Die vorliegende Masterarbeit behandelt die Thematik des 3D-Drucks. Es werden allgemeine Themengebiete des 3D-Drucks beschrieben und wirtschaftliche Folgen der Technologie analysiert. Der letzte Abschnitt beinhaltet den beispielhaften Entwurf eines Konsumgüterprodukts und dessen Evaluation.
Der Trend der Individualisierung von Produkten führt weg von der traditionellen Massenproduktion hin zu abnehmenden Losgrößen sowie steigender Variantenvielfalt. Dies erfordert neue Produktionsprozesse und Fertigungsmethoden von Unternehmen. Kunden verlangen innovative, individuelle und qualitativ hochwertige Produkte zu niedrigen Preisen. Folglich stehen Unternehmen vor dem Problem verkürzter Produktlebenszyklen sowie kürzerer Amortisationsdauern von Maschinen und Werkzeugen. 3D-Druck-Technologie bietet in Form einer neuen industriellen Revolution die Möglichkeit, kundenindividuelle Produkte in geringen Stückzahlen kosteneffizient zu fertigen, da hierfür keine speziellen Werkzeuge benötigt werden und aufgrund des schichtweisen Auftragens von Material nahezu jede komplexe geometrische Struktur erstellt werden kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Technische Grundlagen des 3D-Drucks
2.1 Begriffsabgrenzungen
2.1.1 Subtraktives, additives und formatives Fertigungsverfahren
2.1.2 Bezeichnungen der Technologie des 3D-Drucks
2.2 Entwicklung des 3D-Drucks
2.3 Prozess und Technologien des Schichtbauverfahrens
2.3.1 Allgemeines Vorgehen bei 3D-Druck-Verfahren
2.3.2 Bedeutendste 3D-Druckverfahren
2.3.3 Materialien für den 3D-Druck
2.3.4 Qualitätsparameter eines 3D-gedruckten Objekts
2.4 Anwendungsgebiete des 3D-Drucks
2.4.1 Anwendungsebenen
2.4.2 Praxisbeispiele
2.5 Limitationen des 3D-Drucks
2.5.1 Rechtliche Grundlagen
2.5.2 Grenzen der Technologie
3 Betriebswirtschaftliche Auswirkungen des 3D-Drucks
3.1 Ökonomische Auswirkungen
3.1.1 Flexibilitäts- und Effizienzkriterium
3.1.2 Mass Customization
3.1.3 Auswirkungen auf Innovationen
3.1.4 Suppy-Chain-Auswirkungen
3.1.5 Zusammenhang zwischen Komplexität und Kosten
3.1.6 Strategische Neuausrichtung
3.2 Ökologische Auswirkungen
3.2.1 Positive ökologische Effekte
3.2.2 Negative ökologische Effekte
4 Konstruktion und Evaluation mittels 3D-Druck hergestellter Schraubenschlüssel
4.1 Modellentwurf mit Blender
4.1.1 Benutzeroberfläche Blender
4.1.2 Konstruktion eines Schraubenschlüssels
4.2 Druckvorgang mit FlashForge Finder
4.2.1 Druckeinstellungen
4.2.2 Druckvorgang
4.3 Prozessanalyse
4.4 Evaluation des gedruckten Objekts
4.4.1 Funktionsanalyse
4.4.2 Kostenanalyse
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Masterarbeit erläutert ein konzeptionelles Modell, mit dem Konsumenten mittels Modellierungssoftware und 3D-Drucker eigene Produkte kosteneffizient zu Hause konstruieren und fertigen können, während gleichzeitig die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen dieser Technologie im Vergleich zu konventionellen Verfahren analysiert werden.
- Grundlagen und technologische Prozesse der 3D-Druck-Technologie
- Betriebswirtschaftliche Einflüsse wie Mass Customization und Supply-Chain-Optimierung
- Ökologische Auswirkungen, inklusive Ressourcenproduktivität und Materialverbrauch
- Praktische Konstruktion und Evaluation von Testobjekten (Schraubenschlüsseln)
- Analyse von Kostenstrukturen bei Selbsterstellung vs. Fremdfertigung
Auszug aus dem Buch
4.1 Modellentwurf mit Blender
Die Open-Source-Software Blender wird auf folgender Webseite zum Download bereitgestellt https://www.blender.org. Abbildung 20 zeigt das Icon der Software. Die Modelle wurden mit der Version v2.79b auf dem Betriebssystem MacOS konstruiert. Die Installation erwies sich als problemlos und wenig zeitintensiv.
