In dieser Abschlussarbeit wird untersucht, unter welchen Voraussetzungen industrielle Metall-3D-Drucker von KMU wirtschaftlich betrieben werden können. Die erarbeitete Entscheidungsgrundlage soll Unternehmen dabei helfen, eine erste Selbsteinschätzung vorzunehmen, geeignete Verfahren zu bestimmen und entsprechende Maßnahmen abzuleiten.
Dazu werden zunächst die theoretischen Grundlagen rund um den Bereich der additiven Fertigung näher beleuchtet. Darüber hinaus werden die Unterschiede zwischen den derzeit gängigsten Fertigungsverfahren erörtert und die Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt. Der in dieser Arbeit durchgeführte Praxistransfer dient dazu, die Machbarkeit der entwickelten Entscheidungsgrundlagen zu testen.
Das Ergebnis zeigt unter anderem, wie signifikant die Herstellungskosten letztlich von den Materialpreisen abhängen. Obwohl die Preise insbesondere für Metallpulver in Zukunft weiter sinken werden, bleiben sie aufgrund der aufwändigen Herstellung immer weit über dem Niveau des Metallgusses. Grundsätzlich gilt für ein Bauteil: je kleiner das Volumen und die Höhe, desto weniger Material wird benötigt und desto weniger Schichten müssen gedruckt werden, was die Stückkosten effektiv senkt. Daher ist die Nutzung geometrischer Freiheiten in Form von Hohlkörpern und Netzstrukturen entscheidend.
Ein einfacher Wechsel von konventioneller zu additiver Fertigung für Standardteile ist selbst bei einer Kleinserie nicht wirtschaftlich, wenn diese bereits integriert ist. Dies gilt nicht nur für die Investition in eine eigene Anlage, sondern auch für die Inanspruchnahme eines externen 3D-Druck-Dienstleisters. Damit der industrielle 3D-Drucker rentabel wird, müssen im Vorfeld speziell für den 3D-Druck konzipierte Komponenten entwickelt werden.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Problemstellung
- Zielsetzung
- Aufbau und Vorgehensweise
- Unternehmensvorstellung
- Grundlagen und Definitionen
- Definition von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU)
- Additive Fertigung im Kontext von Industrie 4.0
- Einordnung additiver Fertigungsverfahren
- Prozesskette der additiven Fertigung
- Additive Fertigungsverfahren für Metalle
- Pulverbettbasierte Verfahren
- Selektives Laserschmelzen (SLM™)
- Direktes Metall-Lasersintern (DMLS)
- Elektronenstrahlschmelzen (EBM™)
- Metal Binder Jetting (MBJ)
- Extrusionsbasierte Verfahren
- Bound Metal Deposition (BMD)
- Atomic Diffusion Additive Manufacturing (ADAM)
- Nano Particle Jetting™ (NPJ)
- Auftragsverfahren
- Laserauftragschweißen (LMD)
- Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißen (EHLA)
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Masterthesis beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Entscheidungsgrundlage für KMU im produzierenden Gewerbe, die ihnen helfen soll, die Investition in industrielle additive Fertigung von Metallteilen zu beurteilen. Ziel ist es, Unternehmen die Möglichkeit zu geben, eine erste Selbsteinschätzung vorzunehmen und geeignete Verfahren für die additive Fertigung von Metallteilen zu bestimmen.
- Analyse der wirtschaftlichen Machbarkeit von industriellen Metall-3D-Druckern für KMU
- Entwicklung einer Entscheidungsgrundlage zur Selbsteinschätzung der Eignung additiver Fertigung für KMU
- Untersuchung der verschiedenen Verfahren der additiven Fertigung von Metallteilen
- Bewertung der Kostenfaktoren und des Einflusses der Materialpreise auf die Wirtschaftlichkeit
- Beurteilung der Möglichkeiten und Herausforderungen beim Einsatz additiver Fertigung in KMU
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in das Thema der additiven Fertigung ein und erläutert die Problemstellung, die Zielsetzung und den Aufbau der Masterthesis. Im zweiten Kapitel wird die Unternehmensvorstellung desjenigen Unternehmens gegeben, das im Praxistransfer der Thesis untersucht wurde. Die Kapitel 3 und 4 befassen sich mit den theoretischen Grundlagen der additiven Fertigung. Dabei werden die Unterschiede zwischen verschiedenen Fertigungsverfahren erläutert und die Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt. Kapitel 5 beschäftigt sich mit den verschiedenen Verfahren der additiven Fertigung von Metallteilen, wobei verschiedene Pulverbett- und Extrusionsverfahren sowie Auftragsverfahren vorgestellt und analysiert werden. Kapitel 6 widmet sich der Analyse der Kostenfaktoren, die die Wirtschaftlichkeit additiver Fertigungsverfahren beeinflussen. Dabei wird insbesondere der Einfluss der Materialpreise auf die Herstellungskosten von Metallteilen untersucht. Im siebten Kapitel wird die entwickelte Entscheidungsgrundlage vorgestellt, die Unternehmen bei der Entscheidung für oder gegen eine Investition in die additive Fertigung unterstützen soll. Abschließend werden die Ergebnisse der Masterthesis zusammengefasst und Handlungsempfehlungen für KMU im produzierenden Gewerbe gegeben.
Schlüsselwörter
Additive Fertigung, industrielle 3D-Druck, Metallteile, KMU, Entscheidungsgrundlage, Wirtschaftlichkeit, Kostenfaktoren, Materialpreise, Prozesskette, Fertigungsverfahren, Selbsteinschätzung, Industrie 4.0.
- Quote paper
- Lucas Saretzki (Author), 2022, Entwicklung einer Entscheidungsgrundlage für KMU im produzierenden Gewerbe für die Investition in die industrielle additive Fertigung von Metallteilen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1324408
