Die Unternehmen stehen in der heutigen Wettbewerbssituation vor der Herausforderung, vermehrt individuelle Kundenwünsche zu erfüllen. Dies führt zu einem immer differenzierteren Angebot und einer steigenden Komplexität der Produkte. Infolgedessen erhöht sich die Anzahl der Produktvarianten im Unternehmen. Gleichzeitig verkürzen sich die Produktlebenszyklen. Der Druck, die Kundenanforderungen optimal und innerhalb kürzerer Zeit umzusetzen sowie gleichzeitig wirtschaftliche Losgrößen herzustellen, wächst. Die derzeitige Entwicklung der Additiven Fertigungsverfahren, als Technologietreiber auf dem Weg zur Industrie 4.0, eröffnet die Möglichkeit, maßgeschneiderte Produkte profitabel zu produzieren. Viele Unternehmen stellen sich die Frage, ob sich für sie die Investition und der Einsatz eines 3D-Druckers in der Serienfertigung lohnt. Sichert der 3D-Druck den Fortbestand des Unternehmens? Welche Risiken kommen auf das Unternehmen zu? Ist das Fertigungsverfahren für die Serie ausgereift?
Das Risiko hohe Investitionen in eine Fertigungsmethode zu tätigen, die bisher eher im Prototypenbau als in der Serie eingesetzt wird, ist Unternehmen aktuell zu hoch. Wann ist die Umstellung auf die Additive Fertigungsmethode in der Serienfertigung für ein Unternehmen technisch, wirtschaftlich, zeitlich und qualitativ interessant? Welche Voraussetzungen, Chancen und Risiken sollten Unternehmen bei der Entscheidungsfindung betrachten?
Das Finalziel ist es, ein Bewertungskonzept zu entwickeln, um Unternehmen bei der Entscheidung für oder gegen die Additive Fertigungsverfahren in der Serienfertigung zu unterstützen. Es soll eine fundierte Entscheidungsgrundlage erarbeitet werden, die diese neue Fertigungstechnologie für den Serieneinsatz aus verschiedenen unternehmerischen Blickwinkeln betrachtet. Zu analysieren sind die Aspekte Notwendigkeit, Realisierungsmöglichkeit und Wirtschaftlichkeit. Ferner sollen die jeweiligen Chancen und Risiken ermittelt werden. Den Betrachtungen ist eine zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse anzuschließen, die Transparenz schafft. Das Unternehmen sollte aufgrund der Ergebnisse des Konzepts in der Lage sein, eine Entscheidung für oder gegen eine Investition in Additive Fertigungsverfahren für die Serie zu treffen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Einführung und Problemstellung
1.2 Forschungsfragen und Zielsetzung
1.3 Aufbau und methodisches Vorgehen
2 Begriffsdefinitionen
2.1 Subtraktive und Additive Fertigungsverfahren
2.2 3D-Drucken
2.3 Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing
3 Additive Fertigungsmethoden
3.1 Erfindung des 3D-Drucks
3.2 Verfahrensarten und Kategorisierung
3.3 Entstehung eines 3D-Drucks
3.4 Gegenüberstellung Additiver und Subtraktiver Fertigungsmethoden
3.5 Ist-Situation: Einsatz des 3D-Drucks in der Industrie
4 Entwicklung und praktische Anwendung des Bewertungskonzepts
4.1 Anforderungen und Grenzen des Bewertungskonzepts
4.2 Einführung in das Schichtmodell als Bewertungskonzept
4.3 Erste Schicht: Notwendigkeitsanalyse
4.3.1 Bewertung der Unternehmensanforderungen
4.3.2 Konkurrenzanalyse
4.3.3 Kundenanalyse
4.3.4 Überblick Beschaffungsmarkt 3D-Druck-Materialien
4.3.5 Erstes Gate: Bewertung der Notwendigkeit - Chancen und Risiken
4.4 Anwendung der Notwendigkeitsanalyse in der Praxis
4.4.1 Bewertung der Unternehmensanforderungen
4.4.2 Durchführung der Konkurrenzanalyse
4.4.3 Durchführung der Kundenanalyse
4.4.4 Bewertung des Beschaffungsmarkts für 3D-Druck-Materialien
4.4.5 Erstes Gate: Bewertung der Notwendigkeit
4.5 Zweite Schicht: Möglichkeitsanalyse
4.5.1 Bauteilauswahl und Bewertung der Qualitätsmerkmale und technischen Eigenschaften
4.5.2 Anforderungsanalyse der Unternehmensbereiche
4.5.3 Zweites Gate: Bewertung der Möglichkeit - Chancen und Risiken
4.6 Anwendung der Möglichkeitsanalyse
4.6.1 Durchführung der Bauteilauswahl und Qualitätsmerkmalsbewertung
4.6.2 Durchführung der Anforderungsanalyse der Unternehmensbereiche
