Eine Produktlinienanalyse des 3D-Drucks. Ökonomische, ökologische und soziale Folgen


Bachelorarbeit, 2016

48 Seiten, Note: 1,3

Anonym


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Begriffsdefinition ,3D-Druck‘

3. Aktueller Forschungsstand und Entwicklung des 3D-Drucks

4. Verfahrens- und Grundlagentechniken des 3D Drucks
4.1. Stereolithografie
4.2. Fused Deposition Modelling
4.3. Jetted-Photopolymer Technologie

5. Produktlinienanalyse
5.1. Ökonomische Folgen
5.1.1. Rohstoffgewinnung/Materialbeschaffung
5.1.2. Produktion
5.1.3. Transport und Logistik
5.1.4. Gebrauch und Recycling
5.2. Ökologische Folgen
5.2.1. Rohstoffgewinnung/Materialbeschaffung
5.2.2. Produktion
5.2.3. Transport und Logistik
5.2.4. Gebrauch und Recycling
5.3. Soziale Folgen
5.3.1. Rohstoffgewinnung/Materialbeschaffung
5.3.2. Produktion
5.3.3. Transport und Logistik
5.3.4. Gebrauch und Recycling

6. Fazit und Ausblick

7. Abbildungsverzeichnis

8. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit den ökonomischen, ökologischen und sozialen Folgen von 3D-Druck. Der 3D-Druck hat seit seiner Einführung in den 1980er Jahren stark an Zuspruch gewonnen, sowohl in der industriellen Produktion wie auch in der privaten Nutzung. Einige Experten betiteln das Potenzial des 3D-Drucks als Ausgangspunkt einer ,erneuten industriellen Revolution‘, eine industrielle Revolution hinsichtlich seiner Auswirkungen auf ökonomische Anfertigungsprozesse von Produkten, als auch im Hinblick auf ökologische und soziale Entwicklungen.

Die Leitfrage dieser Bachelorarbeit ist, ob und inwiefern der 3D-Druck seiner Rolle als innovatives Produktionsmedium gerecht werden kann. Im Rahmen dessen werden die gegenwärtigen und zukünftigen Auswirkungen der 3D-Verfahrenstechnik auf Ökonomie, Ökologie und das soziale Leben einer Gesellschaft untersucht. Instrument hierfür ist die Produktlinienanalyse. Des Weiteren soll der schier unaufhaltsamen Begeisterung für 3D-Druck mit objektiver Sachlichkeit und kritischem Anspruch begegnet werden, um zu prüfen, ob die prophezeite Umwälzung von Ökonomie, Ökologie und sozialen Prozessen durch 3D-Druck realistisch stattfinden kann. Es bedarf einer intensiven Auseinandersetzung mit der aufgestellten Leitfrage, da der 3D-Druck, sollte er sich langfristig in Industrie und privaten Haushalten durchsetzen, viele Bereiche des gesellschaftlichen Lebens grundlegend und nachhaltig verändern könnte. Die Reichweite dieser Technologie, sollte ihr industrieller Zuspruch nicht abreißen, ist daher keinesfalls zu unterschätzen und eine fundamentale Prüfung wert.

Zunächst wird in Kapitel 2 eine kurze Einführung in die Geschichte und den aktuellen Forschungsstand zur Technologie des 3D-Drucks gegeben, um dem Leser ein besseres Verständnis der betrachteten Technologie zu vermitteln. Hierbei sollen die momentanen Anwendungsgebiete von 3D-Druck Technologien beleuchtet werden, um ein besseres Verständnis der allgemeinen Einsetzbarkeit dieser Technologie zu ermöglichen.

In Kapitel 3 werden drei verschiedene industrielle 3D-Druckverfahren vorgestellt, mittels derer sich ein Produkt anfertigen lässt. Hierzu wurden drei der gängigsten Verfahrenstechniken ausgewählt, um die Materialvielfalt und den technischen Hintergrund des 3D-Drucks zu veranschaulichen.

