3D Printing. Veränderung der Supply Chain durch den 3D Druck


Hausarbeit (Hauptseminar), 2018
27 Seiten

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Evolution und Definitionen
2.1 Geschichte
2.2 Begriffsbestimmungen

3 Prozessbeschreibung
3.1 Grundlage aller Druckverfahren
3.2 Geläufigste additive Druckverfahren
3.2.1 Druck mit Pulver (3DP)
3.2.2 Druck mittels geschmolzenem Material
3.2.3 Druck mit flüssigen Materialien
3.2.4 Weitere Verfahren

4 Heutiger Einsatz
4.1 Anwendungsfelder
4.2 Wandel in der Logistik
4.2.1 Auswirkung auf die Lagerhaltung
4.2.2 Auswirkung auf den Logistikverkehr
4.2.3 Auswirkung auf die Lieferkette

5 3D-Grenzenlos?
5.1 Chancen
5.1.1 Personalisierung
5.1.2 Komplexität
5.1.3 Umweltfreundlichkeit
5.2 Grenzen
5.2.1 Produktionsgeschwindigkeiten
5.2.2 Größenbeschränkungen
5.2.3 Unbeantwortete Fragen zur ökologischen Nachhaltigkeit
5.2.4 Qualitätsbeschränkungen

6 Ausblick und Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 : Chuck Hull

Abbildung 2: Alig. Prozessbeschreibung 3D-Druck

Abbildung 3: Schichtbauverfahren

Abbildung 4: Übersicht gängiger additiver Druckverfahren

Abbildung 5: Schlüsselanhänger

Abbildung 6: Prothesen-Cover

Abbildung 7: Voronoi Vase aus Kunststoff

Abbildung 8: Aufteilung der Logistikkosten in Europa (2016)

Abbildung 9: Herkömmliche Lieferkette

Abbildung 10: Lieferkette mit additiver Fertigung

Abbildung 11: Radikale Lieferkettenverkürzung

Abbildung 12: Pizza aus dem 3D-Drucker

1 Einleitung

Im 18. Jahrhundert gab es die erste industrielle Revolution von der manuellen Herstellung in eine automatisierte Produktion, indem Werkzeuge unter Verwendung von Wasser und Dampf angetrieben wurden. Im 19. Jahrhundert hatten wir die zweite industrielle Revolution, als durch die zunehmende Nutzung von dampfbetriebenen Fahrzeugen und Firmen die Massenproduktion den Markt veränderte.[1]

Viele sprechen von einer dritten industriellen Revolution, die durch den 3D-Druck eingeläutet wurde. Diese neue Technologie der Herstellung eröffnet sehr vielseitige und nahezu unbegrenzte Möglichkeiten in der Produktion.[2]

Mit dem 3D-Druck können nicht nur kleine, selbstentworfene Gegenstände gedruckt werden, sondern auch große Objekte wie Z.B. ein Haus, das komplett aus recycelten Materialien besteht.

Im Bereich der Fertigung finden derzeit bereits erstaunliche Umbrüche statt. Dies betrifft fast alle Produkte, und diese Wandlung verspricht, unsere Zukunft zu einer nachhaltigen Umgebung zu machen. Die Technologie hinter dieser Wandlung nennt sich additive Fertigung, 3D-Druck, Schichtbauverfahren oder direkte digitale Fertigung.[3]

Wo diese Technologie herkommt und wie sich dadurch die Lieferkette ändert, wird in dieser Seminararbeit betrachtet.

Nach einer allgemeinen Übersicht zur Evolution des 3D-Druckers und der Definition einiger damit verbundener gängiger Begriffe, wird der allgemeine Druckprozess beschrieben. Anschließend wird kurz auf die gängigsten additiven Druckverfahren eingegangen.

Daraufhin werden die derzeit bereits diversen Anwendungsfelder angeführt. Im gleichstehenden vierten Kapitel wird gesondert auf die Wandlung in der Lagerhaltung und im Logistikverkehr eingegangen und wie sich aufgrund dessen die gesamte Lieferkette wandelt.

Abschließend werden weitere Potenziale, aber auch die Grenzen dieser etwaigen dritten Revolution dargelegt. Das Fazit und ein kleiner Ausblick rundet zuletzt die Seminararbeit ab.

2 Evolution und Definitionen

Einleitend soll die Entstehung dieser Technologie bzw. des 3D-Druckers zeitlich eingeordnet und verwandte Begriffe definiert werden.

