FRAUNHOFER AUSTRIA RESEARCH

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1 FRAUNHOFER AUSTRIA RESEARCH Ersatzteiltagung Siemens Forum Linz Auswirkungen von generativer Fertigung auf Logistik und Aftersales Linz, 1. Dipl.-Ing. Arko Steinwender Wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschungskoordination Theresianumgasse Wien Fraunhofer Austria

2 Hintergrund der Betrachtung Generative Fertigung - Begriffsbestimmung n Fertigungsverfahren, welches nach dem Schichtbauverfahren arbeitet n Unterschiedliche Technologien, mit festen (bspw. pulverförmige) oder flüssigen (Schlicker) Rohmaterialien Quelle: J. E. Blanther, 1892 n 3D-Problem wird zu 2D-Problem Foto: F. Auer, Modell: Dreve Quelle: Fraunhofer IPA Foto: Hans Ringhofer, Sample Fraunhofer Austria 2

3 Gartners Hype Cycle 2014 Fraunhofer Austria 3

4 Entwicklung der Produktions-Paradigmen Optimal Manufacturing Systems Dedicated Manufacturing Lines Flexible Manufacturing Systems Reconfigurable Manufacturing Systems 3D Printing Additive Manufacturing General Purpose Machine Tools Quelle: Fraunhofer Austria 4

5 Hauptanwendungsbereiche generativer Fertigung Tissue Engineering Consumer Medical Hi Tech Industrial Industrial Schwierigkeit der Umsetzung Wert (-schöpfung) Fraunhofer Austria 5

6 Generative Fertigung in der industriellen Anwendung Potenzial Prozessverbesserung Technologie-Substitution Neue innovative Anwendungsfelder Ø Prototypen Ø Produktionsanlauf Ø Werkzeuge Ø Formenbau Ø Hilfswerkzeuge Ø Innovative Produkte Ø Kundenindividuelles Design Ø Neue Wertschöpfungssysteme Ø Neue Geschäftsmodelle lithoz Schwierigkeit der Umsetzung Fraunhofer Austria 6

7 Industrielle Anwendung generativer Fertigungsverfahren Anwendungsfelder der AMT Anwendungsfelder n Komplexe Geometrien à Design- und Geometriefreiheit n konventionell nicht fertigbare Bauteile n Funktionsbauteile / Funktionsintegration n Montageintegriertes Design n Leichtbau / topologische Bauteilgestaltung n Direkt Manufacturing - kein Werkzeugbau erforderlich n Conformal Cooling Individuelle Kühlkanalgestaltung bei Einsatz im Werkzeugbau n Dezentralisierte / On-Site Produktion n On-demand Produktion Quelle: Fraunhofer IPA Foto: Hans Ringhofer, Sample Fraunhofer Austria 7

8 Industrielle Anwendung generativer Fertigungsverfahren Potenziale durch AMT Vorteile n Starke Kundenindividualisierung Mass Customization n Ergonomische Personalisierung n Material- (Ressourcen) -effiziente Bauteilgestaltung n Kostenvorteil bei Kleinserien geringen Stückzahlen n Complexity for Free n Produkte mit hoher Variantenzahl und sehr geringen Losgrößen (LG 1) n Kurze (virtuelle) Rüstzeiten Funktionsintegration Komplexe Geometrien Kundenindividualisierung Potenziale der generativen Fertigung (in den Schnittmengen) à Immer eine Kombination aus den gegebenen Potenzialen bzw. geeigneten Anwendungsbereichen à Generierung von Mehrwert für den Anwender Abbildungsquelle: Fischer et al., Generative Fertigung mit Kunststoffen (2014) Fraunhofer Austria 8

9 Eigenschaften generativer Fertigungstechnologien Complexity for free vs. Economies of scale Stückkosten Konventionelle Fertigungsverfahren complexit y for free Stückkosten Grenzkosten bei konventionellen Fertigungsverfahren Grenzkosten bei Generativen Fertigungsverfahren Additive Manufacturing Komplexität Produktionsmenge Traditional DFM (Design for manufacturing) AM Design DFF (Design for Functionality) Fraunhofer Austria 9