Das darauffolgende Kapitel 4 behandelt den Kernteil der vorliegenden Arbeit: In diesem Kapitel wird die eigentliche Produktlinienanalyse vollzogen. Dabei werden die Folgen von 3D- Druck auf die angesprochenen drei Lebensbereiche sowohl anhand genereller Einflüsse und Folgen, wie auch einzelner Beispiele und Innovationspotenziale des 3D-Drucks beleuchtet. An dieser Stelle muss bemerkt werden, dass beinahe ausschließlich industrielle Druckverfahren der Produktlinienanalyse unterzogen werden. Das sog. Desktop-Printing, also die private Nutzung von 3D-Druckern, wird innerhalb der Produktlinienanalyse eine marginale Rolle spielen, da die geringe faktische Grundlage dieser noch unausgereiften Technologie größtenteils lediglich Prognosen und Vermutungen zulässt. Des Weiteren würde eine ausgiebige Untersuchung beider Druckbegriffe den Rahmen dieser Arbeit überschreiten.

Anschließend wird in Kapitel 5 ein Zukunftsausblick gewagt. Hier werden die Chancen und Risiken der künftigen 3D-Druck Technik abgewogen.

In einem abschließenden Fazit (Kapitel 6) sollen die Erkenntnisse dieser Arbeit knapp zusammengefasst und interpretiert werden.

2. Begriffsdefinition ,3D-Druck‘

Besonders im medialen Kontext wird der Begriff ,3D-Druck‘ häufig als Überbegriff aller 3D- Druck-Verfahrenstechniken benutzt. Die vereinheitlichte Bezeichnung birgt jedoch die Gefahr, den vielfältigen und verschiedenen Produktions- bzw. Druckmethoden nicht gerecht zu werden. Im Verlauf dieser Arbeit soll aus diesem Grund vornehmlich der Begriff ,Additive Manufacturing‘ und das Kürzel ,AM‘ zur Beschreibung jedweder Verfahrenstechnik im 3D- Druck verwendet werden.

Der Begriff ,Additive Manufacturing‘ beschreibt all diejenigen Druckverfahren, bei denen durch einen 3D-Drucker ein Produkt ,additiv‘ geschaffen wird. Additiv bedeutet, dass das Produkt schichten- oder stückweise durch das Auftragen einzelner Materialschichten entsteht. Damit sind sämtliche AM-Produktionsverfahren von vielen gängigen konventionellen Verfahren abzugrenzen: In der konventionellen Produktion wird ein Produkt oftmals durch Subtraktion geschaffen, indem z.B. aus einem Materialblock ein entsprechendes Produkt herausgearbeitet wird. Dies ist von AM-Verfahrenstechniken zu differenzieren. Gängige AM- Produktionsverfahren verlaufen zunächst über eine Software, die ein virtuelles 3D-Model eines Produkts entwirft, das daraufhin digital bearbeitet werden kann (Größe, Ausprägung etc.).

Anschließend wird die gespeicherte Softwaredatei dem Drucker zugeführt, der das Produkt schichtenweise erstellt.1 Auf die expliziten technischen Details von AM soll in dieser Arbeit nicht eingegangen werden, da vielmehr die gesellschaftlichen Auswirkungen von AM mittels einer Produktlinienanalyse beleuchtet werden. Das exakte technische Produktionsverfahren sowie darüber hinaus führende technische Details sind für die aufgestellte Leitfrage weitestgehend irrelevant. Gleichwohl wird in Kapitel 4 kurz auf die drei gängigsten Verfahrenstechniken eingegangen, da ein kurzer Abriss der technischen Grundverfahren notwendig ist, um ein Verständnis für AM-Verfahren und der damit verbundenen Leitfrage zu entwickeln.

3. Aktueller Forschungsstand und Entwicklung des 3D-Drucks

Um ein geeignetes Fundament zum besseren Verständnis der in Kapitel 1 aufgestellten Leitfrage aufzubauen, soll im Folgenden auf die Entwicklung des 3D-Drucks und den aktuellen Forschungsstand eingegangen werden.

