Programmierschnittstellen im 3D-Druck. Analyse und Evaluation der Leistungsfähigkeit von 3D-Druck-APIs und -dienstleistungen


Bachelorarbeit, 2016
57 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Quelltextverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Theoretische Grundlagen der Arbeit
2.1 3D-Druck für Konsumenten
2.1.1 Entwicklungstand des 3D-Drucks
2.1.2 Technologische Grundlagen des 3D-Drucks
2.1.3 Anwendungen und Ausblick
2.2 3D-Druck-Dienstleister
2.2.1 Organisationsformen von 3D-Druck-Dienstleistern
2.2.2 Serviceleistungen von 3D-Druck-Dienstleistern
2.3 Grundlagen von Application Programming Interfaces
2.3.1 Definition und technische Grundlagen
2.3.2 Typisierung von APIs
2.3.3 Anwendungsgebiete und Rollen

3 Prozesse auf 3D-Druck-Plattformen
3.1 Bestellprozesse auf 3D-Druck-Plattformen
3.2 Analyse einer Probe-Bestellung auf Trinckle
3.3 Musterprozess für die Online-Bestellung eines 3D-Modells

4 APIs für 3D-Druck-Plattformen
4.1 Überblick 3D-Druck-APIs
4.2 Vergleich der APIs von Sculpteo und Materialise
4.2.1 Anforderungen der Kategorie Upload
4.2.2 Anforderungen der Kategorie Design
4.2.3 Anforderungen der Kategorie Order
4.2.4 Klassifizierung und weitere Aspekte der APIs
4.3 Implementierung von 3D-Druck-APIs am Beispiel der Sculpteo API
4.3.1 Implementierung der Web2web-API
4.3.2 Implementierung des Sculpteo 3D-Viewer-Frames
4.3.3 Implementierung der Order Design-API

5 Schlussfolgerung

Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Gartner Hype Cycle für 3D-Druck (Gartner 2015)

Abbildung 2: Schema des 3D-Druckprozesses

Abbildung 3: Die Prozessbereiche beim Online-Kauf über einen eShop (Kollmann 2013, 256)

Abbildung 4: Startseite des 3D-Druck-Service von Trinckle

Abbildung 5: Initiale Angaben zu Größe und Ausrichtung auf Trinckle

Abbildung 6: Auswahl der Druckoptionen auf Trinckle

Abbildung 7: Warenkorb einer Bestellung auf Trinckle

Abbildung 8: Anmeldungsprozess für eine Bestellung auf Trinckle

Abbildung 9: Bestellprozess der Webanwendung von Trinckle

Abbildung 10: Musterprozess einer Bestellung auf einer 3D-Druck-Plattform aus Kundensicht

Abbildung 11: Anwendungsbeispiele inklusive Geschäftsmodell auf der Sculpteo Entwicklerplattform (https://www.sculpteo.com/en/cloud-engine/case-studies/)

Abbildung 12: Cell Cycle-Anwendung (https://n-e-r-v-o-u-s.com/cellCycle/)

Abbildung 13: Oberfläche von Tinkercad (https://www.tinkercad.com/)

Abbildung 14: Upload-Varianten von Sculpteo (Sculpteo 2016 2)

Abbildung 15: Funktionsweise der 3D Print Lab Connection-API (Materialise 2016 2)

Abbildung 16: Schema der Order APIs von Materialise (Materialise 2016 7)

Abbildung 17: Ergebnis der Anforderungsanalyse

Abbildung 18: Sculpteos Embedded Integration Demos (Sculpteo 2016 9)

Abbildung 19: Darstellung des eingebundenen 3D-Viewers (Sculpteo 2016 11)

Quelltextverzeichnis

Quelltext 1: HTML Form für Web2web -API angelehnt an (Sculpteo 2016 10)

Quelltext 2: Hash-Funktion für HTML-Form angelehnt an (Sculpteo 2016 10)

Quelltext 3: iFrame-Tag für Sculpteo Viewer (Sculpteo 2016 11)

Quelltext 4: PHP-Funktion für die Erzeugung des POST Stream der Order Design -API (Sculpteo 2016 12)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit analysiert und evaluiert die Leistungsfähigkeit von 3D-Druck-APIs von 3D-Druck-Dienstleistern. Diese Schnittstellen ermöglichen es Entwicklern Prozesse und Dienstleistungen die 3D-Druck-Anbieter über ihre Online-Plattformen zur Verfügung stellen, auch in Drittanwendungen zu implementieren. Es soll die Frage geklärt werden, inwieweit der auf einer solchen 3D-Druck-Plattform stattfindende Verkaufsprozess durch bereits existierende 3D-Druck-APIs abgebildet werden kann. Hierfür wurde ausgehend vom herkömmlichen Verkaufsprozess im eCommerce ein Musterprozess modelliert. Um diesen Musterprozess durch für den 3D-Druck charakteristische Teilprozesse ergänzen zu können, wurden bei der Modellierung zusätzlich die im Rahmen einer Probe-Bestellung identifizierten Prozessschritte auf der 3D-Druck-Plattform Trinckle berücksichtigt. Anschließend wurden aus dem Musterprozess Anforderungen abgeleitet, die 3D-Druck-APIs erfüllen müssen, um den Verkaufsprozess vollständig abbilden zu können. Diese Anforderungen wurden in die drei Kategorien Upload, Design und Order eingeteilt. Außerdem wurde ein Klassifizierungssystem eingeführt, nach dem Schnittstellen, je nach Erfüllungsgrad der Anforderungen, den Klassen A (Anforderungen aller Kategorien erfüllt) bis C (Anforderungen einer Kategorie erfüllt) zugeordnet werden. Eine Evaluation der APIs von Sculpteo und Materialise zeigte, dass die Schnittstellen beider Anbieter der Klasse A entsprechen. Dies bedeutet, dass der Musterprozess komplett durch die betrachteten 3D- Druck-APIs abgebildet werden kann. Außerdem bieten die untersuchten 3D-Druck- Dienstleister für ihre APIs umfangreiche Dokumentationen und Testmöglichkeiten für Entwickler an. Anschließend wird die Implementierung von drei APIs von Sculpteo dargestellt. Dabei zeigte sich, dass die aktuell angebotenen 3D-Druck-APIs mit beherrschbarem Aufwand in Anwendungen implementierbar sind. Abschließend wird festgestellt, dass Schnittstellen neben der technischen, auch von großer strategischer Bedeutung für 3D-Druck-Dienstleister sind.

