3D-Druck und Potenziale und Herausforderungen für das SCM

Inhaltsverzeichnis

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Abbildungsverzeichnis

Abkurzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. 3D-Druck: Vorstellung und Herkunft
2.1 Allgemeine Funktionsweise
2.2 Die wichtigstes 3D-Druck Materialien
2.2.1 Metallteile
2.2.2 Keramikteile
2.2.3 Kunststoffteile
2.3 Anwendungsmoglichkeiten von 3D-Druckern

3. Einfluss von 3D-Druck in der Supply Chain
3.1 Einsatzgebiete und Funktionsweise in der gesamten Supply Chain
3.1.1 Praxisbeispiel: Volkswagen nutzt das Binder-Jetting-Verfahren fur die Fahrzeugproduktion
3.1.2 Praxisbeispiel: Timberland druckt Prototypen im 3D-Drucker
3.2 Chancen und Vorteile in der Supply Chain Lieferkette
3.3 Risiken und Grenzen die es fur Unternehmen zu beachten gilt
3.4 Ausblick auf die kommenden 10 Jahre
3.5 Kosten- und Nutzenpotenziale - Ab wann lohnt sich der Einsatz der Additiven Fertigung?

4. Zusammenfassung und Bewertung

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Erstes smart Haus aus dem 3D-Drucker in Deutschland 7

Abkurzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Im Jahr 1800 wurde die erste industrielle Revolution durch die Erfindung der Dampfmaschine ausgelost. Mit der Einfuhrung der Flieftbandproduktion wur- de die zweite industrielle Revolution erreicht. Die dritte industrielle Revolution wurde durch computergestutzte Maschinen sowie Industrierobotern hervor- gerufen. Die vierte und aktuelle industrielle Revolution, die sogenannte In­dustrie 4.0, kennzeichnet sich durch Verzahnung der Produktion mit moder- ner, uber das Internet vernetzter, Informations- und Kommunikationstechnik aus.¹ Maftgebliches Merkmal und Treiber der Industrie 4.0 ist die sogenannte Additive Fertigung mit 3D-Druckern.

Diese Hausarbeit mit dem Thema „3D-Druck: Potenziale und Herausforde- rungen fur das SCM“ beschaftigt sich mit dem 3D-Druck und im speziellen mit dem Einfluss, Potenziale und mogliche Gefahren, sowie Herausforderun- gen in der Supply Chain.

Durch die rasante Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie ergeben sich fur die beteiligten Unternehmen der gesamten Supply Chain neue Moglich- keiten, welche die bestehenden Prozesse und Ablaufe grundlegend in Frage stellen.

Im zweiten Kapitel wird die Herkunft des ersten 3D-Druckers vorgestellt und die Geschichte, von der Einfuhrung bis hin zum Massenmarkt, aufgezeigt. Zum einen werden Anwendungsmoglichkeiten von 3D-Druckern beschrie- ben, zum anderen wird die Funktionsweise von 3D-Druckern erklart. In Kapi- tel 2.2 werden die unterschiedlichen Anwendungsmoglichkeiten verschiede- ner Materialien, die beim 3D-Druck verwendet werden, analysiert.

Im dritten Teil wird der spezielle Einfluss der 3D-Drucker auf die Supply Chain vorgestellt und Einsatzgebiete in der Lieferkette anhand von Praxis- beispielen beschrieben werden. Zur Veranschaulichung von 3D-Druckern in der Supply Chain wurden zwei Praxisbeispiele ausgewahlt. Einerseits nutzt der Automobilhersteller Volkswagen den 3D-Druck zur Produktion ausge- wahlter Teile, zum anderen wurde durch den Hersteller Timberland die Pro- duktion von Schuhen die Modell-Herstellung optimiert.

Des Weiteren soll im Rahmen dieser Hausarbeit der aktuelle Entwicklungs- stand der 3D-Drucktechnologie aus betriebswirtschaftlicher Anwendungssicht herausgearbeitet werden. Die Veranderungen in der Lieferkette, durch Zu- sammenwachsen von Produktion und Logistik, sollen dargestellt und mit Vor- und Nachteilen bewertet werden. Dieser Punkt tangiert wesentlich die For- schungsfrage, die mit dieser Hausarbeit erarbeitet wird.

Die Hausarbeit soll anhand der Forschungsfrage „3D-Druck - kurzfristiger Hype oder nachhaltige Innovation?“ die Frage beantworten, wie nachhaltig der Hype um den 3D-Druck in der Supply Chain wirklich ist. Zum einen soll der heutige Stand beschrieben werden, zum anderen wird ein Ausblick auf die kommenden 10 Jahre vorgenommen.

Eine Bewertung der Forschungsfrage findet abschlieftend im Kapitel vier, Zusammenfassung und Bewertung, statt.

2. 3D-Druck: Vorstellung und Herkunft

Die Herkunft und Historie des 3D-Druckers ist umfangreich und komplex. Um ein besseres Verstandnis der Entstehungsgeschichte zu erlangen, sollte man den Blick noch etwas weiter zuruckwerfen. Daher bietet es sich an, vor der eigentlichen Erfindung des 3D-Druckers zu beginnen.