Bereits im Jahr 1981 wurde ein erstes Patent vom Japaner Dr. Hideo Kodama zu sog. ,Rapid Protoyping‘ Technologien (RP) angemeldet. RP beschreibt ein Verfahren, mittels dessen Prototypen unter Verwendung eines 3D-Druckers schnell und simpel angefertigt werden können. Wie der Name suggeriert, stehen dabei besonders industrielle Prototypen im Vordergrund, die es Unternehmen ermöglichen, neue Produktionsteile bzw. Modellteile ohne erheblichen Aufwand zu testen. Zum Zeitpunkt der Patentanmeldung standen im unternehmerischen Sinne besonders die Geschwindigkeit in Produktionsprozessen und mögliche Kosteneinsparungen durch innovative Produktionstechniken im Vordergrund. Die RP Technologie lieferte dazu einen geeigneten Ansatz, weswegen der 3D-Druck an industriellem Zuspruch gewann.2

Die kommerzielle Nutzung von 3D-Druck-Verfahren begann im Jahr 1987, begünstigt durch die Einführung von stereolitografischen Druckern, die die Druckanfertigung mittels Lasertechnik umsetzen.

Während der 1990er Jahre ließ sich eine exponentiell steigende Anzahl an Technologieneuerungen und 3D-Druck Innovationen feststellen. Neue Modelle wurden entwickelt, die den Einsatz neuer Materiale (z.B. Pulver anstatt von Flüssigkeit) ermöglichten. Mit der Zunahme der einsetzbaren Materialien vergrößerte sich der Anwendungsradius durch 3D-Druck entwickelten Produkte. Dadurch stieg das industrielle Interesse weiter an.3

In den frühen 2000er Jahren wurde wiederum eine Reihe neuartiger 3D-Druck-Verfahren (LOM, BPM, LOM, SGC etc.) vorgestellt, die sich jedoch weiterhin lediglich auf die industrielle Nutzung für Prototypenbauten beschränkte. Innerhalb dieses Zeitraums gelangte die Industrie an einen Scheideweg. Es entwickelten sich zwei verschiedene industrielle Schwerpunkte, was die Ausrichtung des Nutzungsbereiches für AM betraf. Einige industrielle Hersteller fokussierten sich auf die Produktion hochwertiger 3D-Drucker, die qualitativ erstklassig und komplex konstruiert wurden. Diese 3D-Drucker werden bis heute vor allem von industriellen Nachfragern genutzt und finden ihren Einsatz in wirtschaftlichen Produktionsprozessen mit Fokus auf Prototypen.

Der zweite Zweig fokussierte sich vielmehr auf nutzerfreundliche und funktionale 3D-Drucker, die von Privatpersonen und kleinen bis mittelständischen Unternehmen genutzt werden können (sog. Desktop-Printer). Dieser Zweig schuf die Vorläufer derjenigen 3D-Drucker, die heutzutage privat akquiriert und genutzt werden können. Wie in Kapitel 1 angeführt, ist diese Form des 3D-Drucks noch nicht sonderlich verbreitet und bietet eine dünne faktische Grundlage. Aus diesem Grund fokussiert sich diese Arbeit nahezu gänzlich auf die industriellen Druckverfahren.

Ende der 2000er Jahre kam es zu einem regelrechten Boom auf dem Markt für 3D-Drucker, da eine zunehmende Anzahl an Herstellern das weitreichende Potenzial des 3D-Drucks für Märkte und Herstellprozesse erkannte und sich ein gesamtgesellschaftlich verbesserter Zugang zu Computer- und Softwaresystemen entwickelte. Infolgedessen fielen die Preise für herkömmliche 3D-Drucker im Jahr 2007 erstmalig unter die 10.000 US-Dollar Grenze, was zur Popularität dieser Technologie beitrug.4

In den letzten Jahren wurden weitere Forschungen vorangetrieben, die besonders auf den Einsatz neuer Materialien abzielte: Im Jahr 2012 kündigten Orgonovo Holdings und Autodesk eine Zusammenarbeit an, deren Ergebnis eine 3D-Biodruck Software sein sollte. Solch eine Software würde den Druck organischer Produkte ermöglichen und infolgedessen bisher unerreichbare Marktsegmente zugänglich machen.5 Die Universität Exeter hat ein Verfahren entwickelt, mittels dessen Lebensmittel gedruckt werden können.6 Es muss an dieser Stelle jedoch bemerkt werden, dass sich die Verwendung von AM-Technologien in der Lebensmittelbranche momentan noch in experimentellen Stadien bewegt. Die Nutzung von AM mit organischen Materialien birgt dennoch enormes Potenzial, bedarf allerdings weiterer Forschung. In Zukunft werden organische Druckverfahren eine zunehmend bedeutungsvolle Rolle einnehmen.

