3D Druck. (R)evolution für die Wirtschaft? Tommy Schafran (M.Eng.) Hamburg, 15.Oktober 2016

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1 3D Druck (R)evolution für die Wirtschaft? Tommy Schafran (M.Eng.) Hamburg, 15.Oktober 2016

2 Effizienz Effektivität Effizient oder Effektiv? Effizienz: Die Dinge richtig tun Effektivität: Die richtigen Dinge tun = Wirtschaftlichkeit!? 2

3 Praxisbeispiel Effizienz Effizient? 3

4 Was ist 3D-Druck? 3D-Druck ist eine additive Fertigung, welche ein physikalisches Objekt aus einer digitalen Datei erschafft. additive Fertigung, generative Fertigung, 3D-Druck verschiedene 3D-Druckverfahren schichtweiser Aufbau der Objekte 3D-Entwurf (CAD-Modell) Schichten-Modell 3D-Druck CAD-Software G-Code Werkstoff 4

5 Industrielle Revolutionen 3D-Druck ist eine zukunftssichere Fertigungstechnologie für Industrie 4.0. Die Individualisierung der Produkte ist einer der Gründe dafür, warum Industrie 4.0 in Leben gerufen wurde. Die additiven Fertigungsverfahren helfen, die Individualisierung flexibler zu gestalten. (Quelle: VDI - Handlungsfelder AF, 2016) 5

6 Entwicklung des SLA-1 - der erste 3D-Druck von Chuck Hull, 1983 Chuck Hull entwickelte 1983 die erste 3D-Drucktechnologie (Stereolitographie) Entwicklung weitere Verfahren im Laufe der Jahre Vorzugweise Nutzung zum rapid prototyping 6

7 Entwicklung des 3D-Druck Verkauf von 3D-Druckern Schätzung für Verkaufszahlen von 3D-Druckern (Quelle: Wohler s Report 2015) Bis 2009 lediglich industrielle Nutzung von 3D-Druck (rapid prototyping) 2009: Patent für FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) abgelaufen Steigende Anzahl ablaufender Patente im Laufe der Jahre 7

8 3D-Druckverfahren 3D-Druck mit Pulver 3D-Druck mit geschmolzenen Materialen 3D-Druck Verfahren 3D-Druck mit flüssigen Materialien 3D-Druck mit organischen Materialien 3D-Druck mit Lebensmitteln 8

9 3D-Druck mit Pulver Selektives Lasersintern (SLS), Selektives Laserschmelzen (SLM) Materialgruppe: Kunststoffe, Metalle Materialien: Nylon, Titan, Aluminium, Mehrkomponenten-Metallpulver Zustand: 9

10 3D-Druck mit Pulver Selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) Materialgruppe: Metalle Materialien: Titan, Aluminium, Mehrkomponenten-Metallpulver Zustand: 10

11 3D-Druck mit geschmolzenen Materialen Fused Deposition Modeling (FDM), Fused Filament Fabrication (FFF) Materialgruppe: Kunststoffe Materialien: ABS, PLA, Nylon, Kombinationen Zustand: 11

12 3D-Druck mit festen Materialen PolyJet Modeling (PJM), MuliJet Modeling (MJM) Materialgruppe: Kunststoffe (UV-) Materialien: Acryl-Photopolymere Zustand: 12

13 3D-Druck mit flüssigen Materialen Stereolithographie (SLA), Digital Light Processing (DLP) Materialgruppe: Kunststoffe (UV-) Materialien: Epoxidharz Zustand: 13

14 3D-Druckverfahren Schichtdicke 200 µm (FDM) 100 µm (FDM) 50 µm (SLA) 16 µm (PolyJet) Skalierung Stützstruktur 49% Reduktion 14

15 Weitere 3D-Druckverfahren Mikroprinting Makroprinting 15

16 Vorteile Vorteile Fertigung in Deutschland Ressourceneffizienz Durchlaufzeitenreduzierung Geringe fixe Kosten Individualität Komplexes & Kreatives Design Funktionsintegration 16

17 Nachteile Rechtsfragen bzgl. Nutzung Mangelnde Qualität und Festigkeit Risiko eines verschwenderischer Umganges Gesundheitsfaktoren Höhere Kosten bei Massenproduktion (1K-10K) Auswahl an Material und Farbe gering Produktionsgeschwindigkeit Nachteile 17