4.6.3 Zweites Gate: Bewertung der Möglichkeit
4.7 Dritte Schicht: Wirtschaftlichkeitsanalyse
4.7.1 Kostenbetrachtung
4.7.2 Kennzahlenbetrachtung
4.7.3 Drittes Gate: Bewertung der Wirtschaftlichkeit - Chancen und Risiken
4.8 Anwendung der Wirtschaftlichkeitsanalyse
4.8.1 Durchführung der Kostenbetrachtung
4.8.2 Durchführung der Kennzahlenbetrachtung
4.8.3 Drittes Gate: Bewertung der Kosten- und Kennzahlensituation
5 Zusammenfassung der Ergebnisse und Handlungsempfehlung
6 Kritische Schlussbetrachtung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines strukturierten Bewertungskonzepts, das Unternehmen als Entscheidungsgrundlage für oder gegen den Einsatz additiver Fertigungsverfahren in der Serienproduktion dient. Die Forschungsfrage fokussiert sich darauf, unter welchen technischen, wirtschaftlichen, zeitlichen und qualitativen Voraussetzungen sich der Umstieg auf den 3D-Druck lohnt und welche Risiken dabei zu berücksichtigen sind.
- Entwicklung eines dreistufigen Schichtmodells (Notwendigkeit, Realisierungsmöglichkeit, Wirtschaftlichkeit).
- Analyse der industriellen Ausgangslage und Wettbewerbssituation für additive Verfahren.
- Methodische Bewertung von Unternehmensanforderungen und Kundenbedürfnissen mittels Nutzwertanalysen.
- Praktische Validierung des Bewertungsmodells anhand eines Beispielunternehmens.
- Analyse der Kostenstruktur und operativer Anforderungen bei der Implementierung von 3D-Druck.
Auszug aus dem Buch
3.4 Gegenüberstellung Additiver und Subtraktiver Fertigungsmethoden
Nachfolgend sind die wichtigsten Vor- und Nachteile der Additiven und Subtraktiven Fertigungsmethoden erläutert. Ein Überblick weiterer Vor- und Nachteile ist in den Tabellen 15 und 16 im Anhang 2 dargestellt.
Mit den Additiven Fertigungsmethoden sind komplexe Geometrien realisierbar, welche mit konventionellen Verfahren bisher nicht möglich waren. Diese Geometriefreiheit bietet neue Möglichkeiten im Produktdesign. Je komplexer das Bauteil, desto vorteilhafter sind die Additiven Fertigungsverfahren. Sie sind daher für Unternehmen interessant, deren Produktportfolios sich durch große Produktvielfalt in geringen Stückzahlen auszeichnen. Eine Anpassung der bisherigen CAD-Daten ist nicht notwendig, die Bauteile können direkt konvertiert und anschließend gefertigt werden (wie in Kapitel 3.3 beschrieben). Während der Entwicklung und auch Produktion sind individuelle Kundenanforderungen realisierbar. Innerhalb eines Fertigungsvorgangs lassen sich gleichzeitig mehrere kundenindividuelle Bauteile herstellen. Somit ist es für Unternehmen möglich, die Strategie des „Customizing“ zu verfolgen.
Nachteilig sind jedoch die geringere Oberflächengüte, Genauigkeit und mechanische Belastbarkeit im Vergleich zu Bauteilen die mit den Subtraktiven Fertigungsmethoden hergestellt werden. Der sogenannte Stufeneffekt, der durch den schichtweisen Aufbau entsteht, verringert die Qualität der Oberfläche. Dieser Effekt verstärkt sich mit der Größe der Schichtdicke. Die mechanische Beanspruchbarkeit der Bauteile unterscheidet sich in deren Ausrichtung im Bauraum. Innerhalb der Schichtebenen ist die Festigkeit hoch, senkrecht zu den Schichten geringer. Dies gilt es beim Produktdesign zu berücksichtigen. Da die Technologie der Additiven Fertigung noch sehr jung ist, sind die Innovationszyklen relativ kurz. Die Maschinen unterliegen einer ständigen Verbesserung und Aufrüstung, daher sind neben den Anschaffungskosten auch entsprechend hohe Wartungs- und Modernisierungskosten einzukalkulieren. Die Technologie erlaubt es aktuell noch nicht, über einen längeren Produktionsablauf eine konstante Qualität zu garantieren. Ferner fehlen hierzu internationale Standards, an denen jedoch das ASTM International Committee und das ISO Technical Committee derzeit arbeiten.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problemstellung des 3D-Drucks in der Serienfertigung ein und definiert das Forschungsziel eines fundierten Bewertungskonzepts.