Nach Schätzungen der Unternehmensberatung A.T. Kearney beläuft sich der Wert des globalen 3D-Druck Marktes im Jahre 2016 auf sieben Milliarden US-Dollar. Dabei wird eine jährliche Wachstumsrate von 25% prognostiziert (Dies würde einen globalen Wert der 3D-Druck Industrie von elf Milliarden US-Dollar im Jahr 2018 und 17,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 bedeuten). In der Industrie kommt der 3D-Druck bisher am häufigsten zum Einsatz, dabei hat sich der Einsatz von AM besonders in den Bereichen der Raumfahrtindustrie, Automobilindustrie und Medizin durchgesetzt. Die Automobilbranche benutzt AM, um spezielle Komponenten zur Motorproduktion anzufertigen und innovative Designprototypen zu testen. Momentan wird an Druckverfahren gearbeitet, die leichtgewichtige Konstruktionen für Fahrzeugkarosserien ermöglichen. Die Raumfahrt nutzt die Vorzüge von AM für die Herstellung und Weiterentwicklung von Brennstoffdrüsen, sowie den Druck von prototypischen Jetmotoren. Mittelfristiges Ziel ist es, einen Großteil aller Komponenten zur Anfertigung von Flugzeugen mittels AM zu produzieren. Die Medizintechnik greift ebenfalls auf AM zurück. So werden bereits z.B. Kiefer- oder Hüftimplantate und chirurgische Instrumente maschinell gedruckt. Mittelfristig soll der Entwicklungsfokus auf personalisierten Prothesen und Organdruck liegen.7

Aus den 3D-Druck Marktanteilsstudien des Jahres 2014 geht hervor, dass besonders die Raumfahrt (ca. 18% Marktanteil), der medizinische Anwendungsbereich (ca. 15-17%), die Automobilbranche (ca. 12%) und andere gewerbliche Industriebranchen (ca. 18%) verstärkt auf das Potenzial von AM vertrauen und Anwendungsbedarf in ihren jeweiligen Branchen sehen. Weitere Branchen, in denen AM eine zunehmend wichtigere Rolle spielt sind u.a. Architektur, Konsumgüter, Militär und Bildung.8

Es bleibt festzuhalten, dass der doch vergleichsweise junge Markt für AM in den letzten Jahrzehnten rasant an Zuspruch und Wachstum gewonnen hat. Die erstmals in den 1980er Jahren aufkommenden AM-Verfahrenstechniken wurden rapide verbessert und weiterentwickelt. Aufgrund der sich ausweitenden Anwendungsmöglichkeiten und dem damit verbundenen Potenzial greifen immer mehr Industrien auf Produktionsverfahren zurück, die die Einbeziehung von AM beinhalten. Es lässt sich schlussfolgern, dass die gesamtgesellschaftlichen Folgen einer zunehmend von AM geprägten Wirtschaft einer genaueren Untersuchung bedürfen, die in dieser Arbeit im Rahmen einer Produktlinienanalyse vollzogen werden soll.

4. Verfahrens- und Grundlagentechniken des 3D Drucks

Nachfolgend werden drei verschiedene 3D-Druck Technologien vorgestellt. Dazu wird zunächst das jeweilige Druckverfahren in Kürze erklärt und anschließend auf die Vorteile wie auch auf die Limitierungen des entsprechenden Verfahrens eingegangen.