2.1 Geschichte

Bereits im Jahr 1982 beschrieb der Japaner Hideo Dodama vom Nagoya Municipal Industrial Research Institut das zugrundeliegende Verfahren, wie sich ein Festkörper drucken lässt.[4] Als allgemeiner Erfinder des 3D-Drucks gilt aber Charles w., genannt ״Chuck“, Hull (Abbildung 1: Chuck Hull). Ihm gelang es 1984 mit seiner Idee, die ursprünglich zur schnelleren Erzeugung von Prototypen für die Überprüfung von Form und Passform dienen sollte, ein dreidimensionales Computermodell zu drucken. Dies geschah durch das erste additive Verfahren, der sogenannten Stereolithographie, bei der dünne Schichten von Kunststoff wiederholt übereinander gedruckt wurden.[5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Chuck Hull

Ein Jahr nach der Entwicklung seines ersten 3D-Druckers meldete Hull seine Erfindung zum Patent an und gründete das Unternehmen 3D-Systems. Bereits zu diesem Zeitpunkt konnte seine Maschine innerhalb von Minuten, was in herkömmlicher Gusstechnik mehrere Wochen andauerte. Zu seinem ersten Patent kamen weitere 76 US-amerikanische, 18 europäische und 14 japanische Patente hinzu. Im Jahre 1986 lieferte dann das Unternehmen 3D-Systems den ersten 3D-Drucker aus.[6]

2.2 Begriffsbestimmungen

Im Zusammenhang mit dem 3D-Druck liest man immer wieder additive Fertigung/Herstellung oder auch in Englisch additive Manufacturing, abgekürzt mit AM. Doch was ist die additive Fertigung überhaupt? Bei der additiven Fertigung wird das Computermodell in einzelne Schichten, wie eine Art Scheiben zerlegt, um das Objekt Schicht für Schicht bilden zu können. Dieses Verfahren nennt sich Sichtbauverfahren und wird im nachfolgenden Kapitel näher erläutert.[7] Im Prinzip werden die Begriffe Additive Herstellung (AM), 3D-Drucken und Schichtbautechnologie gleichbedeutend angewendet.[8]

Der englische Oberbegriff Rapid Prototyping, zu Deutsch etwa schneller Modellentwurf leitet sich von der ursprünglichen Idee ab, ein Prototyp bzw. ein Modell schnell herzustellen.[9] Da im Laufe der Zeit nicht mehr nur Modelle und Prototypen produziert wurden, sondern sogar fertige Endprodukte, prägten sich weitere Begriffe wie

- Rapid oder direct Manufacturing (schnelle bzw. direkte Produktion) für die Fertigung von Bauteilen,
- Rapid Repair (schnelle Reparatur) was zur Instandhaltung und Reparatur von verschlissenen Produkten dient und
- Rapid Tooling (schnelle Werkzeuge) für die Flerstellung von Werkzeugen.[10]

Es ist allerdings auffallend, dass die Bezeichnung 3D-Printing bzw. 3D-Drucken immer mehr die anderen Begriffe verdrängt. Dies liegt hauptsächlich daran, dass dieser Begriff sehr einfach verständlich ist. Wer versteht, dass man mithilfe eines 2D- Druckers einen Brief ausdrucken kann, versteht auch unmittelbar, dass ein 3D-Drucker ein dreidimensionales physisches Bauteil druckt. Im technischen Sinn bezeichnet 3D­Printing jedoch nur eines der vielen unterschiedlichen Verfahren und zwar das additive Flerstellungsverfahren.[11]

Auch in dieser Seminararbeit wird der am häufigsten genutzte Oberbegriff für das Rapid Prototyping, nämlich 3D-Druck, verwendet, der auch als Synonym für alle additiven Flerstellungsverfahren dient.

3 Prozessbeschreibung

Die Grundidee hinter dem 3D-Drucker ist ziemlich einfach. Erst bei der Nutzung der verschiedenen Verfahren treten diverse Herausforderungen auf. Alle Verfahren haben allerdings eine Gemeinsamkeit: die Werkstoffe werden schichtweise aufgebaut.

Zuerst soll der allgemeine Prozess vereinfacht dargestellt werden (Abbildung 2: Alig. Prozessbeschreibung 3D-Druck). Bevor der Drucker nämlich mit dem Drucken beginnen kann, benötigt er erst noch eine Anweisung. Hierzu bedarf es einer digitalen Datei, die quasi den Bauplan beinhaltet. Dieses 3D-M0dell wird entweder von einem Experten mittels CAD-Software (Computer Aided Design) neu erstellt oder im Falle eines bereits vorhandenen Modelles, modifiziert. Das 3D-M0dell wird dann in ein 3D- Druck-Format, der STL-Datei (Standard Triangle Language) zur weiteren Aufbereitung für den Druck konvertiert.[12]

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Alig. Prozessbeschreibung 3D-Druck

Mittlerweile ist es bereits möglich fertige Modelle bzw. STL-Dateien im Internet zu finden. Es gibt zum Beispiel Verzeichnisse von Anbietern oder auch Community­Foren, in denen kostenlose oder auch zum Kaufangebotene Datei-Downloads für die unterschiedlichsten 3D-druckbaren Objekte zu finden sind.[13]