2 Begriffsdefinitionen: In diesem Kapitel werden grundlegende Fertigungstechnologien und Rapid-Methoden definiert, um ein einheitliches Verständnis der Additiven Verfahren zu schaffen.
3 Additive Fertigungsmethoden: Hier werden die Erfindung, Verfahrensarten und die aktuelle industrielle Anwendung des 3D-Drucks beschrieben und subtraktiven Methoden gegenübergestellt.
4 Entwicklung und praktische Anwendung des Bewertungskonzepts: Dies ist das Hauptkapitel, in dem das Schichtmodell zur Notwendigkeits-, Möglichkeits- und Wirtschaftlichkeitsanalyse entwickelt und an einem Beispielunternehmen validiert wird.
5 Zusammenfassung der Ergebnisse und Handlungsempfehlung: Dieses Kapitel fasst die Erkenntnisse aus den drei Schichten des Bewertungsmodells zusammen und leitet konkrete Maßnahmen für Unternehmen ab.
6 Kritische Schlussbetrachtung und Ausblick: Hier werden die Ergebnisse kritisch reflektiert und ein Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der 3D-Druck-Technologie gegeben.
Schlüsselwörter
3D-Druck, Additive Fertigung, Serienfertigung, Bewertungskonzept, Notwendigkeitsanalyse, Möglichkeitsanalyse, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Nutzwertanalyse, Rapid Manufacturing, Kosteneffizienz, Geometriefreiheit, Prozessstabilität, Qualitätssicherung, Schichtmodell, Beispielunternehmen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Master-Arbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines strukturierten Konzepts, das Unternehmen bei der Entscheidung unterstützen soll, ob der Einsatz von 3D-Druck-Technologien in der Serienfertigung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.
Welche zentralen Themenfelder deckt die Arbeit ab?
Zentrale Felder sind die Abgrenzung additiver und subtraktiver Verfahren, die Analyse der Wettbewerbsfähigkeit, die Untersuchung technischer Realisierungsmöglichkeiten in Unternehmensbereichen sowie die betriebswirtschaftliche Bewertung durch Kosten- und Kennzahlenbetrachtung.
Was ist das primäre Ziel der Forschung?
Das Ziel ist die Erstellung einer Entscheidungsgrundlage, die Unternehmen hilft, Chancen und Risiken der Umstellung auf additive Fertigungsverfahren transparent zu beurteilen und auf Basis einer Nutzwertanalyse fundierte Investitionsentscheidungen zu treffen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die Arbeit nutzt ein dreistufiges Schichtmodell, das durch Nutzwertanalysen (Gates) zwischen den Phasen der Notwendigkeit, Möglichkeit und Wirtschaftlichkeit strukturiert ist, um subjektive Einschätzungen zu systematisieren.
Was sind die Kernpunkte im Hauptteil der Arbeit?
Der Hauptteil gliedert sich in die Definition der Anforderungen, die Entwicklung des Schichtmodells und dessen Anwendung auf ein fiktives Beispielunternehmen, wobei insbesondere die Prozesskette (SCM, Fertigung, QM) detailliert analysiert wird.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Wichtige Begriffe sind Additive Fertigung, 3D-Druck in der Serie, Entscheidungsgrundlage, Nutzwertanalyse und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Warum ist die Unterscheidung zwischen "Notwendigkeit" und "Möglichkeit" so wichtig?
Das Konzept trennt diese Aspekte, um Unternehmen erst nach einer Klärung des Marktumfelds und Kundeninteresses (Notwendigkeit) dazu zu bewegen, in die technische Detailanalyse (Möglichkeit) zu investieren.
Wie geht die Arbeit mit dem Risiko unbekannter Qualitätsparameter um?
Die Arbeit betont, dass Erfahrungswerte durch Probedrucke und Zusammenarbeit mit Herstellern gesammelt werden müssen, und schlägt vor, Unsicherheiten durch produktspezifische Tests im Vorfeld der Investition zu verringern.
Welche Rolle spielt die Instandhaltung bei der Kostenbetrachtung?
Da 3D-Drucker teure Investitionsgüter sind, werden Instandhaltungs- und Modernisierungskosten als kritische jährliche Kostenfaktoren behandelt, um die Gesamtkosten (TCO-Ansatz) korrekt abzubilden.
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- Anonym (Author), 2017, Entwicklung eines Konzeptes zur Bewertung des 3D-Drucks in der Serienfertigung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/427752