Vor dem 3D-Druck wurden Prototypen durch Produktdesigner und Kunstler aufwendig in zweidimensionalen Modellen auf Papier erstellt. 3D-Modelle wurden durch den Bau von Einzelteilen und Rohlingen durch hohe Kosten und einen enormen Zeitaufwand angefertigt. Dieser Entwurfsprozess wurde in den 1970er durch die Erfindung der CAD-Software revolutioniert. Die CAD- Software ersetzte die aufwendigen Handzeichnungen durch dreidimensiona- le Computerskizzen. Die klassische Fertigung war mit dem CAD-Programm jedoch noch nicht moglich.

Dies anderte sich 1982, als Chuck Hall, ein Industriedesigner, den ersten 3D- Drucker patentierte. Die Funktionsweise des ersten 3D-Druckers war ahnlich der heutigen Funktionsweise. Fur die schichtweise Verschmelzung der Po­lymere nutzte Hall UV-Licht. Dieses gleitet uber die Polymerschicht, sodass diese aushartet. Anschlieftend senkt sich ein Bad aus aufgeweichten Poly- meren ab.² Nach der Patentanmeldung grundetet Hall das Unternehmen „3D Systems“, welches ihm den kommerziellen Vertrieb des 3D-Druckers mit der Bezeichnung SLA-1 ermoglichte. Noch heute gehort das einstige Pionier- Unternehmen zu den Weltmarktfuhrern, mit einem Umsatz von mehr als 600 Millionen US-Dollar im Jahr. Ein weiteres Unternehmen, welches den 3D- Druck revoltierte, war Stratasy, welches im Jahr 1989 durch Scott Crump ge- grundet wurde. Das Unternehmen Stratasy legte den Grundstein fur das so- genannte FDM Verfahren, bei dem ein Raster von Punkten auf die vorherge- sehene Flache aufgetragen wird. Die Punkte werden durch das Schmelzen des Kunststoffes, der die Form eines Fadens hat, erzeugt. Seit 2014 sind die Patente von 3D Systems und Stratasy ausgelaufen und der Markt hat sich fur viele weitere Unternehmen geoffnet. 2015 gab es bereits 60 Anbieter fur un- terschiedliche 3D-Drucker, wodurch die Preise Massenmarkttauglich gewor- den sind. 2010 erreichte der Markt die Ein-Milliarde-Dollar-Grenze, um in weniger als zwei weiteren Jahren den Umsatz zu verdoppeln. 2016 konnten bereits sechs Milliarden US-Dollar umgesetzt werden. ³

2.1 Allgemeine Funktionsweise

Grundlage des 3D-Druck oder auch der additiven Fertigung, ist die zuvor er- stellte dreidimensionale CAD-Zeichnung, welche aus einem Volumenmodell resultiert. Durch das Volumenmodell wird die gesamte Oberflache des aus- gewahlten Objektes beschrieben. In den CAD-Programmen sind Schnittstel- len, um einen Datenaustausch zwischen den beiden Systemen zu ermogli- chen. Die dreidimensionale Zeichnung wird durch das CAD-Programm in ein Netz, welches aus Dreiecksflachen besteht, umgewandelt und z. B. in eine sogenannte STL-Datei im Anschluss exportiert. Das STL-Format ist eine Standardschnittstelle vieler gelaufiger CAD-Systeme. Die Oberflachen wer- den bei dieser Variante mit Hilfe von mathematischen Funktionen, wie z. B. Splines, beschrieben. Ein Vorteil dieser Variante ist, dass auch bei Vergrofte- rung keine Unstetigkeiten sichtbar werden. Der STL-Datenformat ist durch den gewahrleisteten Industriestandard weit verbreitet und kann jede Rapid- Prototyping-Maschine darstellen.⁴

2.2 Die wichtigstes 3D-Druck Materialien

Mit zunehmender Verbreitung und Weiterentwicklung des 3D-Drucks, steigen zeitgleich auch die Anforderungen. Insbesondere die Anspruche der Industrie an die Materialien, die fur einen Druck verwendet werden, sind erheblich ge- stiegen. In der Praxis ist eine Vielzahl an unterschiedlichen 3D-Druck- Materialien im Einsatz, welche fur verschiedenste Zwecke genutzt werden konnen. Neben Industrie Metallen, welche im 3D-Druck fur die Erstellung von Fertigungswerkzeugen genutzt werden, sind auch diverse Kunststoffe im Einsatz. Der Kunststoffdruck wird vorzugsweise fur die Fertigung von Proto- typen, oder fur die Erstellung von Modellen genutzt. Auch eine additive Ferti- gung von Polymeren wird immer beliebter. Weitere beliebte Materialien, die fur ganz neue Einsatzgebiete in der additiven Fertigung stehen, sind z. B. Glas, Keramik, Sand und Beton. Im nachsten Unterkapitel soll auf die gan- gigsten Materialien sowie auf typische Charakteristika eingegangen werden.

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¹ Vgl: Koch, Werner (21.01.2018) Titel: Warum Industrie 4.0 keine Revolution ist, 3D-Druck aber schon. https://excit3d.de/warum-industrie-4-0-keine-revolution-ist-3d-druck-aber- schon/ (23.09.2021)

² Vgl. Pearson Aaron (04.11.2012) Geschichte des 3D-Drucks: Wie in der Branche alles be- gann https://www.stratasys.com/de/explore/article/3d-printing-history (16.10.2021)

³ Vgl. Lansen Julia (09.06.2017) Die Entwicklung des 3D-Drucks https://www.ke-next.de/3d- druck/die-entwicklung-des-3d-drucks-276.html (16.10.2021)

⁴ Vgl. Fastermann, 2012, S 7