Mercedes Unimog mit Mähaufsatz

Auch für den Unimog kommen Ersatzteile mittlerweile aus dem 3D-Drucker. - Bild: Daimler

| von Gerd Mischler

Gut 6.200 Kilometer sind es von Lima nach Rio de Janeiro. Busse der peruanischen Gesellschaft Ormeño brauchen für die Strecke quer durch Südamerika gut vier Tage – ohne Panne. Die aber sind im brasilianischen Regenwald und den peruanischen Anden häufig. Bis das benötigte Ersatzteil in der Werkstatt eintrifft, vergehen dann mehrere Tage. Die Ankunft des Busses verspätet sich.

Solche Verzögerungen könnten bald Geschichte sein. Denn auf einem 3D-Drucker stellen Mechaniker Ersatzteile schon heute überall dort und dann her, wenn sie diese brauchen. So fertigt Mercedes-Benz mit der Technologie seit 2017 Thermostatabdeckungen für Lkw und Unimog, deren Produktion der Autobauer schon vor 18 Jahren eingestellt hat. Auch die dänische Reederei Maersk und die Marine der Vereinigten Staaten drucken auf ihren Schiffen Ersatzteile.

Künftig verarbeiten 3D-Drucker hochfeste Stähle

Dazu brauchen sie lediglich ein CAD-Modell des entsprechenden Bauteils. Nach dieser Vorlage baut der Drucker das Werkstück in einer Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff, Helium oder  Argon schichtweise aus einer Metalllegierung auf. Auch Werkstücke aus Kunststoff, Keramik, oder einer Holzpaste entstehen so.

Kunststoffe werden dabei meist im Schmelzschichtverfahren gedruckt, Bauteile aus Metall entstehen durch Laserschmelzen oder –sintern. Dabei fahren Laser jede Schicht nach deren Auftrag ab. Dadurch härtet das Material aus. Es entsteht ein homogener Werkstoff von hoher Dichte, dessen Eigenschaften denen des Ausgangsmaterials gleichen. Sogar hochfeste Stähle können Drucker künftig durch selektives Elektronenstrahlschmelzen verarbeiten.

Nach dem Druck wird das Bauteil gereinigt, gegebenenfalls entgratet, geschliffen und poliert.

Werkstücke von bis zu 70 Metern Länge

3D-Drucker können Werkstücke von bis zu 70 Metern Kantenlänge, zehn Metern Breite und sechs Metern Höhe herstellen. Das hat allerdings seinen Preis. Schon kleinere Anlagen für die Industrie, die Metallkomponenten bis zu einer Größe von vier mal zwei mal einem Meter herstellen , kosten über eine Million Euro.

Für viele Unternehmen ist das eine riskante Investition. Denn noch entwickelt sich die Technologie rasant weiter. 3D-Drucker veralten daher schnell.

Warum sich 3D-Druck rechnet

Allerdings rechnet sich die Technologie überall dort, wo Unternehmen nur sehr wenige Teile herstellen müssen. BMW druckt deshalb Fensterführungsschienen für den Luxussportwagen i8.

Von ihm haben die Münchner seit 2014 nur gut 2600 Stück pro Jahr gebaut. Mercedes produziert mit 3D-Druckern Teile für die S-Klasse. Von den Nobelkarossen stellen die Stuttgarter im Verlauf einer Serienlebensdauer maximal 100 identische Fahrzeuge her.

Zukunftstechnologie macht Losgröße Eins rentabel

Letztlich macht 3D-Druck die Herstellung eines einzigen Exemplars eines Produkts wirtschaftlich möglich. Schließlich fallen keine weiteren Kosten für Druckgussformen oder Umformwerkzeuge sowie Rüstarbeiten an. Sobald der Drucker die Daten des digitalen Modells geladen hat, kann er mit der Produktion beginnen.

3D-Druck – Traum jedes Entwicklers

Da sich Ersatz- und Bauteile mit der Technologie theoretisch an jedem Ort on demand herstellen lassen, brauchen Unternehmen zudem kaum mehr Bestände auf Vorrat vorzuhalten. Ihre Lager- und Transportkosten sinken. Sie müssen weniger Kapital in unproduktiven Bereichen binden.