Abstract

This thesis analyzes and evaluates the potential of 3D printing APIs offered by 3D printing service providers. These interfaces provide programmers with the possibility to implement the processes and services of 3D printing service providers in third party applications. It has to be clarified to what extend the sales process that takes place on such a 3D printing platform can already be reflected by existing 3D printing APIs. To achieve this a model process based on the conventional sales process in e-commerce was developed. In order to be able to add sub processes specific to 3D printing the steps of a test order on the platform Trinckle were also taken into consideration. Subsequently requirements which need to be met by 3D printing APIs in order for them to reflect the whole sales process were derived from the model process. These requirements were divided up into the three categories upload, design and order. Furthermore a classification system was introduced which allows the APIs to be classified by the extent to which they meet the aforementioned requirements. These classes range from A to C, where A stands for meeting the requirements of all categories and C for meeting the requirements of only one category. Evaluating the APIs of Sculpteo and Materialise showed that the interfaces of both service providers were class A. This means that the entire model process can be reflected by the examined 3D printing APIs. Both Sculpteo and Materialise also offer extensive documentation of their APIs as well as testing possibilities for programmers. Subsequently the implementation of three of Sculpteo’s APIs is depicted. It turned out to be easily manageable to implement them in an application. Finally it can be established that programming interfaces are not only of technical but also of a great strategic value for 3D printing service providers.

1 Einleitung

Mit dem Aufkommen des 3D-Drucks entstanden Dienstleistungsunternehmen, die neben Produkten der additiven Fertigung auch verschiedene damit zusammenhängende Dienstleistungen anbieten. Als die Kosten für 3D-Druck sanken, begannen diese Dienstleister, ihr Angebot auch für Konsumenten zu öffnen. Hierfür wurden Online-Plattformen wie Sculpteo, i.materialise oder Trinckle geschaffen, die sowohl Unternehmen als auch Konsumenten den Druck von 3D-Objekten über das Internet ermöglichen. In den vergangenen Jahren wuchs dieses Angebot kontinuierlich, sodass auch das Interesse an der Entwicklung von Drittanwendungen, die auf den Diensten dieser Plattformen aufsetzen, stieg. Hierfür wurden von den 3D-Druck-Dienstleistern eigene Schnittstellen, sogenannte APIs, geschaffen, die die Einbindung von 3D-Druck-Plattformen in Anwendungen, wie etwa Smartphone- oder Web-Applikationen, ermöglichen. Allerdings fehlt es bislang an Analysen und Studien, die Auskunft darüber geben, wie leistungsfähig diese Schnittstellen tatsächlich sind und inwieweit sie die Prozesse abbilden können, die auf den Plattformen stattfinden.

Das Ziel dieser Bachelor-Thesis ist daher, die Programmierschnittstellen der Plattformen von 3D-Druck-Dienstleistern zu analysieren und zu evaluieren inwieweit diese genutzt werden können, um die Verkaufsprozesse einer solchen Plattform innerhalb von Drittanbieter- Applikationen abzudecken. Die zugrundeliegende Forschungsfrage lautet: „Lassen sich die Teilprozesse des Verkaufsprozesses einer 3D-Druck-Plattform mithilfe von 3D-Druck-APIs abbilden?“. Diese Themenstellung ist sowohl für Softwareentwickler als auch für die Betreiber der Plattformen relevant, denn Softwareentwickler einerseits sind in Softwareprojekten auf prozessnahe Schnittstellen angewiesen, während die Plattform- Betreiber andererseits durch die Bereitstellung einer Schnittstelle die Reichweite ihres Angebotes vergrößern können. Für beide Personenkreise werden in dieser Arbeit erste Ansatzpunkte vorgestellt, die eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit des aktuellen Angebotes derartiger Programmierschnittstellen ermöglichen. Es wird dargelegt, inwieweit der Verkaufsprozess einer 3D-Druck-Plattform durch die vorhandenen APIs abgedeckt werden kann, bzw. welche Teile bereits abgebildet werden können und welche noch nicht.

