Jetzt revolutioniert der 3D-Druck die Industrie (Formnext 2018)

Wer beurteilen will, wie und in welchem Tempo sich die additive Fertigung im Vergleich zu traditionellen Produktionsmethoden durchsetzt, benötigt den Blick zurück in die jüngere Vergangenheit.  Mein Vergleichszeitraum sind die letzen vier Jahre. Der Ort ist derselbe: Die Messe Frankfurt. Vor vier Jahren war es noch die Euromold, die als Leitmesse für die 3D-Druck-Branche diente, heute hat die Formnext diese Funktion übernommen

Exponate des Herstellers UNIZ

Ein Beitrag von Werner Koch, CEO EXCIT3D GmbH

Ein Unterschied fällt sofort ins Auge: 2014 genügte eine Halle, um die Hersteller unterbringen. Zur Formnext 2018 waren bereits zwei Hallen gut gefüllt. 2018 habe ich viele Aussteller angetroffen, die schon 2014 auf großen Messeständen ihre Exponate zeigten. Zum Beispiel 3D-Systems und Stratasys als Branchenpioniere sowie die deutschen Metall-SLM-Spezialisten, die damals wie heute mit hochwertigen Systemen und innovativen Konzepten punkten. Vor vier Jahren waren aber bereits Newcomer unterwegs, die wie Formlabs mit ihren ersten Geräten (Form1) für Aufmerksamkeit sorgten.  Die große FFF- (FDM-) Welle hatte bereits zahlreiche neue Hardware- und Materialanbieter angelockt, die teilweise auch heute noch dabei sind. Nur hat sich deren Zahl bereits verdoppelt. Damals wie heute traten neue Wettbewerber mit innovativen Produkten auf, die sich als  „Gamechanger“ entpuppen könnten.

Schon 2014 verlangte die Unüberschaubarkeit der Verfahren, Materialien und neuen Geräte den potenziellen Anwendern Einiges ab. Hier den Überblick zu behalten, um die geeigneten Alternativen zu den traditionellen Fertigungsverfahren zu finden, war für das einzelne Unternehmen ohne Beratung fast unmöglich, zumindest aber äußerst aufwändig.

Für mich war das der Anlass, 2015 ein 3D-Netzwerk zu gründen und aufzubauen, in dem Anbieter und Anwender zusammenarbeiten sollten, um mehr Transparenz zu schaffen und um diese zu bewegen, in Projekten zusammenzuarbeiten. Mit dem zunächst regional (3D-Druck Solingen) geplanten Netzwerk, das ich mit Unterstützung der Wirtschaftsförderung Solingen aufgebaut hatte,  rannten wir offenbar überall offene Türen ein. Denn schon drei Jahren später hatten sich mehr als 600 Unternehmen und 15 Universitäten aus ganz Europa angemeldet. In Zukunft tragen wir mit einem neuen Netzwerk namens 3Dglobal der immer stärkeren internationalen Verflechtung auf allen Gebieten der 3D-Technologien Rechnung.

Die stürmische Entwicklung der 3D-Druck Branche war auch der Grund, meine Marktsicht in  7 Thesen zu zusammenzufassen. Eine davon befasst sich mit den Treibern der Entwicklung, die das Transformationstempo der Fertigungsindustrie beim Übergang auf die Additive Fertigung bestimmen. Die Formnext 2018 zeigte die Fortschritte:

  1. 3D-Drucker werden immer schneller
    Es ist erstens die Schnelligkeit der 3D-Druckverfahren, auf die es ankommt. Denn nur mit einer deutlich erhöhten Produktionsgeschwindigkeit lässt sich eine Alternative zu den traditionellen Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel zum Spritzguss, aufbauen. Wer 2018 in dieser Beziehung erhebliche Fortschritte erwartete, wurde nicht enttäuscht. Erstaunliches in dieser Hinsicht erfuhren wir am Stand der Firma Desktop Metal aus den USA. Für die Herstellung von 1.400  Milwaukee-Bohrmeißel benötigt  das Produktionssystem mit der so genannten Single-Pass-Jetting-Technologie gerade einmal vier Stunden.  In der gleichen Zeit lassen sich auch 45.000 Brillenscharniere drucken. Da scheint der Preis der Maschine in Höhe von ca. 2 Millionen mehr als gerechtfertigt zu sein, insbesondere, wenn man bedenkt, dass auch die Materialpreise für das Verfahren konkurrenzlos günstig sind.