Auf den ersten Blick wirkt die Benutzeroberfläche mit ihren vielen möglichen Auswahlfeldern unübersichtlich. Dies hängt damit zusammen, dass Blender neben dem Modellieren auch viele weitere Features wie Animationen, Spieleentwicklung, Simulationen etc. zur Verfügung stellt. Abbildung 21 zeigt in Verbindung mit der unten aufgeführten Aufzählung den Aufbau der Benutzeroberfläche des Programms. Nach dem Öffnen des Programms öffnet sich standardmäßig folgendes Fenster:
Zunächst sollte erwähnt werden, dass bei der Nutzung von Blender Punkte, Kanten, Flächen und Objekte mit der rechten Maustaste (RMT) und nicht wie üblich mit der linken Maustaste (LMT) markiert werden. Um die Arbeitsfläche übersichtlicher zu gestalten, werden Elemente, die für die Konstruktion unbedeutend sind, gelöscht. Dazu werden durch Halten der Shift-Taste + RMT die Kamera, der Cube und der Lichtkegel markiert. Mit X + Enter werden alle ausgewählten Objekte aus dem Arbeitsfenster gelöscht.
Über die Tabulator-Taste wird in den Edit Mode gewechselt, in dem Elemente bearbeitet werden können. Durch den Wechsel in den Edit Mode ändert sich die Create-Leiste und es lassen sich Punkte, Kanten oder Flächen auswählen (siehe Abbildung 22).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Arbeit stellt die Forschungsfrage nach den Auswirkungen des 3D-Drucks auf die Produktentwicklung sowie betriebswirtschaftliche Prozesse und beschreibt den Konstruktionsprozess.
2 Technische Grundlagen des 3D-Drucks: Es werden relevante Fertigungsverfahren, die historische Entwicklung, technologische Prozesse sowie Anwendungsmöglichkeiten und Limitationen erläutert.
3 Betriebswirtschaftliche Auswirkungen des 3D-Drucks: In diesem Kapitel werden ökonomische Effekte, wie die Flexibilisierung der Produktion und Supply-Chain-Veränderungen, sowie ökologische Implikationen untersucht.
4 Konstruktion und Evaluation mittels 3D-Druck hergestellter Schraubenschlüssel: Dieses Kapitel beschreibt systematisch den Entwurf von Schraubenschlüsseln mittels Blender, deren Fertigung sowie die anschließende Funktions- und Kostenanalyse.
5 Fazit: Die Arbeit resümiert das konzeptionelle Modell und zeigt auf, dass der 3D-Druck kosteneffiziente, individuelle Fertigung ermöglicht, weist jedoch auf die Notwendigkeit weiterer Forschung hin.
Schlüsselwörter
3D-Druck, Additive Fertigung, Rapid Prototyping, Mass Customization, Konstruktion, Blender, FlashForge Finder, Supply-Chain-Management, Ökologische Auswirkungen, Materialeffizienz, Kostenanalyse, PLA, Schraubenschlüssel, Innovation, Dezentrale Produktion.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie Konsumenten mit Hilfe von 3D-Druckern eigenständig Produkte zu Hause konstruieren und herstellen können, und analysiert die dabei entstehenden wirtschaftlichen und ökologischen Effekte.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind technische Grundlagen additiver Fertigung, wirtschaftliche Aspekte wie Mass Customization und Supply-Chain-Optimierung sowie ökologische Auswirkungen und eine praktische Umsetzung am Beispiel von Schraubenschlüsseln.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, ein konzeptionelles Modell für die häusliche Produktkonstruktion zu erläutern und die Forschungsfragen nach den Auswirkungen auf die Produktentwicklung sowie betriebswirtschaftliche Prozesse zu beantworten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine strukturierte Literaturanalyse der technologischen und wirtschaftlichen Grundlagen durchgeführt, ergänzt durch ein praktisches Experiment zur Konstruktion und Evaluation von 3D-gedruckten Schraubenschlüsseln.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die technischen Grundlagen, betriebswirtschaftliche Auswirkungen wie Flexibilität und Innovationspotenziale, ökologische Vor- und Nachteile sowie eine detaillierte Prozessanalyse inklusive Funktions- und Kostenprüfung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie 3D-Druck, Additive Fertigung, Mass Customization, Rapid Prototyping, Kostenanalyse und Materialeffizienz charakterisiert.
Welche Rolle spielt die Blender-Software in diesem Dokument?
Blender dient im Experiment als zentrales Open-Source-Tool für den Modellentwurf, um die geometrische Konstruktion der zu druckenden Schraubenschlüssel systematisch durchzuführen.
Wie werden die Kosten zwischen Eigenfertigung und externem Dienstleister verglichen?
Der Vergleich erfolgt durch die Berechnung der Fix- und variablen Kosten (Strom, Filament) für den Eigenbau und der Gegenüberstellung mit den Preisen eines externen Druckdienstleisters für vergleichbare Bauteile.
- Quote paper
- Stefan Lerch (Author), 2018, Exemplarischer Entwurf eines Konsumgüterproduktes mit 3D-Druck, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/443729