Um das Leistungsspektrum der Schnittstellen verschiedener Anbieter objektiv vergleichbar zu machen, werden zunächst die abzubildenden Prozesse genauer betrachtet, um daraus einen Musterprozess zu modellieren. Die Grundlage hierfür bildet das Prozessschema von Kollmann (2013, 256), das die Verkaufsprozesse auf eCommerce-Plattformen abbildet. Ergänzt wird dieses allgemeine Schema durch die, bei einer Probe-Bestellung über die Plattform eines 3D-Druck-Dienstleisters, identifizierten 3D-Druck-spezifischen Prozessschritte. So wird eine praxisnahe Betrachtung der Prozesse gewährleistet. Der anhand dieser Beobachtungen entwickelte Musterprozess dient als Grundlage für die Analyse der Schnittstellen. Für diese Analyse werden aus dem Musterprozess Anforderungen für die Implementierung des Prozesses abgeleitet. Anschließend werden die Anforderungen entlang des Musterprozesses gruppiert, damit ein zusammenhängender Abgleich der Anforderungen mit den entsprechenden Schnittstellen erfolgen kann. Infolge dieser Analyse wird evaluiert, inwieweit sich die APIs für die Umsetzung des Musterprozesses in einer Anwendung eignen. Abschließend erfolgt eine Klassifizierung der betrachteten APIs anhand der betrachteten Anforderungen. Hierfür wurde eigens ein Bewertungsschema entwickelt. Dieser Ansatz ermöglicht eine praxisnahe und nachvollziehbare Darstellung der Möglichkeiten der zu analysierenden Schnittstellen.

Zu Beginn dieser Arbeit werden sowohl wesentliche Kenntnisse über 3D-Druck, 3D-Druck- Dienstleister als auch über APIs vermittelt. Hierzu erfolgt eingangs eine Einführung in den sogenannten Consumer-3D-Druck. Anschließend wird auf die Entstehung von Dienstleistungsunternehmen für 3D-Druck-Dienste und auf deren unterschiedliche Organisationsformen eingegangen. Darauf folgt eine Einführung in die technischen Grundlagen von APIs, wobei auch auf mögliche Anwendungsgebiete derartiger Schnittstellen eingegangen wird.

Der darauffolgende Hauptteil gliedert sich in zwei aufeinander aufbauende Kapitel. Im ersten dieser beiden Kapitel wird auf die Verkaufsprozesse von 3D-Druck-Plattformen eingegangen. Dabei werden die für eCommerce-Anwendungen typischen Prozesse vorgestellt. Anschließend folgt die Analyse des Verkaufsprozesses auf der Plattform Trinckle anhand einer Probe-Bestellung. Danach wird aus den getätigten Beobachtungen ein Musterprozess modelliert.

Im zweiten Kapitel des Hauptteils folgt die eigentliche Analyse und Evaluation der 3D- Druck-APIs. Hierzu werden eingangs zunächst verschiedene Anwendungsbereiche der APIs etablierter 3D-Druck-Dienstleister vorgestellt. Anschließend werden die Schnittstellen von Sculpteo und Materialise analysiert und mit den Anforderungen des Musterprozesses abgeglichen, bevor eine abschließende Evaluation erfolgt. Danach wird die Implementierung von drei der betrachteten Sculpteo-Schnittstellen anhand von Beispielen demonstriert.

Abschließend folgt eine Einordnung der Analyse an sich und ihrer Ergebnisse. Hierbei wird erörtert, ob die betrachteten Schnittstellen den modellierten Musterprozess tatsächlich zufriedenstellend abbilden können.

2 Theoretische Grundlagen der Arbeit

Die große Vielfalt an Begriffen, Ideen und Konzepten im Zusammenhang mit 3D-Druck führt in der öffentlichen Wahrnehmung zu einer teilweise falschen Interpretation der Möglichkeiten dieser Technologie. Um daher Missverständnisse im Rahmen dieser Arbeit zu vermeiden, werden im folgenden Abschnitt für das weitere Verständnis notwendige theoretische Grundlagen erläutert und abgegrenzt. Eingangs wird die Entwicklung des 3D-Drucks, insbesondere für Konsumenten, aufgezeigt. Ebenso werden wichtige technische Verfahren und Prozesse vorgestellt. Danach wird die Entstehung und Tätigkeit von Anbietern von 3D- Druck-Dienstleistungen behandelt. Abschließend widmet sich das Kapitel den grundlegenden Konzepten der sogenannten Application Programming Interfaces. Hierbei wird auch auf die verschiedenen Klassen und Anwendungen dieser Schnittstellen eingegangen.

2.1 3D-Druck für Konsumenten

2.1.1 Entwicklungstand des 3D-Drucks

In den vergangenen Jahren wurde die Technologie des 3D-Drucks erstmals für die breite Öffentlichkeit und damit auch für Privatpersonen relevant. Denn, obwohl die Technologie bereits seit einigen Jahrzehnten existiert und in der Forschung und Entwicklung teilweise professionell eingesetzt wird, sind 3D-Drucker, wie etwa der Replikator der Firma MakerBot Industries, erst seit wenigen Jahren auch für Konsumenten erhältlich und erschwinglich. Anders als professionelle 3D-Drucker, die mehrere 10.000 Euro kosten können, werden diese Modelle meist für weniger als 1.000 Euro angeboten. Die Entwicklung solch günstiger Maschinen ist erst dadurch möglich geworden, dass die Patente für bestimmte Verfahren, wie etwa die Schmelzschicht-Technologie, ausgelaufen sind und somit hohe Lizenzgebühren entfallen. Dies führte zu einem Vordringen der Technologie in den Massenmarkt (Vgl. Nitz 2015, 16ff).