    Das Production System von Desktop Metal
  2. 3D-Druck wird immer preiswerter
    Der zweite Treiber für eine schnellere Verbreitung der Additiven Fertigung ist der Preis für Geräte und Materialen sowie für alle anderen Aufwandsarten, die die Stückkosten der additiv hergestellten Teile bestimmen. Hier zeigen sich enorme Fortschritte. Einerseits sehen wir Innovationen, wie zum Beispiel neue Geräte des taiwanischen Hersteller XYZ-printing, der Vollfarb-3D-Druck für nicht einmal 3.000 EUR ermöglicht. Auf dem Anwendungsgebiet „Vollfarbe“ können wir jetzt tatsächlich von einer Demokratisierung des 3D-Drucks sprechen. Natürlich gibt es immer noch einen erheblichen, qualitativen Unterscheid zu den Druckerzeugnissen einer Stratasys J750. Aber für den Preis des Stratasys-Spitzengerätes erhält man 83 Geräte des Typs „da Vinci Color“ von XYZprinting. Es kommt natürlich immer auf die konkrete Anforderung an, aber für die Anwender gibt es jetzt potenziell ganz neue preisliche Alternativen.

    Mit dem da Vinci Color in 3D-gedruckte Vollfarbfigur

    Einen Preisrutsch, der durch die Einführung einer neuen Technologie ausgelöst wurde, haben wir auf der Formnext 2018 auch beim Metall-3D-Druck beobachtet. Während 2014 die SLM-Hersteller in Sachen „Metall“ noch unter sich waren, bereicherten in diesem Jahr zwei Kontrahenten aus den USA die Szene mit Geräten, die im FDM-Verfahren Metall fertigen können: Der bereits oben erwähnte US-Newcomer Desktop Metal mit dem Studio System+ und der Markforged mit seinem Metal X. Auf diese neue Art und Weise produzierte Metallteile können in vielen Fällen deutlich günstiger gefertigt werden. Und weitere ins Gewicht fallende Kostenkriterien wie der Materialpreis sowie der niedrigere Nachbearbeitungs-, Sicherheits- und Energieaufwand sprechen ebenfalls für die neuen Geräte. Dennoch bleibt Platz für alle Metall-3D-Druckverfahren, denn die Erzeugnisse der FDM-Variante können in einigen qualitativen Aspekten denen des SLM-Verfahrens nicht das Wasser reichen. Möglicherweise werden die FDM-Metall-3D-Drucker aber zukünftig auf ganz anderen und neuen Anwendungsgebieten eingesetzt. 3D-Druck wird grundsätzlich erschwinglicher. Freuen kann sich nun auch der Mittelstand. Insgesamt verleihen die neuen Verfahren der „Additiven Fertigung“ einen weiteren Schub.

  3. 3D-Drucker werden immer leistungsfähiger
    Als Treiber Nummer 3 bezeichne ich die Leistungsfähigkeit der Geräte und Verfahren. Gemeint sind zum Beispiel verbesserte Leistungsmerkmale, die Vielseitigkeit der Materialien, die Qualität der Erzeugnisse, die Wiederholgenauigkeit, der Automatisierungsgrad, die Durchgängigkeit der Prozessketten, die Integration mit mechanischer Fertigung (Stichwort: Hybridverfahren) und die Skalierbarkeit der Fertigungseinheiten. Die Formnext 2018 zeigte, dass das Innovationstempo auf allen Gebieten hoch bleibt. Hier alle Innovationen aufzuzählen würde den Rahmen sprengen. Deshalb nur einige Beispiele: Der niederländische Hersteller Mimaki bietet 3D-Drucken in über 10 Millionen Farben, wobei die Ergebnisse wiederholbar und konsistent sein sollen. Der 3DUJ-553 Großformat-Vollfarb-3D-Drucker mit seinem Druckvolumen von 508 × 508 × 305 mm liefert glatte Oberflächen, extrem feine Details und bietet eine Auflösung von bis zu 0,019 mm.