4.1. Stereolithografie

Die Stereolithografie - erfunden 1984 vom amerikanischen Ingenieur Charles W. Hull - ist eines der weltweit ersten und traditionellsten AM-Verfahren. Das Verfahren beschreibt, dass flüssiger Kunststoff (Photopolymer) mithilfe eines Lasers schichtenweise in der gewünschten Form gehärtet wird. Dabei wird sich der Eigenschaft von Photopolymer bedient, nach gewisser Belichtungszeit zu erstarren. Sobald das Objekt vollständig gedruckt worden ist, wird es in einer speziellen Belichtungskammer ausgehärtet. Vorzüge der Stereolithografie sind im Allgemeinen die hochwertige Oberflächenveredelung und die enorme Präzision des Verfahrens. Somit wird dieses Druckverfahren besonders bei denjenigen Produkten angewandt, die exakte Maße erfordern und eine hohe Detaildichte besitzen. Diese Technologie ist des Weiteren besonders beim Anfertigen überdimensional großer Objekte hilfreich, da sie die Kapazität besitzt auch diese zu drucken. Die Firma Materialise NV aus Belgien produziert mittels dieses Verfahrens z.B. vollständige Amaturenpulte für Automobile. Limitierungen dieses Verfahrens sind, dass die eingesetzten Flüssigstoffe unter dem Verdacht stehen, krebserregend zu sein. Die hohen Kosten dieser Technologieanlage (mehrere 10.000 US-Dollar) wirken ebenfalls abschreckend auf potenzielle Kunden.9

4.2. Fused Deposition Modelling

Ende der 80er Jahre entwickelt und kommerziell nutzbar seit den 1990er Jahren ist das Fused Deposition Modelling ein bekanntes Fertigungsverfahren zur Erzeugung von Modellierungen und zur Herstellung von Protoypen bzw. Produktions-applikationen. Dabei werden thermoplastische Baustoffe, die üblicherweise aus verschiedenen Kunststoffarten bestehen, großer Hitze ausgesetzt, sodass diese sich verflüssigen. Anschließend wird der flüssige Kunststoff unter Druck durch eine bewegliche Heizdüse in die entsprechende Form gepresst (extrudiert). Die schichtenweise Fertigung des Modells erfolgt dabei ,von unten nach oben‘.

Die Vorzüge dieses Fertigungsverfahrens sind besonders in den Kunststoffen begründet: Durch den flüssigen Aggregatszustand lassen sich (mithilfe von Stützkonstruktionen) komplexe (z.B. überhängende oder abgeschrägte) Werkstücke anfertigen. Die Variationsmöglichkeiten in den Kunststoffarten ermöglichen unterschiedliche Härtegrade des gefertigten Stücks. Dies ermöglicht ein weitaus spezifischeres und erweitertes Produktionsspektrum verglichen mit herkömmlichen AM-Verfahrenstechniken. Die Limitierungen von Fused Deposition Modelling sind allerdings nicht ohne Weiteres von der Hand zu weisen: Das Abkühlen einzelner Werkstücke nimmt vergleichsweise viel Zeit in Anspruch, wodurch erstens die Stabilität des noch nicht ausgehärteten Werkstücks durch etwaige Verformungen oder Überhänge gefährdet ist und zweitens besonders bei einer hohen Anzahl an produzierten Stückzahlen der Fertigungsprozess verzögert wird. Dies macht die Produktion zeitintensiver und damit teurer.10

4.3. Jetted-Photopolymer Technologie

Die Jetted-Photopolymer Technologie beschreibt ein Herstellungsverfahren, bei dem ein flüssiger und gleichzeitig lichtempfindlicher Kunststoff über einen Druckkopf auf eine Plattform aufgetragen wird. Nachdem die jeweilige Bauschicht aufgetragen wurde, wird sie anschließend mit UV-Lampen ausgehärtet. Diese Technologie wird gelegentlich zum Anfertigen von Prototypen verwendet, findet jedoch aufgrund seiner hohen Detailgenauigkeit und hochwertigen Oberflächenstruktur ebenfalls in der Fertigung medizinischer Geräte und in der Schmuckherstellung Anwendung. Limitierung dieser Technologie ist die Hitzebeständigkeit der gedruckten Stü>Stücke ggf. Veränderungen ihrer Formstruktur und Stabilitätsschwächen aufweisen, was eine Limitierung hinsichtlich ihres Einsatzspektrums darstellt.11