Unternehmen wie MakerBot Industries oder Ultimaker gehören zu den ersten Anbietern von 3D-Druckern für Konsumenten und prägen mit ihren Geräten die sogenannte „Maker- Bewegung“ mit. Diese besteht aus Konsumenten, die Technologien wie 3D-Drucker oder auch Mikrocontroller für kleinere und größere Bauprojekte nutzen und stellt im Wesentlichen eine moderne Variante der Heimwerkerkultur dar. Die zunehmende Berichterstattung über diese Gruppe kann als ein Wegbereiter des 3D-Drucks in der öffentlichen Wahrnehmung gesehen werden (Vgl. Hagl 2015, 6ff). einzige Entwicklung handelt, sondern sich die Technologie des 3D-Drucks in verschiedenen Anwendungsbereichen teilweise sehr unterschiedlich entwickelt (Vgl. Columbus 2015). Die nachfolgende Grafik verdeutlicht dies anschaulich. Während die aktuellen Entwicklungen in den Bereich des Consumer-3D-Printings fallen, so ist die eingangs erwähnte Verwendung der Technologie in Forschung und Entwicklung dem Enterprise-3D-Printing zuzuordnen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Gartner Hype Cycle für 3D-Druck (Gartner 2015)

Consumer-3D-Printing befindet sich nach diesem Modell am Beginn des Tales der Enttäuschungen. Dies bedeutet, dass die Erwartungen an die Technologie nicht voll erfüllt worden sind und daher auch die Berichterstattung abnehmen wird. Die blaue Färbung steht dafür, dass die Technologie noch etwa fünf bis zehn Jahre für den Durchbruch im Massenmarkt benötigen wird. Dagegen sind andere Formen des 3D-Drucks schon weiter fortgeschritten. So befindet sich der 3D-Druck für Prototypen, auch unter dem Begriff rapid prototyping bekannt, auf dem Plateau der Produktivität und hat sich im Markt etabliert. Diese Beobachtungen sind ein Beleg für die unterschiedliche Entwicklung des 3D-Drucks die teilweise der öffentlichen Wahrnehmung entgegensteht. Diese unterschiedlichen Geschwindigkeiten haben ihre Ursache auch in der technologischen Weiterentwicklung des 3D-Drucks.

Das folgende Zitat spiegelt die Beobachtungen der öffentlichen Wahrnehmung des 3D- Drucks wider:

„ They initially remain largely in the lab, unknown to the general public. When these technologies become more affordable and user-friendly, they enter the market as supposedly new inventions ” (Kietzmann et al. 2015, 210)

2.1.2 Technologische Grundlagen des 3D-Drucks

Die Besonderheit von 3D-Druck-Verfahren liegt nicht alleine in der Erzeugung dreidimensionaler Objekte, sondern in deren additivem Charakter, während herkömmliche Produktionsmethoden oft auf subtraktiven Prozessen, wie etwa fräsen oder schneiden, beruhen. Bei einem subtraktiven Prozess wird ein Gegenstand durch Reduktion des Herstellungsmaterials hergestellt. Daher muss mehr Material eingesetzt werden, als für das Endprodukt notwendig ist. Bei einem additiven Prozess wird dagegen das Objekt neu erzeugt und aufgebaut, deshalb wird dabei in etwa so viel Material verwendet, wie für das Objekt benötigt wird (Vgl. Kietzmann et al. 2015). Infolgedessen wird der Begriff der additiven Fertigung häufig als Synonym für 3D-Druck verwendet.

Beim eigentlichen Druckvorgang werden verschiedene Schritte durchlaufen, die sich grob in zwei Phasen, Design und Produktion, einordnen lassen. Für die Umsetzung sowohl der Design-Phase als auch der der Produktionsphase gibt es verschiedene Methoden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Schema des 3D-Druckprozesses

Abbildung 2 zeigt die für die Erstellung eines 3D-Objekts notwendigen Schritte und auch deren Untergliederung in eine Design- und eine Produktionsphase. Als Ausgangspunkt wird ein CAD-Modell des zu erzeugenden Objektes benötigt. Dieses Modell kann beispielsweise mit einer CAD-Software wie 123Design erstellt oder durch eine 3D-Scan-Anwendung aus den Bildern eines existierenden Gegenstandes generiert werden. Das fertige CAD-Modell wird dann als STL-Datei exportiert und mithilfe einer Slicing-Software in einzelne druckbare Schichten zerlegt. Die dadurch entstandene Datei kann anschließend durch einen 3D-Drucker verarbeitet werden. Hierfür gibt es verschiedene additive Verfahren, wobei das Schmelzschicht-Verfahren, auch unter der Abkürzung FDM bekannt, das momentan gebräuchlichste Verfahren ist. Das erzeugte Objekt wird dann noch nachbearbeitet, etwa durch schleifen oder ätzen. Dies dient dazu, die Oberfläche zu glätten und um Rückstände aus der Produktion zu entfernen (Vgl. Fastermann 2012, 13ff & Kietzmann et al. 2015, 211).