Liegt die STL-Datei vor wird das geeignete Druckverfahren ausgewählt und das 3D- Objekt schichtweise gedruckt.[14] Abschließend werden im Nachbereitungsprozess etwaige stützen entfernt und je nach Anforderung die Oberfläche behandelt.[15] [16]

3.1 Grundlage aller Druckverfahren

Dieser Abschnitt soll an einem sehr vereinfachten Beispiel die einzelnen Verfahrensschritte additiver Schichtbauverfahren vermitteln. Wie bereits erwähnt ist dieses Verfahren die Grundlage aller Druckverfahren. Auf die gängigsten Druckverfahren der additiven Fertigung wird hinterher noch kurz eingegangen. Grundsätzlich kann gesagt werden, dass der Prozess am Boden beginnt und die anderen Schichten (Abbildung 3: Schichtbauverfahren) bis zur Spitze darauf

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Das digitale Modell des Festkörpers (a) wird virtuell in Schichten (b) gleicher stärke (״slicing“) aufgeteilt. Anschließend folgt im letzten Schritt des digitalen Vorprozesses (c) die Ableitung ebener Geometrien aus den Schichtvolumina und die Übergabe der einzelnen Schichtinformationen an die Maschine.

Nun wird die erste Schicht gefertigt (1), anschließend die Zweite (2) und so weiter, bis zur letzten Schicht (3). Letztendlich entsteht der fertige Festkörper (4) der je nach Bedarf noch nachgearbeitet, d.h. von etwaigen stützen befreit, geschliffen oder eingefärbt wird.[17]

3.2 Geläufigste additive Druckverfahren

ln diesem Abschnitt werden lediglich die gängigsten Druckverfahren der additiven Fertigung in vier Gruppen eingeordnet. Die vertrautesten werden dann nachfolgend in wenigen Sätzen näher erläutert.

Obwohl die Anzahl der verschiedenen Druckverfahren sehr unübersichtlich klingt, funktionieren alle nach dem oben beschriebenen Grundprinzip, dem Schichtbauverfahren. Im Folgenden werden die gängigsten Druckverfahren nach deren Material in vier verschiedene Gruppen eingeteilt (Abbildung 4: Übersicht gängiger additiver Druckverfahren) und die ersten drei Gruppen nachstehend in wenigen Sätzen näher erläutert.[18]

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Übersicht gängiger additiver Druckverfahren

[...]


[1] vlg. Hausman/Horne 2014, s. 20

[2] vlg. Hausman/Horne 2014, s. 20

[3] vlg. Hausman/Horne 2014, s. 23

[4] vgl. Bogue 2013

[5] Europäisches Patentamt 2014

[6] Europäisches Patentamt 2014

[7] vgl. Hausman/Horne 2014, s. 25

[8] vgl. Gebhardt/Kessler/Thurn 2016, s. 1

[9] vgl. Gebhardt/Kessler/Thurn 2016, s. 3

[10] vgl. Gebhardt/Kessler/Thurn 2016, s. 3

[11] vgl. Gebhardt/Kessler/Thurn 2016, s. 2

[12] vgl. Hagl 2015

[13] vgl. Hagl 2015

[14] vgl. Hagl 2015

[15] vgl. Hagl 2015

[16] vgl. Lowke et al. 2015

[17] vgl. Lowke et al. 2015

[18] vgl. Fastermann 2016, s. 27

Ende der Leseprobe aus 27 Seiten

Details

Titel
3D Printing. Veränderung der Supply Chain durch den 3D Druck
Hochschule
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Neu-Ulm; früher Fachhochschule Neu-Ulm
Veranstaltung
Schwerpunkt
Autor
Jahr
2018
Seiten
27
Katalognummer
V434820
ISBN (eBook)
9783668765214
ISBN (Buch)
9783668765221
Dateigröße
724 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Supply Chain Management, Lieferkette, 3D, 3D Drucker, 3D Printing, Veränderung der Logistik, Logistik, SCM, CAD, 3. Revolution, Technologie, Hall, Arten des 3D Drucks, Veränderung in der Logistik, Veränderung in der Medizin, Erfinder des 3D Drucks, dreidimensional, Print, Schichtbauverfahren, Schicht für Schicht, Modelling, Anwendungsgebiete, Medizintechnik, Protesen, Schlüsselanhänger, Schuhe, Chancen, Grenzen, Spritzgussverfahren, Laserschmelzen, Charles W. Hull, Schmelzschichtverfahren, Stereolithografie, SLA, Additive Fertigungsverfahren, Supply Chain, Dritte Revolution, Technologischer Wandel
Arbeit zitieren
Isabel Bauhofer (Autor), 2018, 3D Printing. Veränderung der Supply Chain durch den 3D Druck, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/434820

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