18 Beispiel Bionik Bionik im Leichtbau Lotuseffekt war eine grundlegende Entdeckung in der Bionik (1970 bis 1990). Minimaler Einsatz von Energie und Material, maximale Steifigkeit und Festigkeit. Unzählige geniale Konstruktionen aus der Natur - Leichtbau Die Nutzung von biologischen Strukturen, die bereits durch die Natur optimiert wurde, führt unter Umständen zu anderen und besseren Ergebnissen als der Versuch, solche Formen am Computer zu konstruieren.. (Dr. Christian Hamm, Institut für marine 18

19 Beispiel Bionische Felge 1. Ermittlung der Lasten 2. Simulation des Bauteil 3. Ausdruck des Bauteil 4. Anwendung Erkenntnisse des adaptiven Wachstumes in der Natur, mit Hilfe der FEM Computer- - RUB 19

20 Beispiel Bionisches Motorrad Light Rider - World's first 3D printed prototype for an electric motorcycle 35 kg Leistungsgewicht eines Supersportwagens Elektrischer Antrieb 0-45 km/h in 3 s und 80km/h Light Rider von APWorks (Airbus Gruppe) 20

21 Beispiel Luft- und Raumfahrtindustrie 3D-Druck Bauteile in modernen Flugzeugen Gewichtseinsparungen verringerte Treibstoffverbrauch erhebliche Einsprung der Betriebskosten Realisierung von Kostenvorteilen und e.v. Bionisch optimierter Halter für das Crew Rest Compartment im Airbus A350 XWB Einsatz additiv gefertigter 21

22 Beispiel tagebau Raupenbagger im Tagebau (Caterpillar 6120B) Kosten für Stillstand mehrere Tausend pro Tag (Schaufel 65m³) Großmaschinenhersteller müssen Ersatzteile Jahre 22

23 Maschinenbau - Konjunkturabhängigkeit Maschinenbau stark konjunkturabhängig! Service Engineering (Quelle: VDMA, Maschinenbau in Zahl und Bild 2013) 23

24 Maschinenbau Service Engineering Nutzenorientierung Was braucht mein Kunde wirklich? Eine Maschine oder deren Verfügbarkeit? What do we sell Drills? No, we don t. We sell holes! (Geschäftsführer Black&Decker) Service heißt, das ganze Geschäft mit den Augen des Kunden zu sehen! (Axel Haitze, Unternehmensberater) Das Servicgeschäft ist mittlerweile im Maschinen- und Anlagenbau sehr oft der einzige Renditgeber. Im Neuanlagengeschäft wird kaum noch Gewinn gemacht. (Jürgen Behlke, VDMA) Schafft die 3D-Druck Technologie einen ähnlichen Ansatz? - Senkung Betriebskosten (Leichtbau) - Steigerung der Produktivität einer Anlage - Steigerung des Kundennutzens - Senkung des Montageaufwandes 24

25 Maschinenbau Wertschöpfungskette Einfluss des 3D-Druck auf die Wertschöpfungskette Langfristiger Einfluss auf Fertigung und Wertschöpfung Kleinere und standardisierte Gelände bieten neue 25

26 Situation im Jahr 2013 Situation der additiven Fertigungsverfahren (2013) Verkürzen der Markteinführungszeiten Keine Konstruktionsregeln für die Ausbildung und Lehre bekannt Große gestalterische Freiheit Potential & Verbreitung Gestaltungs- Möglichkeiten kaum bekannt Reduzierung der Entwicklungskosten Etabliert in Forschungseinrichtungen und technologieführenden Unternehmen 26

27 Wer nutzt bereits 3D-Druck Automobilindustrie Medizin Dentaltechnik Prothetik Flugzeugindustrie Luft- und Raumfahrtunternehmen Filmindustrie Produktdesigner Architekten Studenten Privatunternehmer Ingenieure Drohnenbauer Schuhindustrie Konsum- und Gebrauchsgüter? 27

28 Evolution es entwickelt sich, wer lernt sich anzupassen und am besten mit seinen Ressourcen zu wirtschaften! Vielen Dank für Ihre 28

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