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Dienstag, 12. Dezember 2017

3-D-Druck von Metall

Deutsche Phalanx druckt in der Weltspitze

Von Stefan Asche | 26. Januar 2017 | Ausgabe 04

Deutschland ist in der Zukunftstechnologie gut aufgestellt – noch. Das sagen Berater Bernhard Langefeld und RWTH-Professor Johannes H. Schleifenbaum.

BU Aufmacherbild
Foto: Fraunhofer ILT, Aachen/Volker Lannert

Selective Laser Melting: Nachdem das Metallpulver schichtweise belichtet wurde...

Foto: Fraunhofer ILT, Aachen/Volker Lannert

... kann das Bauteil entnommen werden.

VDI nachrichten: Das Marktforschungsinstitut Gartner erwartet, dass bis 2020 weltweit 10 % aller Industriebetriebe 3-D-Druck-Technologien in ihre Produktion integrieren werden. Und in etwa 75 % der Fertigungsstätten kämen gedruckte Werkzeuge oder Einspannvorrichtungen zum Einsatz. Welche Rolle spielt Deutschland bei diesem Wachstum?

Langefeld: Die führenden Hersteller von Maschinen, die Metallteile mittels Pulverbettverfahren drucken, sind Concept Laser, Eos und SLM Solutions. Alle drei haben ihre Wurzeln in Deutschland. Der US-Mischkonzern GE hat zwar unlängst 75 % von Concept Laser übernommen, plant am Firmensitz im fränkischen Lichtenfels aber kräftige Investitionen.

Bernhard Langefeld

  Vierter im Bunde der Marktführer könnte Trumpf werden. Die Ditzinger bringen die richtige DNA für den 3-D-Druck mit: Erfahrung im Bau von Werkzeugmaschinen, ein globales Vertriebs- und Servicesystem sowie extrem gutes Laser- und Prozess-Know-how. Folgerichtig hat das Unternehmen im November auf der Messe „formnext“ gleich zwei Anlagen vorgestellt. Neben der 500 W starken TruPrint 3000 gab es einen Ausblick auf die Drei-Lasermaschine TruePrint 5000. Ob sich Trumpf damit gegen die seit mehreren Jahren am Markt agierenden Spieler durchsetzen kann, bleibt abzuwarten. Denn in aller Regel gilt: Wer als erster eine Maschine beim Kunden positioniert, wird auch künftig der Lieferant sein.

Schleifenbaum: Trumpf war schon mal auf dem Markt für additive Fertigung auf Basis von Metallpulver aktiv. Das war Anfang der 2000er-Jahre. Die damaligen Maschinen waren technisch allerdings sehr komplex. Sie waren ihrer Zeit voraus und der Markt war noch nicht reif. Es war fast wie 1994 bei der Einführung von Simon, dem ersten Smartphone von IBM. Dementsprechend fanden die Maschinen wenig Anklang. Heute bietet das Unternehmen seine Drucker erst dann an, wenn sie den eigenen, hohen Qualitätsansprüchen genügen. Gleichzeitig haben viele potenzielle Kunden verstanden, dass 3-D-Ducktechnologien Revolutionäres leisten können.

Johannes Henrich Schleifenbaum

Werden die deutschen Firmen ihren Vorsprung halten können?

Langefeld: Der Markt ist sehr dynamisch. So gibt es Gerüchte, das HP bald im Metalldruck aktiv werden könnte. Angeblich arbeiten auch verschiedene Start-ups und Druckdienstleister an eigenen Maschinen. Bereits gestartet ist die niederländische Firma Additive Industries mit ihrer MetalFab1. Die ersten Einheiten dieser integrierten, modular aufgebauten Produktionsstraße sind bereits im Einsatz.

 Aber alle Neueinsteiger haben dasselbe Problem: Die Markteintrittsbarrieren sind hoch. Vor allem die Patentfrage ist schwierig. Die aktuellen Player haben sich über Kreuzlizenzen ein störungsfreies Arbeiten gesichert. Ich bin mir sicher: Die drei Unternehmen werden ihre Spitzenposition in den nächsten Jahren noch verteidigen können.

Schleifenbaum: Dem stimme ich zu. Die noch aktiven, sehr umfangreichen Patente beziehen sich schließlich zum Teil auf den Kern des Verfahren, also das Strahlschmelzen einkomponentiger, metallischer Werkstoffe. Geschützt sind daneben auch gängige Scan- und Prozessstrategien.

 Vergleichsweise gute Karten im Spiel um die Lizenzen hat Trumpf. Denn das Unternehmen hält aufgrund seiner langen Erfahrung und der vergangenen Aktivitäten im Bereich des metallischen 3-D-Drucks viele einschlägige Schutzrechte.