5. Produktlinienanalyse

Die Produktlinienanalyse (PLA) beschreibt ein Verfahren, das die ökonomischen, ökologischen und sozialen Folgen bedingt durch die Einführung eines neuen Produkts oder einer neuen Produktfertigung zu messen versucht. Kernpunkt dieser Analyse ist es, den gesamten Produktlebenszyklus und dessen jeweiligen Einflüsse auf sein ökonomisches, ökologisches und soziales Umfeld zu berücksichtigen. Die Produktlinienanalyse ist von der verwandten ,Ökobilanz‘ abzugrenzen. Erstere geht nämlich - anders als letztere - über die ökologische Wirkungsdimension eines Produkts hinaus und untersucht ebenfalls ökonomische und soziale Aspekte. Dies ermöglicht eine umfassendere Analyse hinsichtlich der Wirkungen des Produkts. Das Konzept der Produktlinienanalyse wurde 1987 von der Projektgruppe ,Ökologische Wirtschaft des Freiburger Öko-Instituts‘ vorgelegt. Es verfolgt in seiner exakten Ausführung, besonders was die Unterteilung der Abschnitte eines Produktlebenszyklus angeht, verschiedene Ansätze, die kurz vorgestellt werden sollen.12

Rainer Grießhammer unterteilt einen Produktlebenszyklus in die Bereiche Rohstoffbeschaffung, Herstellung, Verarbeitung, Transport, Verwendung bis zur Nachnutzung (Recycling) und ggf. Entsorgung (Abfall).13 Ulrike Eberle berücksichtigt einen marginal verschiedenen Produktlebenszyklus, der aus Rohstoffgewinnung, Produktion, Distribution, Handel, Gebrauch und Entsorgung besteht.14 Im Rahmen dieser Arbeit setzt sich der Produktlebenszyklus der vollzogenen Produktlinienanalyse aus den Komponenten Rohstoffgewinnung/Materialbeschaffung, Produktion, Transport, Nutzung und Recycling zusammen.15 Die Auswirkung dieser fünf Produktlebensphasen auf ökonomische Faktoren (z.B. Kosten und Gewinne, Auswirkungen auf die Lieferkette, Auswirkungen auf die Volks- /Weltwirtschaft), ökologische Faktoren (z.B. Veränderung des Ressourcenverbrauchs, Einfluss auf die Menge an ausgestoßenen Emissionen, Beeinflussung des Energieverbrauchs) und soziale Faktoren (z.B. gesellschaftliche Folgen, kulturelle Wirkungen, Effekte auf die Gesundheit, Arbeitsbedingungen und Arbeitsplätze) sollen sowohl im Allgemeinen für durch AM-Verfahrenstechniken beeinflusste (oder ggf. zukünftig beeinflusste) Produkte/Produktionen, wie auch anhand einiger weniger konkreter Beispiele aufgezeigt werden. Wichtig zu verstehen ist, dass sich eine klassische Produktlinienanalyse auf ein konkretes Produkt bezieht. Dies ist in dieser Arbeit nicht der Fall. Vielmehr wird versucht, die Produktlinienanalyse anhand von 3D-Druck an sich und den daraus resultierenden Produkten und Folgen zu vollziehen.

Es muss angemerkt werden, dass die Wirkungen des Produktlebenszyklus auf ökonomische, ökologische und soziale Faktoren in einigen Fällen nicht strikt voneinander abzugrenzen sind. Dies liegt u.a. an den fortlaufenden Wechselbeziehungen und Verflechtungen von Ökonomie, Ökologie und sozialen Aspekten. Des Weiteren besitzt nicht jedes Produkt in jedem Stadium seines Produktlebenszyklus einen Wirkungsgrad, der sich maßgeblich auf alle untersuchten Felder im Bereich Ökonomie, Ökologie und soziale Faktoren auswirkt.

Die folgenden Unterkapitel dieses Kapitels behandeln jeweils die ökonomischen, ökologischen und sozialen Folgen anhand des Verfahrens der soeben vorgestellten Produktlinienanalyse.

