Bei der Entwicklung neuer Produkte ist der Sprung vom Entwurf zur Produktion eines der größten Hindernisse. Bei Kleinserien von 100-1000 Teilen sind Kosten und Aufwand exponentiell höher und möglicherweise untragbar.
In den letzten Jahren ist die additive Fertigung zunehmend in den Mittelpunkt gerückt, und zwar nicht nur zur Herstellung von Prototypen: die Technik wird inzwischen für Kleinserien, Maßanfertigungen und sogar für die flexibilisierte Massenproduktion genutzt. Die Anwendung der additiven Fertigung für Kleinserien bedeutet einen Paradigmenwechsel: modernste 3D-Drucktechnik fördert Innovation, rationalisiert Arbeitsprozesse, und erzielt erhebliche Kosteneinsparungen. Vor allem aber erhöht der 3D-Druck die operative Leistungsfähigkeit.
Was ist Kleinserienfertigung?
In der Kleinserienfertigung, auch bekannt als LVM (englisch: Low Volume Manufacturing), werden Teile in kleineren Serien produziert. Die Kleinserienfertigung ist das Bindeglied zwischen Prototypen und Serienproduktion. Hier können Hersteller die Flexibilität des Protoyping mit der Präzision und Reproduzierbarkeit der Serienproduktion kombinieren. Und die Anwendungen sind fast endlos: von präzisem Tooling, funktionalen Prototypen und maßgeschneiderten Teilen, über Vorrichtungen und Halterungen, bis hin zu Ersatzteilen in kleinen Mengen. LVM ist besonders vorteilhaft wenn es um Kosteneffizienz, kundenspezifische Anpassungen und schnelles Prototyping geht, und erlaubt Herstellern zudem einen schnelleren Zugang zum Markt.
Was treibt die Nachfrage nach Kleinserienfertigung?
Teile werden in kleinen Mengen für folgende Zwecke benötigt:
1. Kundenspezifische Anpassung
Dank der steigenden Nachfrage nach personalisierten Produkten und Komponenten ist die Kleinserienfertigung sehr gefragt. Die Produktion von kundenspezifisch angepassten Teilen benötigt eine automatisierte, effiziente, schlanke und hochflexible Lieferkette – für die der 3D-Druck prädestiniert ist. Ein Bestandteil der Kleinserienfertigung ist die flexibilisierte Massenproduktion. Mithilfe mehrerer Konzeptversionen können Unternehmen feststellen, welche Eigenschaften kundenspezifisch angepasst werden müssen und wie diese Anpassungen am Fließband vorgenommen werden können.
2. Nischenmärkte
Viele Industrien benötigen kleine Serienproduktionen mit spezifischen Anforderungen für Nischenmärkte. In diesen Fällen ermöglicht der 3D-Druck von Kleinserien die kostengünstige Produktion von Spezialprodukten in kleinen Mengen, die mit anderen Methoden schwierig herzustellen wären. Beispiele sind u.a. Sonderfahrzeuge, Einzelprodukte und ausgefallene Designs.
3. R&D und Innovation
Die Kleinserienfertigung macht es möglich, auf Nachfrage zu reagieren und neue Features und Produkte schneller einzuführen. Man kann damit Rapid Prototyping durchführen, und Geräte für die Prüfung, Validierung und Verfeinerung neuer Entwürfe und Komponenten produzieren. Diese Kapazität für schnelle Innovation ist entscheidend für bahnbrechende Ideen, und um neue Produkte und Technologien vor den Wettbewerbern einzuführen.
4. Nachhaltigkeit
Umweltschutz wird immer wichtiger. Hier kann die Kleinserienproduktion in Kombination mit dem 3D-Druck nachhaltigere Produktionsmethoden ermöglichen. Der 3D-Druck ist ein additives Verfahren, in dem Material Schicht um Schicht aufgebaut wird; deswegen sind Materialverschwendung und Energieverbrauch niedriger als bei traditionellen subtraktiven Fertigungsmethoden. Dabei wird nur das produziert, was benötigt wird, und Verschwendung wird minimiert, so dass der 3D-Druck gut zur nachhaltigen Fertigung passt.
Szenarien für die Kleinserienfertigung
1. Tooling
Das Tooling ist im Produktionsablauf extrem wichtig, vor allem in der Automobilindustrie. Mit traditionellen Produktionsmethoden können die Vorlaufzeiten für das Tooling sogar mehrere Monate betragen, einhergehend mit hohen Kosten. Mit der additiven Fertigung dagegen können Formen sowie Montage- und Prüfvorrichtungen kosten- und zeiteffektiv hergestellt werden, was die Vorlaufzeit erheblich verkürzt. So können Entwürfe und Rohstoffe schneller validiert werden, bevor die Produktion beginnt.
2. Rapid Prototyping
Neue Entwürfe enthalten eigentlich immer Mängel; das Prototyping macht es möglich, Teile auszuprobieren und verschiedenen Möglichkeiten nachzugehen. Für Kleinserien und ähnliche Szenarien ist es sehr hilfreich, wenn Änderungen flexibel in Echtzeit vorgenommen werden können. Der 3D-Druck wurde ursprünglich für das Rapid Prototyping entwickelt, und ist dadurch auch für Produktionsabläufe in Kleinserien hervorragend geeignet.