2.1.3 Anwendungen und Ausblick

Die Berührungspunkte von Konsumenten mit dem 3D-Druck reichen in ihrer Vielfalt von der einfachen Herstellung von Ersatzteilen im Haushalt bis zur „eigenen“ Fabrik für Produkte wie Schuhe oder Schmuck, die im Rahmen von Mass Customization individualisiert hergestellt werden. Selbst im Bereich der Lebensmitteltechnik gibt es dafür bereits erste Anwendungen. So arbeitet beispielsweise der Nudelhersteller Barilla an einem 3D-Drucker für Nudeln, der die Produktion personalisierter Nudeln ermöglicht (Vgl. Sauer 2015). Insgesamt hat die additive Fertigung große Potentiale in der Herstellung kleiner Produktmengen und -größen. So gehört beispielsweise die Produktion sehr individueller Produkte, etwa im Kunstbereich, zu den derzeit etabliertesten Anwendungsbereichen. Ein ebenfalls etablierter Bereich ist das rapid prototyping, von dem Konsumenten insofern profitieren, als dass Unternehmen neue Produkte im Vergleich zum herkömmlichen Entwicklungsprozess wesentlich schneller auf den Markt bringen können. So konnte der Schuhhersteller Timberland mithilfe des 3D-Drucks innerhalb von einer Woche eine neue Schuhsohle entwickeln und musste dafür nur etwa 1.200 US-Dollar an Kosten aufwenden (Vgl. Berman 2012, 160).

Während Chris Anderson die Entwicklung des 3D-Drucks im Massenmarkt sehr optimistisch bewertet und davon ausgeht, dass 3D-Drucker eine ähnliche Verbreitung wie beispielsweise moderne Tintenstrahldrucker erleben werden, sehen andere die Entwicklung der Technologie Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Deloitte zwar davon aus, dass der Markt für 3D-Drucker und Dienstleistungen weiter wachsen wird, dass allerdings dieses Wachstum hauptsächlich durch den Einsatz von 3D-Druck in der Entwicklung und Produktion in Unternehmen getragen wird. 3D-Drucker für Konsumenten betrachtet Deloitte als nicht bereit für den Massenmarkt und sieht für diese Geräte eine Nischenrolle im Bereich der Heimwerker, ähnlich wie teure Heimwerkzeuge. Dies liegt auch daran, dass diese Geräte relativ teuer in der Anschaffung sind, gleichzeitig nur vergleichsweise wenig genutzt werden können und außerdem die Herstellung eines Objektes teilweise noch mehrere Stunden dauert. 3D-Drucker werden laut dieser Studie deshalb in absehbarer Zeit nicht in jedem Haushalt anzutreffen sein, könnten sich aber als wichtiger Teil der schulischen Bildung etablieren. Gerade für den modernen Werkunterricht sieht die Studie Potential (Vgl. Deloitte 2015).

2.2 3D-Druck-Dienstleister

Die im vorherigen Unterkapitel vorgestellte Spaltung des 3D-Druckvorganges in Design und Produktion ermöglicht es sowohl Unternehmen, als auch Konsumenten, die notwendigen Produktionsschritte auszulagern. Dies ist ein großer Vorteil für die Urheber von 3D- Modellen, da diese nicht selbst in die für die Herstellung notwendigen Maschinen investieren müssen. Designer können sich so beispielsweise rein auf das Design und die Erstellung von 3D-Modellen fokussieren und Unternehmen mit 3D-Druckern können als Dienstleister für die Produktion dieser Modelle fungieren. Dadurch sind neue Geschäftsmodelle für Unternehmen möglich (Vgl. Berman 2012, 161).

In den letzten Jahren sind deshalb eine Reihe von Unternehmen entstanden, die verschiedene Dienstleistungen entlang des 3D-Druckprozesses anbieten. Die Organisationsform kann dabei vom reinen Onlineanbieter für 3D-Druck bis hin zum analogen FabLab reichen. Außerdem können sich auch Art und Umfang der angebotenen Herstellungsprozesse unterscheiden.

2.2.1 Organisationsformen von 3D-Druck-Dienstleistern

Die verschiedenen Dienstleister lassen sich unter anderem anhand ihrer Organisation und der Art der Bereitstellung ihres Angebotes unterscheiden. Es gibt sowohl reine Onlineanbieter als auch Anbieter ohne ein Angebot im Internet. Daneben gibt es aber auch Dienstleister, die sowohl on- als auch offline agieren und beispielsweise Modelle online entgegennehmen, die vor Ort abgeholt werden müssen. Außerdem gibt es Onlineanbieter mit eigenen Web- Anwendungen, die dem Nutzer einen alle Produktionsschritte umfassenden Self-Service für die Bestellung ihres Objektes bieten, während andere Anbieter, die Modelle zwar online entgegennehmen, die eigentlichen Produktionsschritte aber dann erst individuell mit dem Kunden vereinbaren und umsetzen. Im Folgenden werden diese Modelle kurz einzeln erklärt und jeweils ein Vertreter der jeweiligen Form vorgestellt. Diese Einteilung ist aber nicht abschließend und manche Anbieter können durchaus mehrere dieser Formen parallel betreiben.

2.2.1.1 Reine Onlineanbieter

Kontakt zu den Anbietern notwendig und die wesentlichen Schritte des Bestellprozesses erfolgen weitgehend automatisiert. Ein bekanntes Beispiel für dieses Modell stellt der Dienstleister Shapeways mit seiner gleichnamigen Onlineplattform dar.