Was ist mit China? Patente spielen dort eine andere Rolle als in der westlichen Welt. Das Riesenreich fördert die neue Technologie außerdem mit dreistelligen Millionensummen. Aktuell werden einschlägige Industrieparks aus dem Boden gestampft. Diese fokussieren sich ausschließlich auf die Entwicklung von 3-D-Druckern für die industrielle Fertigung.

Langefeld: Tatsächlich gibt es dort bereits zwei bis drei nennenswerte Hersteller. Sie bedienen aber ausschließlich einen regionalen Markt. Eine Expansion nach Europa oder Amerika wäre mit erheblichen Komplikationen verbunden. Den Unternehmen fehlen nicht nur die Patente, sondern auch die Serviceinfrastruktur.

Schleifenbaum: International bedeutende Innovationen erwarte ich vor allem aus Japan. Die dortigen Wirtschafts-, Handels- und Industrieministerien haben große Strategiefonds aufgelegt und u. a. die Technology Research Association for Future Additive Manufacturing gegründet. Ein erklärtes Ziel dieser Forschungsvereinigung ist es, die nächste Generation von Metalldruckern marktreif zu machen. Im Fokus stehen dabei unter anderem alternative Energiequellen. Neben Laserstrahlen werden beispielsweise Elektronenstrahlen genutzt, um das Metallpulver selektiv zu verschmelzen. Außerdem werden Maschinen mit lokaler Materialzufuhr entwickelt.

 Für Japan als bedeutenden Wettbewerber spricht außerdem die dortige, starke Werkzeugmaschinenindustrie sowie das gut ausgebaute Vertriebs- und Servicenetz.

Wie weit ist die deutsche Industrie als Anwender der jungen Technologie? Und wie kann sie künftig auch hier eine Vorreiterrolle übernehmen?

Schleifenbaum: Wie überall in der Welt müssen sich die Konstrukteure zunächst mit den neuen Möglichkeiten vertraut machen. Hilfreich dabei ist eine agile, iterative Produktentwicklung. Dazu sollten sich Produktionsplaner, Produktionsingenieure und Werker zusammensetzen und – von Experten begleitet – bestehende Produkte einer umfassenden Analyse unterziehen: Wie können mithilfe des 3-D-Drucks die Kosten der Teile gesenkt und/oder gleichzeitig deren Funktionalitäten erweitert werden? Dazu bieten wir erprobte Formate an, mit denen Unternehmen zielgerichtet die Potenziale des 3-D-Drucks effektiv und effizient heben können.

Langefeld: Wir empfehlen allen Unternehmen, die selten neu konstruieren, sich an einen Dienstleister zu wenden. Der übernimmt Konstruktion, bionisches Design und Simulation.

  Wer öfter neue Produkte designt, sollte intern einen 3-D-Hub aufbauen. Konstrukteure können mit den dortigen Spezialisten Lösungen erarbeiten.

 Schon bald wird dieses Vorgehen aber nicht mehr nötig sein. Dann reicht ein Knopfdruck, um ein bestehendes Design im Hinblick auf den 3-D-Druck zu optimieren. Alle namhaften Softwarehersteller integrieren diese Funktionalität gerade in ihre Suiten.

Schleifenbaum: Die Kreativität des Menschen bleibt dennoch gefragt. Gute Konstrukteure haben nicht nur die Funktionalität eines Bauteils im Kopf. Sie denken auch an die Kosten. Hintergrund: 80 % der Produktionskosten werden beim Design festgelegt.

Ist die Ausbildungslandschaft in Deutschland auf die Produktionsrevolution vorbereitet?

Schleifenbaum: Im Rahmen der klassischen Berufsausbildung gibt es derzeit noch kein geschlossenes Angebot. Die Kammern sind aber dran an dem Thema. Denkbar wäre eine Ausbildung zum Verfahrensmechaniker. Gelehrt werden müsste hier nicht nur die reale, sondern insbesondere auch die digitale Prozesskette.

 An den Hochschulen werden gerade erste Lehrstühle eingerichtet. Neben dem Angebot an der RWTH Aachen gibt es beispielsweise einen Studiengang an der FH Schmalkalden. Und die Uni Bochum vergibt gerade eine Professur im Bereich der hybriden additiven Fertigung.

 Weitere Hochschulen werden diesen Beispielen folgen. Es kostet aber viel Zeit, neue Lehrveranstaltungen zu konzipieren. Außerdem sind hohe finanzielle Investitionen nötig. Insgesamt sind wir aber mit der Deutschland AG auf einem guten Weg. Insbesondere die Zusammenarbeit von Industrie und Forschung empfinde ich als vorbildlich. Wenn ich mir allerdings die nationalen Förderprogramme in China, Japan und den USA anschaue, haben wir sicherlich noch Aufholbedarf. Wir sollten die Führungsrolle im Bereich des 3-D-Drucks nicht leichtfertig auf’s Spiel setzen.

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