3. Übergangslösungen
Die Beschaffung eines Ersatzteils für eine Maschine oder einen Prototypen kann langwierig sein. Dieser Zeitverlust kann durch alternative Methoden vermieden werden. Ein additiv gefertigtes Teil kann die Rolle übernehmen, bis das bestellte Teil geliefert ist. Besitzt das Unternehmen einen 3D-Drucker, so kann es das Teil selber aus einem flexiblen und starken Material wie TPU von BigRep drucken.
4. Brückenproduktion
Für manche Teile stellt die Kleinserienfertigung das Mittelstück zwischen Produktentwicklung und Serienproduktion dar. Die so produzierten Einheiten können für Tests, Sitzkontrollen, Designvalidierung und Konformitätsprüfungen verwendet werden, und um vorhersehbare Defekte zu verhindern. Dieser Prozess ist für neu entwickelte Produkte und Komponenten extrem wichtig, um Risiken in der Serienproduktion vorzubeugen.
5. Kleinserienfertigung
Die Kleinserienfertigung kommt dann ins Spiel, wenn die Nachfrage gering oder unregelmäßig ist, wenn Proben für ein neues Produkt oder einen neuen Markt benötigt werden, oder wenn es um limitierte Auflagen und spezialisierte Komponenten geht.
Eine extern vergebene Produktion ist hier nicht unbedingt die kostengünstigste und zeitsparendste Variante, da es Mindestbestellmengen gibt, und die Größe der Bestellung nicht flexibel angepasst werden kann. Zudem sind interne Kleinserienfertigungsabläufe von Vorteil, da die Hersteller damit ihre Produkte iterieren können, bevor sie sie auf den Markt bringen.
6. Produktion auf Abruf
Wenn die Nachfrage für ein Produkt nicht berechenbar ist, können Kosten gespart werden, indem Einheiten nur dann produziert werden, wenn sie tatsächlich benötigt werden. Dieser Just-In-Time-Ansatz für kleine Mengen ist eine gute Alternative zu riesigen Lagerhäusern. Wenn Teile auf Abruf 3D-gedruckt werden, ist keine aufwändige Logistik mehr notwendig, das Risiko der Überbevorratung wird minimiert, und sich wandelnde Ansprüche können schneller erfüllt werden.
7. Herstellung von obsoleten oder nicht mehr verfügbaren Teilen
In manchen Fällen, vor allem bei alten Systemen und Maschinen, werden gewisse Teile obsolet, oder die Produktion wird eingestellt. Hier bietet der Kleinserien-3D-Druck eine kostengünstige Lösung: Teile können nachgebaut und produziert werden, so dass Geräte, die sonst unbrauchbar wären, weiter verwendet werden können. LVM ist besonders wertvoll, wenn es um Ersatzteile geht, die nur in kleinen Mengen produziert werden.
Warum der 3D-Druck die richtige Lösung ist
1. Zunehmende Akzeptanz und Vielseitigkeit
Der LVM 3D-Druck erfreut sich aufgrund einer Vielzahl an Vorteilen immer größerer Beliebtheit, darunter Designfreiheit, zuverlässige Druckqualität, Prototyping, Reproduzierbarkeit, niedrige Kosten und viel Spielraum. Unternehmen in zahlreichen Branchen nehmen die Druckprozesse nun selber in die Hand, um neue Produkte und Eigenschaften vor dem Wettbewerb auf den Markt zu bringen.
Zudem bieten 3D-Drucker wie der BigRep PRO ein vielseitiges Portfolio an technischen Filamenten; sie können auch Materialien von anderen Herstellern verdrucken, und eignen sich so für vielfältige Anwendungen.
2. Sicherheit durch Automatisierung
Durch die Automatisierung kann die Produktion auch ohne hochqualifizierte Arbeitnehmer ablaufen.
Safi Barqawi ist Eigentümer von AVI Boston, einer Firma, die sich auf die Fertigung kundespezifischer Fahrzeuge spezialisiert hat. Er erläutert, dass der BigRep STUDIO in seinem Unternehmen ein weiteres Paar Hände darstellt.
„Es ist fast so, als würde ein Angestellter in Vollzeit ein Teil bauen. Wir konstruieren, drücken auf "Start", gehen ins Wochenende, und am Montag sind die Teile fertig.“
3D-Druck-Software, zum Beispiel die von BigRep, bietet Unterstützung bei Materialwirtschaft, Datenanalyse, Autokalibrierung, Chargenfertigung, automatisiertem Design und Workflows. Das erlaubt stringentere Abläufe und zuverlässige Zeitrahmen für Workflows im gesamten Druckprozess. Man kann die Software sogar ohne Vorkenntnisse in 3D-Druck oder CAD-Software bedienen.