2.2.1.2 Onlineanbieter ohne Self-Service-Anwendung

Es gibt allerdings auch Anbieter, die ihre Dienstleistungen zwar nur über das Internet anbieten, für die Abwicklung der Bestellung allerdings einfache Kommunikationsmittel wie Email oder Kontaktformulare nutzen. Der Nutzer kann seine CAD-Datei und erste Wünsche an den Anbieter übermitteln und muss anschließend auf dessen Rückmeldung warten. Erst danach kann die eigentliche Bestellung aufgegeben werden. Diese Form benötigt keine eigene Onlineplattform mit einer Self-Service-Anwendung, hat aber eine höhere Anfälligkeit gegenüber Fehlern und erfordert einen erhöhten Kommunikationsaufwand. Auch kann es passieren, dass der Kunde nicht das bekommt, was er sich von der Bestellung erhofft hat und so die Zufriedenheit der Kundschaft leidet. Ein Beispiel für diese Form stellt der Anbieter 3D- Activation dar.

2.2.1.3 Reine Offlineanbieter

Es existieren aber auch Dienstleister, die ihre Dienstleistungen nicht über das Internet anbieten. Stattdessen erfolgt hier nicht nur die Produktion, sondern auch der Bestellungsprozess vor Ort. Dieses Modell hat teilweise Ähnlichkeiten wie dem der Copyshops für Fotokopien. In diesen können Druckdienstleistungen und Kopien direkt vor Ort bestellt und erzeugt werden. Da die Kosten für den Erwerb und den Betrieb eines eigenen 3D-Druckers relativ hoch sind, dürfte dieses Modell gerade für Gelegenheitsnutzer sinnvoll sein. Dies könnte in Zukunft zu einer größeren Verbreitung dieses Modells führen. Ein bekanntes Beispiel für diese Organisationsform sind FabLabs, wie etwa das FabLab Würzburg, wo gegen eine Gebühr 3D-Drucker und andere Werkzeuge verwendet werden dürfen.

2.2.1.4 Mischformen

Letztlich gibt es auch noch Mischformen, die Teile ihrer Dienstleistung sowohl on- als auch offline anbieten. So könnte etwa ein lokaler Anbieter von 3D-Druck-Dienstleistungen zusätzlich eine eigene Onlineplattform anbieten oder ein Anbieter wie Shapeways könnte eigene Filialen eröffnen. Ein weiteres Beispiel für eine Mischform ist der 3D-Druck-Service des Rechenzentrums der Universität Würzburg. Dieser ermöglicht es Studenten, online Druckdateien einzureichen, um eine Herstellung der Modelle zu veranlassen. Anschließend können die Modelle direkt vor Ort abgeholt werden.

2.2.2 Serviceleistungen von 3D-Druck-Dienstleistern

Die Serviceleistungen von 3D-Druck-Dienstleistern erstrecken sich entlang des Druckprozesses, wie er bereits eingangs in Abbildung 2 dargestellt wurde. Dabei gibt es sowohl Dienstleister, die diese Wertschöpfungskette komplett abbilden können, als auch Anbieter, die sich nur auf bestimmte Aspekte spezialisiert haben. Allerdings ist es im Rahmen einer Spezialisierung meist sinnvoller, sich auf eine der beiden Phasen zu konzentrieren, als nur einzelne Schritte, wie etwa das Slicing, anzubieten. Moderne Onlinedienste wie Shapeways bilden, mit Ausnahme des Designs der CAD-Datei, die komplette Prozesskette des 3D-Druckprozesses ab. Daneben existieren Plattformen für den Austausch von und den Handel mit 3D-Modellen und Designs. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Plattform Thingiverse des 3D-Drucker-Herstellers MakerBot. Auf dieser können sowohl Privatpersonen als auch Unternehmen 3D-Modelle tauschen, handeln, kommentieren und weiterentwickeln. Zudem gibt es Designer, Künstler und Agenturen, welche die Erstellung von CAD-Modellen für neue Objekte anbieten. Dies ist nur ein kleiner Auszug aus dem vielfältigen Angebot moderner Dienstleister für 3D-Druck. Mit dem Fortschreiten der technologischen Entwicklungen im Bereich der additiven Fertigung dürfte das Angebot weiter zunehmen. Auch die allgemein steigende Nachfrage von Unternehmen, die Teile ihrer Wertschöpfungskette auslagern möchten, dürfte dazu beitragen.

2.3 Grundlagen von Application Programming Interfaces

In den vergangenen Jahren erfuhren die sogenannten Application Programming Interfaces, kurz APIs, eine immer größere Bedeutung in der modernen Anwendungsentwicklung. Obwohl das Konzept an sich nicht neu ist, wird das Thema wieder vermehrt in Fachmagazinen und auf Entwicklerkonferenzen behandelt. Immer mehr Dienste stellen Entwicklern ihre APIs für die Entwicklung von Anwendungen zur Verfügung. So setzen auch einflussreiche Unternehmen wie Google, Apple oder Facebook für die Einbindung ihrer Services auf APIs, was in Konsequenz unter anderem auch zur Verbreitung dieses Konzepts beigetragen hat. Der nun folgende Abschnitt erklärt die technischen Grundlagen von APIs und stellt sowohl die verschiedenen Formen als auch Anwendungsgebiete dieser Technik vor.

