STUDIEN MARKT-ANALYSE UND

Transkript

1 ZWISCHENERGEBNISSE - LEICHTBAU STUDIEN MARKT-ANALYSE UND WERTSCHÖPFUNGSKETTEN-ANALYSE F r a u n h o f e r I S I, I C T, I PA, I A O u n d K I T - w b k i m A u f t r a g d e r L e i c h t b a u B W G m b H 2. Workshop Leichtbau-Strategie BW im Haus der Wirtschaft, Stuttgart

2 Ziel der Markt-Studie Ziel: Anwendungsfelder von Leichtbautechnologien zu identifizieren und soweit möglich zu quantifizieren (hinsichtlich Marktgröße und Marktwachstum bis 2020) Technologieentwicklungen: Welche technischen Möglichkeiten gibt es? Welche Leichtbautechnologien entwickeln sich? Welche Strategie ist am effizientesten? Anwendungen: Welche Branchen werden von den Entwicklungen profitieren? Wo sind die Märkte? Wie groß sind die Märkte, und wie entwickeln sich diese? Rahmenbedingungen: Welche generellen hemmenden und treibenden Faktoren können die identifizierten Entwicklungen positiv oder negativ beeinflussen. Akteure: Welche Industrie- und Forschungskompetenzen in BW decken sich mit der identifizierten Entwicklungsrichtung des Leichtbaus? Wie steht BW im Vergleich zu anderen Wettbewerbern und deren FuE-Kompetenzen? Seite 2

3 Transportsektor ist wichtigster Leichtbaumarkt gemessen am Marktvolumen, darunter insbesondere der Automotive-Markt als Treiber. Andere Leichtbaumärkte (z.b. Wind ~10% des Transportmarktes) dürften erst jenseits 2020 stark anwachsen. Seite 3

4 Der weltweite, gesamte Leichtbaumarkt dürfte daher in den kommenden Jahren noch in der Größenordnung des Leichtbaumarkts für Automobile Anwendungen liegen. Studien gehen durchschnittlich von einem Wachstum von 7-8% aus. Seite 4

5 Sektoren mit geringerem Marktvolumen weisen jedoch z.t. hohe Wachstumsraten auf (Nutzfahrzeuge, z.b. Busse, Trucks). Eine Differenzierung nach Materialien/Materialklassen und Sektoren ist nötig. Leichtbaumärkte Seite 5

6 Metall-Leichtbau als etablierter Markt kann mit weiterhin solidem Wachstum rechnen (HSS!). Kunststoffe mit durchschnittlichem Wachstum. Dafür zeigt sich aber ein Trend zu FVK jenseits 2020 (ger. Vol. aber hohes Wachstum). Automotive FRP (thermosets, thermoplastics als CFK, GFK, nanocomposites, etc.): Durchschnittlich kein Wachstum, jedoch innerhalb der Composite-Materialien hohe Wachstumsrate von CFK auf heute noch niedrigem Niveau. MMC hingegen Rückläufig (CAGR -19,3%) Seite 6

7 B u s s e : M a r k t u n d W a c h s t u m ( 4 4 % ) d o m i n i e r t d u r c h F R P Tr u c k s : H a u p t m a r k t A l - L e g i e r u n g e n ( 1 5 % W a c h s t u m ) S c h i f f e u n d S c h i e n e : A l g r ö ß t e M ä r k t e L u f t - u n d R a u m f a h r t : M a t e r i a l m i x m i t u n t e r s c h. W a c h s t u m Seite 7

8 W i n d : L e i c h t b a u m a r k t h e u t e d u r c h G F K d o m i n i e r t, C F K j e d o c h m i t h o h e m W a c h s t u m. I n s g e s a m t ~ 1 0 % M a r k t v o l. i m V g l. z u L e i c h t b a u m a r k t i m T r a n s p o r t s e k t o r Z u k u n f t s m a r k t Seite 8

9 Ziel der WSK-Studie Ziel: Erstellung eines detaillierten WSK-Modells für ausgewählte Technologien: Faserverstärkte Kunststoffe mit RTM-Verfahren Faserverstärkte Kunststoffe mit SMC-Verfahren Metall-Leichtbau Beantwortung u.a. folgender Fragestellungen für ausgewählte Technologien: Welche Prozessschritte haben die höchste Wertschöpfung? Wo liegen die größten Potentiale in kommerzieller Hinsicht? Wo sind Engpässe in der Lieferkette zu erwarten? Welche Prozessschritte behindern die Entwicklung eines Massenmarktes? Wie sind BW-Akteure in den einzelnen WS-Stufen, Prozessschritten aufgestellt? Ableitung von Handlungsoptionen für BW Unternehmen Kostenmodelle zur Untersuchung wesentlicher Kostenfaktoren und Mechanismen Seite 9