5.1. Ökonomische Folgen

Die vielseitige Anwendbarkeit von AM-Verfahrenstechniken bietet einer Vielzahl von Unternehmen die Möglichkeit, ihre Produktionsverfahren und Methoden anzupassen und zu verändern, sodass Teile der Produktion mithilfe von AM angefertigt werden können. In Deutschland gaben im Jahr 2016 37 % von 900 befragten Unternehmen aus neun verschiedenen Branchen an, bereits praktische Erfahrungen mit AM gesammelt zu haben (zum Vergleich: In den USA gaben 16 % und in China und Südkorea 24 % aller befragten Unternehmen an, bereits praktische Erfahrungen mit AM gemacht zu haben). Des Weiteren gaben 5,5 % aller deutschen Unternehmen an, die Produktion von End- und Bauteilen mittels AM-Verfahrenstechniken dauerhaft in ihre Produktion integriert zu haben (zum Vergleich: In den USA gaben dies 4 % aller Unternehmen an und in China und Südkorea 4,7% aller befragten Unternehmen).16 Diese Tendenzen sind steigend, d.h. die Eingliederung von AM wird in Zukunft eine immer wichtigere Rolle in ökonomischen Produktionsprozessen zugewiesen bekommen. Deswegen werden nun die einzelnen Produktlebensphasen auf ihre ökonomische Wirkung hin untersucht.

5.1.1. Rohstoffgewinnung/Materialbeschaffung

Die genutzten Rohstoffe bzw. Materiale für AM-Verfahrenstechniken beschränken sich im Wesentlichen auf Photopolymere (lichtempfindliche Kunststoffe), spezielle Kunststoffe für AM-Verfahrenstechniken unter Einsatz von Lasern, Metalle und andere Materiale (Keramik, organische Materiale etc.). Im Jahr 2013 verteilte sich der weltweite Umsatz der genannten Materialen für AM zu 50,1 % auf Photopolymere, zu 24,8 % auf andere Kunststoffe, zu 5,9 % auf Metalle und 19,1 % auf andere Materiale.17 Daran ist zu erkennen, dass in der industriellen Materialverwendung hauptsächlich Kunststoffe zum Einsatz kommen. Dabei zeichnet sich ein eindeutiger Trend zu sinkenden Materialkosten für additive Verfahrenstechniken ab: Betrugen z.B. im Jahre 2013 die Kosten in der additiven Metallfertigung für einen Kubikzentimeter noch 3,10 Euro pro Kubikzentimeter, werden diese Kosten für das Jahr 2018 auf 1,60 Euro pro Kubikzentimeter geschätzt und bis zum Jahr 2023 auf (prognostiziert) 1,10 Euro pro Kubikzentimeter sinken.18 Dieser Kostentrend ist bei alternativen Produktionsmaterialen (z.B. Kunststoff) ebenfalls zu beobachten. Aufgrund der sinkenden Materialkosten für AM können Unternehmen in vielen Fällen kostengünstigere Materiale zur Produktion einkaufen. Die Wissenschaftler Joe Bauer und Patrick Malone gehen davon aus, dass durch das Einsetzen von AM-Verfahrenstechniken im Vergleich zu traditionellen Produktionsverfahren die Kosten zur Materialbeschaffung um bis zu 21% gesenkt werden können.19

Der Marktumsatz der rohstoffgewinnenden Unternehmen, die Materiale für AM zur Verfügung stellen, ist in den letzten Jahren erheblich gewachsen: Mit einem weltweiten Umsatz 528 Millionen US-Dollar im Jahr 2013 hat sich der weltweite Marktumsatz im Vergleich zum Jahr 2008 (238 Millionen US-Dollar) innerhalb von nur fünf Jahren mehr als verdoppelt. Somit wächst der Markt für rohstoffgewinnende Unternehmen, die Materiale für AM produzieren.20

Es bleibt festzuhalten, dass AM-Verfahrenstechniken hauptsächlich auf Kunststoffmateriale und Metalle zurückgreifen. Die sinkenden Preise für diese Materiale ermöglichen einen durchschnittlich weniger kostenintensiven Materialeinkauf verglichen mit herkömmlich- traditionellen Produktionsmethoden.

[...]