2.3.1 Definition und technische Grundlagen

Für den Begriff Application Programming Interface gibt es verschiedene Definitionen, die aber meist einen ähnlichen Kern haben, nämlich, dass es sich um öffentliche Schnittstellen handelt, die den Zugriff auf Daten und Methoden einer Anwendung gewähren, ohne dabei die genaue Implementierung dieser offenzulegen (Vgl. Souza et al. 2004, 222ff). Die vorliegende Arbeit orientiert sich an folgender Definition von Taina Bucher der Universität Kopenhagen:

“ The general concept of an application programming interface refers to standardized methods for allowing one software component to access the resources of another component. In relation to web-based APIs, the methods in question allow for programmatically accessing data and functionality via HTTP. Essentially APIs are interfaces that facilitate the controlled access to the functionality and data contained by a software service or program. ” (Bucher 2013)

Diese Definition impliziert, dass APIs in verschiedenen Umfeldern, angesprochen werden web-basierte Schnittstellen, eingesetzt werden können. Das Grundprinzip auf dem APIs aufbauen ist jedoch immer dasselbe. Es handelt sich bei APIs im Grunde genommen nur um eine besondere Ausprägung von Schnittstellen für Softwaremodule. Schnittstellen sind ein wichtiger Teil der objektorientierten Programmierung, denen das Konzept des information hiding zugrunde liegt, das 1972 von Parnas eingeführt wurde und seitdem die Grundlage für die Gestaltung von Schnittstellen bildet. Ziel dieses Konzeptes ist es, das Softwaremodul einerseits offen für Erweiterungen zu halten, andererseits aber, es vor Veränderungen an der eigentlichen Implementierung zu schützen. Durch dieses Vorgehen können Abhängigkeiten zwischen Modulen reduziert werden, weshalb sie leichter verändert und ausgetauscht werden können. Außerdem erhöht dies die Sicherheit der Anwendung, da der eigentliche Quellcode, zum Beispiel durch die Realisierung von Datenkapselung und Polymorphismus, vor Fremdzugriffen geschützt wird. Die diesen Prinzipien folgende Schnittstellengestaltung ist heutzutage ein gängiges Verfahren in der Software-Entwicklung und wird durch APIs umgesetzt. Neben einer geringen Koppelung, wird auch die Erweiterung eigener Softwaremodule um neue Funktionen ermöglicht. Außerdem können APIs Entwicklern den Zugriff auf Funktionen eines Softwaremoduls gestatten, ohne, dass sie sich um die eigentliche Implementierung dieser Funktionen kümmern müssen (Vgl. Souza et al. 2004, 221). Auch ermöglichen APIs die Interaktion und Kommunikation zwischen verschiedenen Softwaresystemen.

2.3.2 Typisierung von APIs

Generell lassen sich APIs anhand ihrer Typklassen, also ihrer intendierten Nutzung oder anhand ihrer Stabilität, d.h. ihrer Änderungshäufigkeit, unterscheiden (Vgl. Dig et al. 2006). Eine Schnittstelle kann in der Regel einer der folgenden vier Typklassen zugeordnet werden: funktionsorientiert, objektorientiert, dateiorientiert oder protokollorientiert.

Die Veränderungshäufigkeit wird auch als Stabilität einer API beschrieben. Eine sehr stabile API verändert sich selten. Dadurch bleibt die Unabhängigkeit zwischen dieser und dem Softwaremodul, das sie verwendet, gewährleistet. Eine API mit geringer Stabilität verändert häufiger ihre Funktionsweise und dabei meist die Gestalt der Schnittstelle. Dies kann für Entwickler problematisch werden, da diese dann ebenfalls ihre Implementierung anpassen und gegebenenfalls neu entwickeln müssen, damit die Funktionsweise bestehen bleibt. Außerdem kann es passieren, dass eine instabile Schnittstelle plötzlich nicht mehr dieselbe Funktionalität anbietet, was ebenfalls problematisch für Module ist, deren Funktionalität darauf aufbaut. Daher tendieren Schnittstellenentwickler zur Gestaltung stabiler APIs (Vgl. Souza et al. 2004, 222).

2.3.3 Anwendungsgebiete und Rollen

APIs werden häufig für Web- aber auch für mobile Anwendungen (Android / iOS) verwendet. Entwickler nutzen sie, um ihre eigenen Programme um Funktionen oder Daten zu erweitern, die sie selbst nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zur Verfügung stellen könnten. Dies können zum Beispiel im Fall einer Wetterapplikation die Wetterdaten eines großen Wetterdienstes sein oder bei einer Navigationsanwendung die Karten und Funktionen von Google Maps. Die Anbieter der Schnittstellen wiederum können so die Reichweite ihrer Dienste erhöhen oder neue Anwendungen für ihre eigenen Plattformen gewinnen (Vgl. Proffitt 2013). Deshalb haben heute immer mehr Plattformen und Dienste Schnittstellen für Entwickler. Gerade große Unternehmen wie Google oder Facebook pflegen eine große Zahl an Schnittstellen und konnten sich so in bestimmten Bereichen, wie der Registrierung neuer Nutzer oder der Analyse der Anwendungsnutzung, teilweise sogar als Standardlösung etablieren.