10 Metall-Leichtbau im Gussverfahren k. A. Roh-/ Werkstoffe Halbzeugherstellung Bauteil End-/ Nachbearbeitung Montage Rohstoffabbau Gießen/Walzen Formenbau Gussform Zerspanung Aufnehmen Rohstoffaufbereitung Schmelzen Aufschmelzen Rohmaterial Wärmebehandlung Ausrichten Legierungsbildung Verguss & Aushärtung Oberflächenbehandlung Spannen Bauteilentnahme Fügen Nachbehandlung Automatisierungsprozesse und Großserienanwendungen ermöglichen Kostenreduzierungen bei verarbeiteten Werkstoffen, zugehörigen Blechdicken und Pressprozess Bei Kleinserien sind Maschinenkosten, beim Formwerkzeug und Pressen, der Kostentreiber Allgemein weist der Prozess hohe Energiekosten auf Aktuell noch basierend auf Experteneinschätzungen: Innovations-,Forschungsaktivität in BW im (inter-)nationalen Vergleich (Technologieführerschaft) Aktivität von Unternehmen in BW im (inter-)nationalen Vergleich (Marktführerschaft) Derzeit mit technisch-wirtschaftlichen Herausforderungen verbunden Seite 10 Besondere Kritikalität für marktfähige Anwendungen

11 Kunststoff-Leichtbau im RTM -Verfahren Roh-/ Werkstoffe Halbzeugherstellung Bauteil End-/ Nachbearbeitung Montage Faserr Textile Halbzeugherstellung Temperierung Positionierung Aufnehmen Harz Konfektionierung Positionierung Preform Spannen Ausrichten Härter Bebinderung RTM Formgebung Spanende Bearbeitung Spannen Additive Preforming Aushärtung Absaugung/ Reinigung Fügen Konfektionierung Entnahme Bauteil Aktuell noch basierend auf Aramidfasern als Kostentreiber; keine Preisreduzierungen zu erwartenexperteneinschätzungen: Kohlenstofffasern: Kostenreduzierung zu erwarten Textile Halbzeugherstellung: Prozesskosten!, Automatisierung in Zukunft Hohe Energiekosten bei Bauteilherstellung durch Temperierung Rückgewinnungssysteme können Kosten senken Lange Taktzeiten bei Aushärtung hohe Anlagenkosten/Stückzahl Innovations-,Forschungsaktivität in BW im (inter-)nationalen Vergleich (Technologieführerschaft) Aktivität von Unternehmen in BW im (inter-)nationalen Vergleich (Marktführerschaft) Seite 11 Derzeit mit technisch-wirtschaftlichen Herausforderungen verbunden Besondere Kritikalität für marktfähige Anwendungen

12 Kunststoff-Leichtbau im SMC -Verfahren k. A. k. A Roh-/ Werkstoffe Halbzeugherstellung Bauteil End-/ Nachbearbeitung Montage Faserrovings Rohstoffdosierun g SMC-Lagerung Entgraten Aufnehmen Harze Rohstoffvermischung Rollenabwicklung Spanende Bearbeitung Ausrichten Additive Flachanlagenbeschickung mit HFG SMC-Stacking Lackierung Spannen Füllstoffe Rakeln SMC Preforming Fügen Fügen Faser(halbzeug)- dosierung Einlegen Seite 12 Compoundieren Rollenaufwicklung Reife Besondere Kritikalität für marktfähige Anwendungen Pressen In Mould Coating Bauteilentnahme Hohe Rohstoffpreise beim SMC-Verfahren Lange Zykluszeiten im Pressprozess /Bauteilherstellung Stückkosten Für Hochwertige Produkteigenschaften Lackieren als Derzeit mit technisch-wirtschaftlichen Herausforderungen verbunden Kostentreiber Aktuell noch basierend auf Experteneinschätzungen: Innovations-,Forschungsaktivität in BW im (inter-)nationalen Vergleich (Technologieführerschaft) Aktivität von Unternehmen in BW im (inter-)nationalen Vergleich (Marktführerschaft)

