele Unternehmen der neuen Technologie anfangs noch skeptisch gegenüberstanden, dürften spätestens die in der herkömmlichen Fertigung entstandenen Lieferengpässe aufgrund der Corona-Pandemie zum Umdenken geführt haben. Die durch die additive Fertigung ermöglichte flexiblere Produktionsplanung, sowie die Reduktion der Lagerkosten dank Fertigung «on demand» dürften ihr Übriges dazu beitragen neue Auftraggeber für den 3D-Markt zu gewinnen.

Als Anleger von der Technologie der Zukunft profitieren?

Für Investoren, die von den Perspektiven der additiven Fertigung überzeugt sind und in diesen spannenden Zukunftsmarkt investieren wollen, lohnt ein Blick auf die Zusammensetzung des 3D-Marktes.

Die Akteure lassen sich in erster Linie in drei Kategorien unterteilen: die Hersteller der Software, welche zur Erstellung von 3D-Modellen und Designs erforderlich ist. Die Lieferanten der Rohmaterialien, welche für die Fertigung verwendet werden. Und natürlich die Produzenten der 3D-Drucker. Um interessierten Anlegern das volle Potenzial des 3D-Marktes zu eröffnen, setzt sich das Vontobel «Additive Manufacturing»-Tracker-Zertifikat aus den aussichtsreichsten Unternehmen aller drei Kategorien zusammen. Neben Spezialisten wie Desktop Metal und Exone, die sich ausschliesslich auf die Fertigung von 3D-Druckern fokussieren, sind auch Konzerne wie General Electric und Linde enthalten. Zwar stellt die additive Fertigung in diesen Fällen nicht die Haupteinnahmequelle der Unternehmen dar, allerdings gehören sie zu den grössten Akteuren im 3D-Markt und treiben dank ihrer Investitionen die Forschung und Entwicklung von 3D-Druckverfahren voran.

 

07.12.2021 23:49:58

 

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