11. Juli 2012

Direct Manufacturing – Innovative Fertigungsverfahren für die Produkte von morgen

Mit nahezu unbegrenzten Möglichkeiten im Design, hoher Komplexität und Individualität und ohne produktspezifische Investitionsmittel wie Werkzeugformen eröffnen additive Fertigungsverfahren vollkommen neue Potenziale für die Produktion von morgen. Bau- und Ersatzteile können darüber hinaus in kürzeren Durchlaufzeiten nachfrageorientiert und zeitnah hergestellt werden.

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Generierung dreidimensionaler Bauteile aus wenigen Mikrometer dünnen Kunststoff- oder Metallpulverschichten, die zum Beispiel mit einem Laser an den zu belichtenden Stellen Schicht für Schicht aufgeschmolzen werden. Dank fortschreitender technologischer Entwicklungen werden die Verfahren heutzutage nicht nur für die Erstellung von Prototypen eingesetzt. Sie werden auch zunehmend für die Herstellung von Bauteilen genutzt, die die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen und direkt verbaut werden können. Das ist Direct Manufacturing. Damit sich Direct Manufacturing in vielversprechenden Anwendungsfeldern etablieren kann, müssen die Verfahren allerdings weiterentwickelt werden.

Hier setzt das Projekt „Opportunities and Barriers of Direct Manufacturing Technologies“ an. Das Projekt wird vom Heinz Nixdorf Institut unter der Federführung von Prof. Jürgen Gausemeier, Leiter der Fachgruppe Produktentstehung, in Zusammenarbeit mit dem Direct Manufacturing Research Center (DMRC) durchgeführt. Es soll zukünftige Perspektiven für das Direct Manufacturing eröffnen. Über 40 Experten, Mitgliedsunternehmen des DMRC wie Boeing, EOS, Evonik, SLM Solutions, Stratasys, Siemens, Blue Production und Eisenhuth sowie innovative Unternehmen wie Benteler, BMW, Honda, Weidmüller oder Phoenix Contact arbeiten in dem Projekt zusammen. Die Projektergebnisse werden bis August 2012 in drei Studien veröffentlicht.

Die erste Studie „Thinking ahead the Future of Additive Manufacturing – Analysis of Promising Industries“ untersucht die Marktentwicklung, derzeitige Anwendungen additiver  Fertigungsverfahren und deren Wertschöpfungspotenzial in 14 Branchen. Es zeigt sich, dass die Technologien in allen untersuchten Branchen an Bedeutung gewinnen und nicht mehr nur zur Herstellung von Prototypen genutzt werden. In der Investitionsgüterindustrie werden die Verfahren beispielsweise in der Luftfahrt-, Verteidigungs-, Automobil- und Elektronikindustrie sowie im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt.

Anwendungsfelder aus dem Konsumgüterbereich sind die Möbel-, Sport-, Textil-, Schmuck- und Spielzeugindustrie sowie die Nahrungsmittelindustrie. In der Medizintechnik werden die Verfahren in der Dentaltechnik sowie für die Herstellung von Implantaten/Prothesen, Verbrauchs- und Hilfsmitteln genutzt. Insbesondere die Flugzeug- und Automobilproduktion und die Elektronikfertigung weisen ein hohes Potenzial für den Einsatz von Direct Manufacturing auf. In diesen Anwendungsfeldern können mit den Verfahren beispielsweise individuelle Bauteile mit einer komplexen Gestalt hergestellt werden, ohne Werkzeuge dafür anschaffen zu müssen.

Um die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten von Direct Manufacturing in den drei Industrien vorauszudenken, wurden Branchenszenarien für das Jahr 2020 entwickelt. Die Szenarien ermöglichen es den Anbietern additiver Fertigungsverfahren, sich ein Bild von der Welt zu machen, in der die Verfahren künftig eingesetzt werden sollen.

Die soeben veröffentlichte zweite Studie „Thinking Ahead the Future of Additive Manufacturing – Future Applications“ zeigt auf, wie die Chancen dieser faszinierenden Technologie in den Anwenderindustrien in der Zukunft genutzt werden können.

Hierfür wurden auf Grundlage der entwickelten Szenarien Kreativitätsworkshops bei Boeing in den USA und am Heinz Nixdorf Institut 120 innovative Anwendungsideen für Direct Manufacturing in den drei Industrien entwickelt. Das Spektrum reicht von kraftflussoptimierten (Motor-) Aufhängungen in Fahrzeugen bis zur Herstellung von Oberflächen für Flugzeuge, die sich bei Beschädigungen selbst „heilen“.

Aus den Anwendungsideen wurden Kundenanforderungen von morgen abgeleitet und in einer Expertenbefragung validiert. Es zeigt sich, dass insbesondere eine hohe Prozessstabilität, die Existenz von Gestaltungsregeln und durchgängige Zertifizierungsprozesse für die Zukunft des Direct Manufacturing  entscheidend sind.

Im weiteren Verlauf des Projekts werden die erforderlichen Weiterentwicklungen der Verfahren definiert. Gemeinsam mit den Experten des DMRC  werden Roadmaps erstellt, die aufzeigen, wann die Verfahren die Anforderungen erfüllen und die identifizierten erfolgversprechenden Anwendungen realisiert werden können. Diese Ergebnisse werden in der dritten Studie veröffentlicht.

Fachlicher Ansprechpartner:

Dipl.-Wirt.-Ing. Marina Wall
Telefon: +49 5251 60-6496
E-Mail: marina.wall@hni.uni-paderborn.de