Den größten Vorteil bieten additive Fertigungstechnologien jedoch bei der Entwicklung neuer Produkte. Denn im 3D-Druck lassen sich dreidimensionale Konstruktionen beliebiger Komplexität mit Hohlräumen und Wabenstrukturen herstellen. Wandstärken können frei variieren. Meist sind die durch additive Fertigung hergestellten Bauteile zudem leichter und bei Wahl der richtigen Werkstoffe hochbelastbar.

Autobauer setzen auf 3D-Druck

In einer Vielzahl von Branchen können Unternehmen auf diese Vorteile nicht mehr verzichten. So reduzieren in der Luft- und Raumfahrtindustrie acht von zehn Unternehmen durch die additive Fertigung das Gewicht ihrer Komponenten und Teile, ergab eine Studie der Unternehmensberatung Ernst&Young.

In der Automobilindustrie arbeiten 59 Prozent der Befragten mit 3D-Druckern. Branchen übergreifend nutzen sie vier von zehn Industrieunternehmen zur Fertigung von Gießformen und Werkzeugen. Jeder dritte Betrieb stellt mit der Technologie Ersatzteile oder Prototypen und Modelle her. Zu diesem Ergebnis kam im Sommer 2019 eine Umfrage des IT-Branchenverbands Bitkom.

Wie additive Fertigung den operativen Einkauf entlastet

Ihr zufolge sind zudem acht von zehn Umfrageteilnehmern überzeugt, dass der 3D-Druck Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten grundlegend verändert. Darauf müssen Einkäufer reagieren.

Zwar reduziert sich durch die additive Fertigung die Zahl der Bestellungen von Vorprodukten und Materialien. Doch müssen sich Beschaffer nun das Wissen über die auf dem Markt angebotenen Verfahren und 3D-Drucker aneignen. Auch müssen sie lernen, benötigte Materialmengen auf Grundlage von CAD-Modellen zu berechnen.

Damit dies gelingt, werden sie enger mit den Kollegen in Entwicklung und Produktion zusammenarbeiten. Davon waren vier von zehn Einkäufern überzeugt, die die Universität Graz für eine Studie über die Auswirkungen des 3D-Drucks auf die Beschaffung befragte.

Wie der 3D-Druck die strategische Beschaffung verändert

Wer im eigenen Unternehmen druckt, muss zudem Werkstoffe für den dreidimensionalen Druck einkaufen. Einkäufer müssen sich dafür neue Beschaffungsmärkte und Lieferanten erschließen. Jeder zweite Einkäufer sieht hierin die größte Herausforderung der additiven Fertigung.

Schließlich müssen sie im Auge behalten, wie sich das Länder- und Beschaffungsrisiko für die in Metallpasten enthaltenen Rohstoffe entwickelt. Meist werden im 3D-Metalldruck Legierungen verwendet, die Aluminium, Stahl, Titan, Zink, Magnesium, Gallium oder Kobalt und Chrom enthalten.

Neue Herausforderungen in der Zusammenarbeit mit Zulieferern

Auch wer Druckaufträge an Lieferanten vergeben will, muss neue Partner finden. Dienstleister im 3D-Druck produzieren auf Großdruckern Teile aus dem gleichen Material für mehrere Kunden gleichzeitig. Je mehr Bauteile sie in einem sogenannten „Build“ unterbringen, desto niedriger sind die Kosten für das einzelne Druckerzeugnis.

Einkäufer, die auf solche Dienstleistungen zurückgreifen, arbeiten meist nur noch mit ein oder zwei Partnern zusammen. Das erleichtert die Lieferantenpflege sowie Abstimmungsprozesse. Allerdings müssen Beschaffer die technologische Kompetenz ihrer Lieferanten einschätzen und beurteilen können, ob die von diesen angebotenen Druckverfahren für ihren Auftrag taugen. Gelingt ihnen dies, leisten sie nicht nur einen gewaltigen Beitrag zur Wertschöpfung ihrer Unternehmen sondern beschleunigen eventuell auch die Durchquerung Südamerikas mit dem Bus.