1 Vgl.: Arbeitsbericht, C. E. D. I. F. A., Pickert, C., & Wirth, M. (2013). Additive Fertigungsverfahren. S. 4f.

2 Vgl.: Van Wijk, A. J. M., & van Wijk, I. (2015). 3D Printing with Biomaterials: Towards a Sustainable and Circular Economy. IOS Press. S. 25

3 Vgl. Ebd.: S.25

4 Vgl.: 3D Printing Industry (2014): 3D-Printing Guide. http://3dprintingindustry.com/3d-printing-basics-free-beginners-guide/history/

5 Vgl.: Wohlers Report (Hrsg.) (2014): History of additive manufacturing http://wohlersassociates.com/history2014.pdf

6 Vgl.: 3D Printing is the future (2012): Chocolate printer to go on sale after Easter. http://www.3dfuture.com.au/2012/04/chocolateprinter-to-go-on-sale-after-easter

7 Vgl.: A.T. Kearney (Hrsg.) (2013) 3D-Printing: A manufacturing revolution https://www.atkearney.com/documents/10192/5992684/3D+Printing+A+Manufacturing+Revolution.pdf/bf8f5c0 0-69c4-4909-858a-423e3b94bba3

8 Vgl.: Wohlers, T. (2013). Wohlers Report 2013: Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry-Annual Worldwide Progress Report, Wohlers Associates. Inc., Fort Collins.

9 Vgl.: Hagl, R. (2014). Das 3D-Druck-Kompendium: Leitfaden für Unternehmer, Berater und Innovationstreiber. Springer-Verlag. S. 20f.

10 Ebd.: S. 25ff.

11 Ebd.: S. 21f.

12 Vgl.: Klöpffer, W., & Grahl, B. (2009). Ökobilanz (lca): Ein leitfaden für ausbildung und beruf. John Wiley & Sons. S.2ff.

13 Vgl.: Grießhammer, R., Gensch, C. O., & Kümmerer, K. (1992).Produktlinienanalyse und Ökobilanzen. Schering. S. 2

14 Vgl.: Eberle, U. (2001). Das Nachhaltigkeitszeichen: ein Instrument zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung?. Öko-Institut e.V.. S. 30

15 Die Produktlebensphasen Gebrauch und Recycling werden gemeinsam in einem Kapitel abgehandelt. Da Gebrauch und Recycling bei AM-Produkten oftmals miteinander zusammenhängen, wurde diese Aufteilung gewählt, um eine bessere Übersichtlichkeit der behandelten Phasen zu ermöglichen.

16 EY. (2016). Unternehmen: Haben Sie bereits Erfahrungen mit 3D-Druck?. In Statista - Das Statistik-Portal http://de.statista.com/statistik/daten/studie/581349/umfrage/erfahrungen-mit-3d-druck-nach-laendern-weltweit/

17 Deloitte, & SiMT. (n.d.). Umsatzverteilung mit Materiale für die Additive Fertigung weltweit nach Art im Jahr 2012. In Statista - Das Statistik- Portal.http://de.statista.com/statistik/daten/studie/448156/umfrage/umsatzverteilung-mit-Materiale-fuer-die- additive-fertigung-weltweit-nach-art/

18 Roland Berger, & VDMA. (2013) Prognose zur Kostenentwicklung in der additiven Metallfertigung weltweit bis zum Jahr 2023 (in Euro pro Kubikzentimeter). In Statista - Das Statistik-Portal http://de.statista.com/statistik/daten/studie/445058/umfrage/prognose-zur-kostenentwicklung-additiver- fertigung-weltweit/

19 Vgl.: Bauer, J., & Malone, P. (2015). Cost estimating challenges in additive manufacturing. S. 5

20 Vgl. Deloitte, und SiMT. (2014) Umsatz mit Materiale für die Additive Fertigung weltweit in den Jahren 2008 bis 2013 (in Millionen US-Dollar). In Statista - Das Statistik-Portal http://de.statista.com/statistik/daten/studie/448153/umfrage/umsatz-mit-Materiale-fuer-die-additive-fertigung- weltweit/

Ende der Leseprobe aus 48 Seiten

Details

Titel
Eine Produktlinienanalyse des 3D-Drucks. Ökonomische, ökologische und soziale Folgen
Hochschule
Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg  (Alfred-Weber Institut)
Note
1,3
Jahr
2016
Seiten
48
Katalognummer
V377808
ISBN (eBook)
9783668566095
ISBN (Buch)
9783668566101
Dateigröße
885 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
3D-Druck, Produktlinienanalyse, Volkswirtschafslehre, Ökologie, Technologie, Sozialwissenschaft
Arbeit zitieren
Anonym, 2016, Eine Produktlinienanalyse des 3D-Drucks. Ökonomische, ökologische und soziale Folgen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/377808

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