    Immer wieder imposant: Die Qualität der Stratasys J750

    Viel stärker vertreten als vor vier Jahren war in diesem Jahr die Maschinenbauindustrie. Unternehmen wie DMG-Mori zeigten Hybridmaschinen. So kombiniert die Lasertec 65 3D hybrid die additive Bauteilfertigung mit der spanenden Bearbeitung, um komplette Bauteile in hoher Fertigteilqualität zu produzieren. Bei 3D-Systems überzeugte uns die Produktionsplattform Figure 4. Sie ermöglicht bis zu 15-mal höhere Druckgeschwindigkeiten als andere 3D-Drucktechnologien, automatisierte Werkstoffhandhabung und integrierte Nachbearbeitung wie Waschen, Trocknen und Aushärten. Dies führt zu einer Verringerung der manuellen Prozesse und erleichtert die Automatisierung für einen hohen Produktionsoutput. Gegenüber 2014 haben die Hersteller und Softwareanbieter erhebliche Fortschritte hin zur Massenproduktion gemacht.

    Vollautomatisch: Die Figure 4 Plattform von 3D Systems

    Das betrifft aber längst nicht nur die Branchenriesen. Pfiffige Lösungen, die vielmehr Aufmerksamkeit verdienen, kommen zum Beispiel immer wieder von Startups aus den Niederlanden. Das Unternehmen Blackbelt hat bereits im vergangenen Jahr einen FDM-3D-Drucker mit Förderband entwickelt, der es ermöglicht, unbegrenzt lange oder unbegrenzt viele Objekte zu drucken. Ein Auffangbehälter ermöglicht, Objekte unterbrechungsfrei fortlaufend als Kleinserie zu drucken. Ein weiteren Vorteil ist, dass Stützmaterialien weitgehend entfallen, da das Gerät mit einem Druckwinkel von 45 ° arbeitet. EXCIT3D freut sich auf eine weitere Zusammenarbeit mit unserem innovativen niederländischen Nachbarn.

Die Formnext 2018 zeigte: die Party geht weiter. Auf breiter Front setzt sich der 3D-Druck durch, da die Basis für die Fertigung hoher Stückzahlen individueller Produkte gelegt ist. Es geht somit längst nicht mehr nur um die Substituierung der traditionellen Fertigungsverfahren, sondern um eine kaum zu schätzende Zahl neuer Anwendungen und Produkte auf zahlreichen Gebieten wie Medizin und Mobilität, um nur zwei zu nennen. In der öffentlichen Wahrnehmung kommen die Konsequenzen (siehe 7 Thesen) , die sich aus der der wachsenden Bedeutung der Additiven Fertigung ergeben, viel zu kurz. Stattdessen wird meist etwas aufgeregt über diffuse Themen wie Digitalisierung, Industrie 4.0 oder Künstliche Intelligenz diskutiert, während die „Additive Fertigung“ mit ihren sehr konkreten Ergebnissen nur in die Schlagzeilen gerät, wenn es um Themen wie „Waffen“ geht.  Nur Wenige haben verstanden, dass nicht die so genannte Industrie 4.0 die Qualität einer neuen industriellen Revolution erreicht, sondern der 3D-Druck, mit dem es industriegeschichtlich zum ersten Mal gelingt, in Losgröße 1 individuelle Produkte überall auf der Welt „on demand“ wirtschaftlich zu fertigen. Ich habe versucht, diesen Aspekt in meinem Beitrag „Warum Industrie 4.0 keine Revolution ist, die „Additive Fertigung“ aber schon“, zu erklären.

Was die diesjährige Formnext auch zeigt, ist, dass das Thema 3D-Druck nicht isoliert zu betrachten ist. Dies zeigen die zahlreichen Anbieter, deren Stände mit den Themen Software, 3D-Modeling und 3D-Scanning befasst waren, Wir zählen sogar 3D-Technologien wie Virtual und Augmented Reality zu diesem Gesamtkomplex, der für den Anwender an vielen Stellen seiner Wertschöpfungskette großen Nutzen entfaltet und ihn insgesamt wettbewerbsfähiger macht.

Die EXCIT3D GmbH bietet gemeinsam mit Partner auf allen Gebieten der industriellen Wertschöpfung Consulting und Lösungen an. Siehe Grafik:

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