Neben der technischen Funktionalität kommen APIs auch bestimmte Rollen im Software- Entwicklungsprozess zu. Souza et al. (2004, 224f) identifizieren drei dieser Rollen. Zum einen könnten die Schnittstellen an sich als „Verträge“ zwischen verschiedenen Plattformen oder Parteien fungieren. Das heißt, dass alle Beteiligten sich auf die Anbindung und Funktionalität der Schnittstelle verlassen und diese daher als Grundlage für weitere Entwicklungen nutzen können. Auch könnten APIs Grenzen innerhalb einer Organisation darstellen. Der Zugriff auf Softwaremodule fremder Abteilungen wird durch APIs vereinfacht, da keine Kenntnisse über die Implementierung der Funktionalität notwendig sind. So könnten Abteilungen, die an unterschiedlichen Teilen der Software arbeiten, weitgehend unabhängig voneinander entwickeln. Letztlich stellen APIs häufig auch eine Kommunikationsebene für Entwickler dar, um sich über Abhängigkeiten der Module auszutauschen.

3 Prozesse auf 3D-Druck-Plattformen

Nachdem im vorherigen Kapitel das theoretische Fundament dieser Arbeit vorgestellt wurde, widmet sich das nun folgende Kapitel der Spezifikation der Prozesse auf modernen Web- Plattformen von 3D-Druck-Dienstleistern. Die Kenntnis dieser Prozesse ist eine wichtige Voraussetzung für die Evaluation und Analyse der APIs im darauffolgenden Kapitel. Zu Beginn werden typische Verkaufsprozesse auf eCommerce-Plattformen vorgestellt und aufgezeigt, welche davon für 3D-Druck-Dienstleister relevant sind. Anschließend wird, anhand einer Probe-Bestellung, der Prozess der Bestellung eines 3D-Modells auf der Plattform des Dienstleisters Trinckle analysiert. Basierend auf den durch diese Analysen erfassten wesentlichen Bestellschritten wird im letzten Abschnitt ein Musterprozess für 3D- Druck-Plattformen modelliert, der detailliert die typischen Teilprozesse darstellt, die ein Endkunde bei einer Bestellung auf einer 3D-Druck-Plattform durchläuft. Dieser Prozess dient später für die Evaluation der verschiedenen Programmierschnittstellen. Im Folgenden wird dieser eigens erstellte Prozess nur noch als Musterprozess bezeichnet. Der Prozess der Probe- Bestellung wird als Testprozess bezeichnet.

3.1 Bestellprozesse auf 3D-Druck-Plattformen

Die im nachfolgenden Kapitel untersuchten Dienstleister, die öffentliche APIs anbieten, offerieren ihre Dienstleistungen größtenteils über das Internet. Hierbei wird für die Bestellaufnahme meist eine Web-Anwendung angeboten, die über Self-Service-Lösungen verfügt, mit deren Hilfe Endkunden selbstständig ihre Druckdateien hochladen und für den Druck vorbereiten können. Neben diesem für die Branche spezifischen Prozess nutzen diese Anbieter meist auch eigene Onlineshops, sogenannte eShops. Diese werden ebenfalls als Web-Anwendung realisiert und dienen als Plattform für die Verkaufsprozesse, die neben den für den 3D-Druck relevanten Prozessen anfallen. Teilweise werden Verkaufsprozesse von den Anbietern selbst realisiert, teilweise werden sie aber auch an externe Dienstleister und Partner ausgelagert. Dies geschieht beispielsweise häufig bei Payment-Prozessen, wie etwa der Zahlungsabwicklung, da die Durchführung dieser mit hohem finanziellen Aufwand und regulatorischen Auflagen verbunden ist und außerdem mit sehr sensiblen Daten gearbeitet wird.

Die Verkaufsprozesse ähneln grundsätzlich denen in einer Filiale oder auf einem Online- Marktplatz. Für die Analyse der von den Dienstleistern angebotenen Schnittstellen wird in den folgenden Abschnitten auf die Prozesse beim elektronischen Kauf aus Sicht eines Endkunden eingegangen. Die Prozesse aus Sicht des anbietenden Unternehmens werden nicht weiter behandelt, da die APIs die Prozesse abbilden, die vom Endkunden durchlaufen werden.

Insbesondere, da sie häufig für Anwendungen konzipiert werden, die Konsumenten die Nutzung des Angebots eines 3D-Druck-Dienstleisters ermöglichen.

Grundsätzlich gliedert sich der Verkaufsprozess in einem eShop in drei Phasen: die VorkaufPhase (Pre-eSales), die Kauf-Phase (eSales) und die Nachkauf-Phase (After-eSales). Die nachfolgende Abbildung stellt diese Phasen grafisch aufbereitet dar und zeigt auch die einzelnen Teilprozesse, die den jeweiligen Phasen zugeordnet sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Die Prozessbereiche beim Online-Kauf über einen eShop (Kollmann 2013, 256)

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Ende der Leseprobe aus 57 Seiten

Details

Titel
Programmierschnittstellen im 3D-Druck. Analyse und Evaluation der Leistungsfähigkeit von 3D-Druck-APIs und -dienstleistungen
Hochschule
Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg  (Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Systementwicklung)
Note
1,0
Autor
Jahr
2016
Seiten
57
Katalognummer
V357275
ISBN (eBook)
9783668429550
ISBN (Buch)
9783668429567
Dateigröße
2233 KB
Sprache
Deutsch
Reihe
Aus der Reihe: e-fellows.net stipendiaten-wissen
Schlagworte
3D druck, 3d printing, api, additive fertigung, shapeways, sculpteo
Arbeit zitieren
Lukas Pollmann (Autor), 2016, Programmierschnittstellen im 3D-Druck. Analyse und Evaluation der Leistungsfähigkeit von 3D-Druck-APIs und -dienstleistungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/357275

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