10 Chancen und Risiken der generativen Fertigung Neue Anwendungs-felder, deren Chancen und Potenziale VS. n Qualität bzw. fehlende Standards bzgl. Materialeigenschaften, Materialqualität n Mengen / Kapazitäten / Lebensdauer / Support der generativen Anlagen n TCO über den Lebenszyklus n Patenzschutz und Urheberrechtsfragen n Zoll, Exportkontrolle n Nachhaltigkeit Generatives Denken beginnt bei der Idee und erfordert eine umfassende Betrachtung des Wertschöpfungssystems! Generative Technologien haben das Potenzial, komplette Wertschöpfungsketten zu revolutionieren! Fraunhofer Austria 10

11 Komplexität generativer Fertigungstechnologien Generative Technologien sind Fertigungstechnologien n Generative Fertigungstechnologien sind keine Substitutionstechnologien! n Multidimensionale Herausforderungen bzw. Abhängigkeit: n Prozess bzw. Technologie n Materialwissenschaften (z.b. Kunststofftechnik, Metallurgie n Design, Geometrie bzw. Konstruktionsrichtlinien n Verfahrenstechnik, Wartung und Instandhaltung n Managementprozesse und Ressourcen (inkl. Technologieerfahrungen) n Business- und Service-Prozesse (Aftersales, neue Geschäftsmodelle etc.) Unter gleichen und kontrolliert standardisierten Bedingungen ist Generative Fertigungs reproduzierbar und zuverlässig! Fraunhofer Austria 11

12 Stufen der Industriellen Anwendung aus Sicht eines produzierenden Unternehmens n Externe Unterstützung bei Bauteilauswahl und -auslegung, Technologieauswahl und Produktion n Eigene generative Fertigungsanlage Produktion von Teilen n Implementierte GF in der eigenen Wertschöpfungskette n Adaptierter Werkzeugbau n HR-Ausbildung Know-How-Aufbau GF n Veränderung der Lieferantenstruktur n Relevante Pre- und Post-Prozesse n Aufbau neuer Geschäftsmodelle durch GF Fraunhofer Austria 12

13 Forschungsaktivität EntEr-GF: Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungsmodells zur Ableitung einer effizienten Ersatzteilstrategie unter Einbindung Generativer Fertigungstechnologien Herausforderungen: Schematischer Aufbau des Modells: n Zunehmende Bauteilkomplexität n wachsende Variantenvielfalt n enorme Ausfallkosten von Produktionsanlagen n Balance zwischen geringen Beständen und gesicherter Verfügbarkeit von Ersatzteilen führt zu hoher Kapitalbindung Ziele: n Integration von konventionellen und neuen, generativen Ersatzteilstrategien n Entwicklung eines Modells zur Realisierung einer effizienten, hybriden on-demand Ersatzteilbereitstellungsstrategie Ergebnis: n Mehrdimensionales Entscheidungsunterstützungsmodell für die Ersatzteilbereitstellung, welches die Möglichkeit der generativen Fertigung von Ersatzteilen berücksichtigt Fraunhofer Austria 13

14 Forschungsaktivität AddManu: Einsatz generativer Fertigungsverfahren im industriellen Umfeld n Herausforderung: Komplexe Zusammenhänge im Wertschöpfungssystem Wertschöpfungskette Anlagenhersteller Anwendungsfelder (Bauteile, Komp.) Produktentwicklung Produktlebenszyklus Lieferant Limit Einfluss Produktportfolio Upstream Logistik Produktion + Support Generative Fertigungstechnologie Vertrieb After Sales / Service Merkmale / Kriterien Kosten-Nutzen-Rechnung f. konventionelle Fertigungstechnologie Downstream Logistik Lebenszykluskostenbetrachtung Merkmale / Kriterien Kunde Kosten-Nutzen-Rechnung f. generative Fertigungstechnologie n Identifikation Anwendungsfelder (Komponenten, Bauteile) PEP PLC n Auswirkungen auf die Wertschöpfungskette (Vor- und Nachteile/Potenziale) n neue Geschäftsmodelle entlang der Wertschöpfungskette Fraunhofer Austria 14

15 Wir begleiten Sie gerne in innovativen Projekten Fraunhofer Austria - Im Auftrag der Zukunft Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer Austria

16 Wir begleiten Sie gerne in innovativen Projekten Fraunhofer Austria - Im Auftrag der Zukunft DI Arko Steinwender Arko.Steinwender@fraunhofer.at Fraunhofer Austria

17 Sinnvoller Einsatz von generativen Fertigungstechnologien n Von der Miniatur im µm-bereich n Über industrielle Bauteile in Standardgröße n Über das ausgedruckte Auto (Strati) n Bis zum 3D-gedruckten Eigenheim Fraunhofer Austria 17