3. Teilepräzision und Bauvolumen
Die 3D-Drucktechnik stellt sicher, dass große und kleine Teile präzise gefertigt werden – ein wesentlicher Aspekt der Produktqualität. Dank hervorragender Toleranzen können komplexe Geometrien präzise produziert werden – perfekt für hochwertige große Teile.
„Der größte Vorteil des großformatigen 3D-Drucks ist, dass wir keine Baugruppen mehr benötigen. Wir können größere Teile aus einem Stück fertigen, was für uns ein riesiger Vorteil ist.“
Lars Bognar, Forschungsingenieur mit Verantwortung für die additive Fertigung bei Ford Engineering Europe.
Der große Bauraum macht es möglich, Chargen von mehreren Teilen oder größeren Komponenten in einem Zug zu produzieren. Teile müssen nicht mehr zusammengebaut werden; das verschlankt den Fertigungsprozess und spart gleichzeitig Kosten.
4. Risikoarmes Investment spart Zeit und Kosten
Im Gegensatz zu traditionellen Methoden, bei denen Teile aus großen Rohlinge nicht wiederverwertbarer Materialien geschnitten werden, verwendet der 3D-Druck nur das nötige Material, was Materialverschwendung und Kosten erheblich reduziert. Dieser ressourcensparende Ansatz passt gut zu Nachhaltigkeitszielen und bietet gleichzeitig finanzielle Einsparungen. Teile, die auf Abruf gedruckt werden, reduzieren zudem die Kosten für Lagerung und Logistik.
WAT Berlin ist ein Automobilzulieferer, der sich auf die Fertigung von Fahrzeugrahmen spezialisiert hat. Dort werden Arbeitsabläufe in großem Umfang durch den Einsatz des 3D-Drucks verbessert. André Lenz, Ingenieur in der Berliner Niederlassung erklärt, wie der BigRep ONE die Herstellung leichter und haltbarer Komponenten ermöglicht.
„Wenn wir sie aus Stahl oder Aluminium gefertigt hätten, wäre das unglaublich teuer gewesen; zudem wären die Teile extrem schwer und würden aus mehreren Teilen bestehen."
Der 3D-Druck vereinfacht die Produktion und fungiert als ein einziger Prozess. Es ist keine Vielzahl an Maschinen mehr nötig, was wertvolle Zeit spart und gleichzeitig Kosten senkt. Der Prozess kann unkompliziert automatisiert werden, statt von einer Arbeitskraft ausgeführt zu werden – eine weitere Kosteneinsparung.
5. Andere Vorteile
- Starke, leichte Teile Materialien, die beispielsweise durch Karbonfaser verstärkt werden, sind leicht und gleichzeitig stark, sodass leichtere, festere Teile in kürzerer Zeit gedruckt werden können.
- Flexible Verwendung von 3D-Druckern Obwohl Unternehmen einen 3D-Drucker meist für einen speziellen Zweck kaufen, ergeben sich schnell andere Anwendungen, was wiederum den ROI erhöht.
- Teile passen auf Anhieb Durch schnelle, präzise und kostengünstige 3D-gedruckte Iterationen sitzen die Komponenten auf Anhieb richtig. Das ist vor allem bei Bauteilen aus Stahl wichtig, die absolut präzise sein müssen.
Mit Kleinserien groß rauskommen
Die Kleinserienproduktion gedeiht in Szenarien, die schnelllebig, innovativ und kosteneffizient sind. Die Vielseitigkeit, Automatisierung, Präzision und Effizienz des 3D-Drucks machen ihn zur idealen Lösung. Ein Ökosystem wie das von BigRep bietet eine risiko- und aufwandsarme, zeit- und kostensparende 3D-Drucklösung für die Kleinserienproduktion und darüber hinaus.
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INDUSTRIEQUALITÄT TRIFFT KOSTENEFFIZIENZ.
KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.
Der BigRep PRO ist ein Großformat-3D-Drucker, der auf hohe Produktivität in der industriellen Fertigung ausgelegt ist. Für Ingenieure und Hersteller bildet der 3D-Drucker eine in hohem Maße skalierbare Lösung, mit dem Teile und Produkte für den Endverbraucher oder Fertigungswerkzeuge aus technischen Hochleistungswerkstoffen effizient hergestellt werden können. Mit einem großzügigen Bauvolumen von 1 m3 trägt dieser schnelle und zuverlässige 3D-Industriedrucker zur Beschleunigung Ihrer Produktion bei.
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KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.
Der BigRep PRO ist ein Großformat-3D-Drucker, der auf hohe Produktivität in der industriellen Fertigung ausgelegt ist. Für Ingenieure und Hersteller bildet der 3D-Drucker eine in hohem Maße skalierbare Lösung, mit dem Teile und Produkte für den Endverbraucher oder Fertigungswerkzeuge aus technischen Hochleistungswerkstoffen effizient hergestellt werden können. Mit einem großzügigen Bauvolumen von 1 m3 trägt dieser schnelle und zuverlässige 3D-Industriedrucker zur Beschleunigung Ihrer Produktion bei.
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