13 F a z i t : L a n g f r i s t i g l ä s s t s i c h e i n T r e n d z u m h y b r i d e n L e i c h t b a u e r k e n n e n. H i e r b e i b e s t e h t d i e C h a n c e f ü r U n t e r n e h m e n i n B W s i c h s t r a t e g i s c h i n d i e s e m B e r e i c h z u p o s i t i o n i e r e n. Leichtbau Märkte Leichtbau im Transportsektor am stärksten etabliert. Automobilsektor großer Treiber, Nutzfahrzeugsektor (Busse, Trucks) mit hohem Wachstum. Andere Leichtbau-Märkte (z.b. Wind) stellen attraktive Zukunftsmärkte dar Metall-Leichtbau stellt kurz- bis mittelfristig noch den größten Leichtbaumarkt im Bereich Automotive dar. Dabei Hochfester Stahl mit höchsten Wachstumsraten (jedoch z.b. auch Mg mit hohen Wachstumsraten, aber auf geringerer Basis). Hoher Reifegrad bei Metall-Leichtbau und hohe Integration der Unternehmen in BW entlang der WSK als Stärke zu bewahren. Kunststoffe und FVK Solides, meist durchschnittliches Wachstum. Besonders FVK (CFK in Automobil und Windkraft, FRP (Thermoplaste) in Bussen zeigen sehr hohe Wachstumsraten und dürften langfristig nach 2020 (>10 Jahre) deutlich an Bedeutung gewinnen. Aus heutiger Sicht weisen Verfahren noch geringen Reifegrad (hohe Kosten) auf. Lösungen für Zukunft u.a. Automatisierung, techn. Weiterentwicklung. Seite 13

14 Ausblick zum hybriden Leichtbau Wachstumszahlen belegen, dass mit den Konstruktionswerkstoffen Stahl, Aluminium und Faserverbunde durch Werkstoffmodifikationen noch einiges an Leichtbaupotential zu heben ist. Insbesondere ist in der Kombination der Materialien hinsichtlich eines ganzheitlichen hybriden Leichtbaus noch weiteres Potential versteckt, welches in der Studie aufgrund des Forschungsstandes noch nicht abgebildet werden kann Möglichkeiten der hybriden Produktgestaltung mit zusätzlichen Potenzialen einer werkstoffgerechten hybriden Konstruktion, die eine ganzheitliche Topologieoptimierung und damit neue Möglichkeiten des funktionsintegrierten Leichtbaus erschließt ist wissenschaftlich noch nicht fassbar Das Know-how der hybriden Produktgestaltung ist im Zusammenhang mit der Werkstoff und Produktionsoptimierung zwingend notwendig um die Basis für zukünftige Produkte zu schaffen und um an den angegebenen Wachstumsraten überproportional zu profitieren Interdisziplinarität & hohe Integration entlang WSK Chance für Baden-Württemberg! Aus intesiven Diskussionen mit Prof. Henning und Dr. Kuppinger (Fraunhofer ICT) Seite 14

15 Ausblick zu den Leichtbau Studien Die Datenlage zu Leichtbaumaterialien für Anwendungen im Transportbereich ist ganz klar am besten. Nur begrenzt sind Aussagen zu anderen Märkten ableitbar. Die quantitativen Markt-Analysen und qualitativen WSK-Analysen werden im zweiten Teil der Studie durch semi-quantitative Analysen ergänzt (u.a. Hypothese zu hybridem Leichtbau stützen): Publikationen zu Leichtbauentwicklungen als Indikator für wissenschaftlich/technische Trends (langfristig) Materialentwicklungen vs. Anwendungsfelder ( Subject Areas ) Patentanmeldungen zu Leichtbauentwicklungen als Indikator für technisch/ökonomische Trends (mittelfristig) Materialentwicklungen vs. Anwendungsfelder ( IPC-Brachen Codes ) Online Befragung deutscher Aktuere (BW vs. Rest DE) entlang der WSK und im Branchenvergleich (Status quo und Positionierung BW sowie Trends) Materialentwicklungen (Leichtbau-experten, Techn. Push) vs. Anwendungsfelder (Branchenexperten, Market Pull) Ergänzung durch Einzelinterviews Seite 15